一種通用三相交流信號(hào)同步采樣裝置制造方法
【專利摘要】一種通用三相交流信號(hào)的同步采樣裝置，包括交流傳感器、隔離濾波器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、過(guò)零檢測(cè)電路和鎖相倍頻電路，其中交流傳感器的輸出端與隔離濾波器的輸入端相連，隔離濾波器的輸出端分為六路，六路均與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，六路中的任意一路經(jīng)過(guò)零檢測(cè)電路、鎖相倍頻電路與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連。本實(shí)用新型采用高精度高速多通道AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)建的性能優(yōu)異的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最大限度地提高三相交流參數(shù)的采集準(zhǔn)確度和可靠性，真實(shí)再現(xiàn)了信號(hào)特征，具備成本低廉、操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)面廣，整個(gè)電路高效實(shí)用，實(shí)時(shí)性高，通用性強(qiáng)，還具備優(yōu)良的可擴(kuò)展性，可模塊化集成于各種三相交流采樣測(cè)試設(shè)備中使用。
【專利說(shuō)明】一種通用三相交流信號(hào)同步采樣裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種通用三相交流信號(hào)同步采樣裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 三相交流信號(hào)的采樣中，如果要達(dá)到比較理想的采樣效果，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)分析， 不僅要測(cè)量某一時(shí)刻被測(cè)電壓、電流的幅值與精度，更重要的是在交流信號(hào)周期變化時(shí)，都 要能實(shí)現(xiàn)對(duì)三相交流信號(hào)的同步采樣。由于嚴(yán)格意義上的同步采樣是難以實(shí)現(xiàn)的，所以如 何減少采樣同步偏差一直是一個(gè)重要研究的問(wèn)題?？紤]到三相交流信號(hào)周期的不穩(wěn)定性， 以及對(duì)周期的測(cè)量也會(huì)存在一定的偏差，如果以固定周期進(jìn)行采樣，往往會(huì)出現(xiàn)采樣區(qū)間 和信號(hào)周期不同步，產(chǎn)生頻譜泄漏問(wèn)題，造成諸如電壓有效值、功率值等計(jì)算結(jié)果的誤差， 采樣精度較低。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種通用三相交流信號(hào)同步采樣裝置，實(shí)現(xiàn)了三相交 流信號(hào)的同步采樣。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案：包括交流傳感器、隔離濾波 器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、過(guò)零檢測(cè)電路和鎖相倍頻電路，其中交流傳感器的輸出端與隔離濾波 器的輸入端相連，隔離濾波器的輸出端分為六路，六路均與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連， 六路中的任意一路經(jīng)過(guò)零檢測(cè)電路、鎖相倍頻電路與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連。
[0005] 所述過(guò)零檢測(cè)電路包括比較電路芯片、電阻、第一二極管和第二二極管，比較電路 芯片包括第一輸入端和第二輸入端，第一輸入端與電阻的一端相連，電阻的另一端與隔離 濾波器的輸出端相連，比較電路芯片的第二輸入端接地，第一輸入端與第二輸入端之間設(shè) 置第一二極管和第二二極管，第一二極管的正極接地，第一二極管的負(fù)極與比較電路芯片 的第一輸入端相連，第二二極管的正極與比較電路芯片的第一輸入端相連，第二二極管的 負(fù)極接地；比較電路芯片的輸出端與鎖相倍頻電路的輸入端相連。
[0006] 所述比較電路芯片的型號(hào)為L(zhǎng)M319。
[0007] 所述鎖相倍頻電路包括鎖相環(huán)電路以及倍頻電路，倍頻電路的輸入端、過(guò)零檢測(cè) 電路的輸出端分別與鎖相環(huán)電路的兩個(gè)輸入端相連，鎖相環(huán)電路的輸出端分為兩路，一路 與倍頻電路的輸入端相連，另一路與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連。
[0008] 所述鎖相環(huán)電路為⑶4046鎖相環(huán)電路。
[0009] 所述倍頻電路為計(jì)數(shù)器電路⑶4024。
[0010] 所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器為模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADS8556。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的有益效果：本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置交流傳感器、 隔離濾波器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、過(guò)零檢測(cè)電路和鎖相倍頻電路，三相交流電各相電壓和各相 電流信號(hào)經(jīng)交流傳感器、隔離濾波器后，作為待測(cè)信號(hào)被送至多通道A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣 各通道的輸入端，同時(shí)將其中一路經(jīng)過(guò)零檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換成與待測(cè)信號(hào)同頻的方波信號(hào)，將 此方波信號(hào)送至鎖相環(huán)電路的輸入端，利用硬件鎖相倍頻電路產(chǎn)生2N個(gè)采樣脈沖，該采樣 脈沖作為高速多通道同步并行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器各通道采樣的觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)采樣，完成對(duì)三 相交流電各相電壓及各相電流信號(hào)的同步準(zhǔn)確實(shí)時(shí)采樣。本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)中采 用系統(tǒng)軟件算法復(fù)雜的模式，并提高采樣精度，通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路結(jié)合硬件鎖相環(huán)倍頻電 路來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期內(nèi)對(duì)交流信號(hào)的同步跟蹤及多點(diǎn)脈沖的產(chǎn)生，采用多通道的高速A/D模 數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期內(nèi)對(duì)三相交流電壓電流信號(hào)的多點(diǎn)同步實(shí)時(shí)采樣，避免由采樣區(qū)間 和信號(hào)周期不同步所產(chǎn)生的頻譜泄漏問(wèn)題，對(duì)信號(hào)一定范圍頻率的變化具有良好的跟蹤特 性，可以保證對(duì)三相交流電各相電壓電流的同步實(shí)時(shí)準(zhǔn)確可靠采樣，提高了實(shí)時(shí)性。
