一种断路器数据波形检测采集装置的制作方法

一种断路器数据波形检测采集装置
【技术领域】
1.本实用新型属于波形采集技术领域，特别是涉及一种断路器数据波形检测采集装置。


背景技术：

2.目前断路器智能化的需求正在日益增加，为满足断路器智能化的需要，市场上纷纷出现了多种断路器数据采集装置。现有的数据采集装置包括内部核心电路、基本的信号比例变换和采集触发电路，波形采集时需要一个外部触发信号来触发，当断路器位置变化时触发信号就会触发装置进行波形采集存储。采用传统的波形采集方式存在以下缺点：1)元器件数量较多，三相断路器往往会有三路独立的采集电路，元件数量较多成本增加，较多的元件数量导致装置体积较大难以集成到断路器内部，难以实现集成化程度较高的智能断路器；2)断路器辅助节点位置变化和光耦传输具有延迟特性，靠辅助节点的触发信号触发波形采集时容易发生波形的滞后甚至漏采的现象；3)没有相应的波形分析功能，无法准确的判断采集的波形是否是目标波形，只能依赖触发信号来进行采集。
3.因此，需要提供一种新的断路器数据波形检测采集装置来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种断路器数据波形检测采集装置，只采集有效波形，实现了小型化设计，可集成到断路器内部，为实现智能化断路器提供了可能。
5.本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种断路器数据波形检测采集装置，其包括端口输入保护模块、信号运输变换模块、阻抗匹配模块以及中央处理模块；
6.所述端口输入保护模块包括外部传感器信号输入端、第一肖特二极管、第一电阻以及光耦合器；
7.所述信号运输变换模块包括第一运算放大器、第三电阻以及第四电阻；
8.所述阻抗匹配模块包括第二运算放大器以及第二肖特二极管；
9.所述外部传感器信号输入端经过所述第一电阻与所述第一肖特二极管的输出端并联，然后分为两路，一路接入至所述第一运算放大器的同相输出端，另一路接入至所述光耦合器的一个输入端，所述光耦合器与之对应的一个输出端接地短路。
10.进一步的，所述第一肖特二极管的另外两个连接端中，其中一个接地设置，另一个接入电源。
11.进一步的，所述光耦合器输入侧的两个连接端中，其中一个接入电源，另一个接入受所述中央处理模块控制的ya_d信号，在接入ya_d信号的线路上设置有第二电阻。
12.进一步的，所述第一运算放大器的反相输入端与输出端通过导线连通，然后经过所述第三电阻与所述第四电阻分压后输入至所述第二运算放大器的同相输出端。
13.进一步的，所述第一运算放大器通过电源信号实现供电，且在供电端设置有对电源实现去耦滤波的第一电容。
14.进一步的，所述第三电阻设置在所述第一运算放大器的输出端，所述第四电阻的一端连接所述第三电阻的输出端且另一端接地。
15.进一步的，所述第二运算放大器的反相输入端与输出端通过导线连通，所述第二运算放大器的输出端与所述第二肖特二极管的输出端并联后形成后级adc输入端口，输入至所述中央处理模块中进行检测采集。
16.进一步的，所述第二运算放大器的输出端设置有由第五电阻与和第二电容构成的低通滤波器。
17.与现有技术相比，本实用新型一种断路器数据波形检测采集装置的有益效果在于：主要负责检测并采集断路器上的传感器波形信号，当传感器输出的信号发生变化时，处理器内部算法自动判断是否为所需波形，如果是需求的波形则对波形进行存储记录。本方案提供了一种更为安全高效的波形采集方法，信号的输入端带有二极管钳位保护，防止外部静电对器件的损坏；使用光耦代替下拉电阻，即使外部传感器具有极大的输出电阻也不影响信号的采集，并且可以动态检测外部传感器连接状态，如果传感器断开连接可以导通光耦合器使输入端对地短路，防止输入端高阻浮空；检测算法上也在传统的方式上有所改进，采用了动态突变量算法结合波形分析算法，可以精准的记录每次断路器动作波形，无需额外的外部触发信号触发，有效的减少了硬件电路的成本；数据采集单元的硬件成本得到了降低，同时简化了装置的外部接线，取消了外部触发信号采用突变检测算法来检测波形，并采用了合理的波形分析算法判断采集的波形是否为有效波形，波形有效则存储波形；由于外部硬件电路的简化，得以实现采集装置的小型化，小型化后的装置可以更加容易的集成到断路器内部，为断路器智能化提供了可能。
【附图说明】
18.图1为本实用新型实施例的框架原理结构示意图。
19.图2为本实用新型实施例中波形检测采集方法流程示意图。
20.图3为本实用新型实施例中突变算法的流程示意图。
【具体实施方式】
21.实施例：
22.请参照图1，本实施例为断路器数据波形检测采集装置100，其包括端口输入保护模块a、信号运输变换模块b、阻抗匹配模块c以及中央处理模块d。
23.端口输入保护模块a负责保护输入端在承受过电压时不被损坏。信号运输变换模块b负责对输入信号进行幅值的变换。阻抗匹配模块c负责匹配后级adc的输入阻抗，使adc的采集更加准确、中央处理模块d负责对输入的信号进行检测并判断是否采集保存。
24.端口输入保护模块a包括外部传感器信号输入端wy_ina、第一肖特二极管d7、第一电阻r33、光耦合器u13以及第二电阻r44。
25.信号运输变换模块b包括第一运算放大器u10a、第三电阻r22、第四电阻r25以及第一电容c33。
26.阻抗匹配模块c包括第二运算放大器u10b、第五电阻r47、第二电容c39以及第二肖特二极管d12。
27.外部传感器信号输入端wy_ina经过第一电阻r33与第一肖特二极管d7的输出端并联，然后分为两路，一路接入至第一运算放大器u10a的3管脚同相输出端，另一路接入至光耦合器u13的一个输入端，光耦合器u13与之对应的一个输出端接地。第一肖特二极管d7的另外两个连接端其中一个接地gnd_wy、另一个接入电源vcc_wy。光耦合器u13输入侧的两个连接端中，其中一个接入3.3v电源，另一个接入ya_d信号，ya_d信号由中央处理模块d控制，当央处理模块d检测到外部传感器未接入时，控制ya_d信号使光耦导通接地保护输入端引脚。第二电阻r44设置在接入ya_d信号的线路上。
28.第一肖特二极管d7与第一电阻r33配合形成对外部传感器信号输入端wy_ina的上下拉钳位结构，由于外部的传感器有时不会接入从而导致输入端悬空，因此需要第一肖特二极管d7和第一电阻r33配合进行上下拉钳位，当外部的输入电压超过电源电压时，第一肖特二极管d7会导通，将第一运算放大器u10a的3管脚电压保持在电源电压，防止该管脚由于电压太高导致损坏。通过设置光耦合器u13，当软件检测到外部悬空时，则导通光耦合器u13使接入端对地短路。
29.第一运算放大器u10a的2管脚反相输入端与输出端1管脚通过导线连通，然后经过第三电阻r22与第四电阻r25分压后输入至第二运算放大器u10b的5管脚同相输出端。第一运算放大器u10a通过电源信号vcc_wy实现供电，且在供电端设置有对电源实现去耦滤波的第一电容c33，使第一运算放大器u10a工作更加稳定。第三电阻r22设置在第一运算放大器u10a的1管脚输出端，第四电阻r25的一端连接第三电阻r22的输出端且另一端接地。第三电阻r22与第四电阻r25通过分压对输入信号进行比例缩小。
30.第二运算放大器u10b的反相输入端与输出端7通过导线连通，第二运算放大器u10b的输出端与第二肖特二极管d12的输出端并联后形成后级adc输入端口，输入至中央处理模块d中进行检测采集。第二运算放大器u10b的输出端设置有由第五电阻r47与和第二电容c39构成的低通滤波器，对采集线路上的高频尖峰噪声毛刺进行滤除，防止高频尖峰噪声对采集的影响。
31.本实施例对断路器数据波形检测采集方法，其包括首先采集一段波形，然后分析波形(峰值判断和fft变换分析)，判断该通道的传感器是否接入，若传感器没接入则导通对应通道的光耦合器u13使其对地短路；判断完成各个通道的传感器接入情况后，开始正式的波形检测采集流程，采集波形到缓存区，当采集的波形点数达到突变算法检测的要求时开始执行突变检测算法，当突变算法检测到突变时记录下此时波形，然后将记录的波形进行计算分析，若根据波形特性分析若为噪声则丢弃记录的波形，非噪声干扰则记录存储。请参照图2，具体包括以下步骤：
32.s1)波形检测开始；
33.s2)采集一段波形；
34.s3)判断峰值是否超过设定限值，若超过，则导通光耦合器u13，并结束波形检测；若未超过，则执行下一步；
35.s4)对波形进行fft变换，并判断60hz分量是否超标，若超标，则导通光耦合器u13，并结束波形检测；若未超标，则执行下一步；
36.s5)持续采集波形点到波形缓存区；
37.s6)判断波形缓存区中是否存满，若未满，则返回步骤s5，若是，则执行下一步；
38.s7)进行波形突变算法；
39.s8)判断波形是否突变，若没有突变，则返回步骤s5)，若发生突变，则记录采集的波形；
40.s9)波形检测结束。
41.请参照图3，所述步骤s7)中的波形突变算法，其包括以下步骤：
42.s71)寻找波形缓存区内的最大值与最小值；
43.s72)计算最大值与最小值的差；
44.s73)判断该差是否大于设定值，若是，则根据最值在缓存区内的顺序判断边沿类型，是上升沿还是下降沿，并结束突变算法，若不是，则直接结束突变算法。
45.本实施例断路器数据波形检测采集装置100及采集方法，主要负责检测并采集断路器上的传感器波形信号，当传感器输出的信号发生变化时，处理器内部算法自动判断是否为所需波形，如果是需求的波形则对波形进行存储记录。本方案提供了一种更为安全高效的波形采集方法，信号的输入端带有二极管钳位保护，防止外部静电对器件的损坏；使用光耦代替下拉电阻，即使外部传感器具有极大的输出电阻也不影响信号的采集，并且可以动态检测外部传感器连接状态，如果传感器断开连接可以导通光耦合器使输入端对地短路，防止输入端高阻浮空；检测算法上也在传统的方式上有所改进，采用了动态突变量算法结合波形分析算法，可以精准的记录每次断路器动作波形，无需额外的外部触发信号触发，有效的减少了硬件电路的成本；数据采集单元的硬件成本得到了降低，同时简化了装置的外部接线，取消了外部触发信号采用突变检测算法来检测波形，并采用了合理的波形分析算法判断采集的波形是否为有效波形，波形有效则存储波形；由于外部硬件电路的简化，得以实现采集装置的小型化，小型化后的装置可以更加容易的集成到断路器内部，为断路器智能化提供了可能。
46.以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。