[0012] 本實(shí)用新型采用硬件鎖相環(huán)電路及過(guò)零檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)了三相交流信號(hào)的同步采 樣；采用高精度高速多通道AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)建的性能優(yōu)異的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最大限度地提 高三相交流參數(shù)的采集準(zhǔn)確度和可靠性，真實(shí)再現(xiàn)了信號(hào)特征。
[0013] 本實(shí)用新型采用簡(jiǎn)單的元器件，實(shí)現(xiàn)三相交流同步采樣，具備成本低廉、操作簡(jiǎn) 單、適應(yīng)面廣，整個(gè)電路高效實(shí)用，實(shí)時(shí)性高，通用性強(qiáng)，還具備優(yōu)良的可擴(kuò)展性，可模塊化 集成于各種三相交流采樣測(cè)試設(shè)備中使用。
[0014] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器為模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADS8556,對(duì)于并行 630kSPS采樣速率的ADS8556,完全能夠滿足精確采樣要求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型的電路實(shí)現(xiàn)原理框圖。
[0016] 圖2為過(guò)零檢測(cè)電路示意圖。
[0017] 圖3為12/24倍頻的鎖相倍頻電路。
[0018] 圖4為本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)例中每個(gè)交流電工頻周期內(nèi)采樣12/24點(diǎn)采樣脈沖及采 樣波形示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的 實(shí)際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于下述的實(shí)施例。
[0020] 參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型包括交流傳感器1、隔離濾波器2、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、過(guò)零檢 測(cè)電路4、鎖相倍頻電路5,其中交流傳感器1的輸出端與隔離濾波器2的輸入端相連，隔離 濾波器2的輸出端分為六路，六路分別為A相正壓正弦波信號(hào)、B相電壓正弦波信號(hào)、C相電 壓正弦波信號(hào)、A相電流正弦波信號(hào)、B相電流正弦波信號(hào)、C相電流正弦波信號(hào)，六路均與 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的輸入端相連，六路中的任意一路經(jīng)過(guò)零檢測(cè)電路4、鎖相倍頻電路5與 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連。交流傳感器1用于接收三相交流電各相電壓和各相電流信 號(hào)，過(guò)零檢測(cè)電路用于接收三相交流電中一相電壓或一相電流信號(hào)。
[0021 ] 所述鎖相倍頻電路包括鎖相環(huán)電路以及倍頻電路，倍頻電路的輸入端、過(guò)零檢測(cè) 電路的輸出端分別與鎖相環(huán)電路的兩個(gè)輸入端相連，鎖相環(huán)電路的輸出端分為兩路，一路 與倍頻電路的輸入端相連，另一路與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連。
[0022] 鎖相倍頻電路可以保證一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生2N個(gè)高頻采樣脈沖，（N可通過(guò)計(jì)數(shù)器進(jìn) 行配置）利用其上升沿或下降沿觸發(fā)同步采樣。所述鎖相環(huán)電路為CD4046鎖相環(huán)電路。所 述倍頻電路為計(jì)數(shù)器電路CD4024。所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器為模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADS8556。
[0023] 參見(jiàn)圖3,圖3中鎖相倍頻電路中計(jì)數(shù)器電路的計(jì)數(shù)值COUNT送入鎖相環(huán)電路的 相位比較器輸入端-比較信號(hào)輸入端，計(jì)數(shù)值COUNT為2N個(gè)倍頻（調(diào)整計(jì)數(shù)器的設(shè)置可改 變COUNT的數(shù)值）。輸入信號(hào)經(jīng)鎖相環(huán)電路內(nèi)部的放大整形、相位比較器、壓控振蕩器后輸 出，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相，用鎖定后的倍頻信號(hào)的下降沿觸發(fā)采集，這樣就保證了在一 個(gè)變化周波中采2N點(diǎn)，提高了采樣的精度。
[0024] 參見(jiàn)圖2,所述過(guò)零檢測(cè)電路4包括比較電路芯片、電阻R1、第一二極管T1和第 二二極管T2,比較電路芯片有包括第一輸入端和第二輸入端，第一輸入端與電阻的一端相 連，電阻的另一端與隔離濾波器2的輸出端相連，比較電路芯片的第二輸入端接地，第一輸 入端與第二輸入端之間設(shè)置第一二極管T1和第二二極管T2,第一二極管T1的正極接地，第 一二極管T1的負(fù)極與比較電路芯片的第一輸入端相連，第二二極管T2的正極與比較電路 芯片的第一輸入端相連，第二二極管T2的負(fù)極接地；比較電路芯片的輸出端與鎖相倍頻電 路的輸入端相連。所述比較電路芯片的型號(hào)為L(zhǎng)M319。
[0025] 過(guò)零檢測(cè)電路4將濾波后的輸入信號(hào)整形為方波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)分壓降幅后送入 鎖相環(huán)電路的相位比較器輸入端-基準(zhǔn)信號(hào)輸入端。
[0026] 本實(shí)施例中三相交流同步采樣裝置主要由交流傳感器1、隔離濾波器2、模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路ADS8556、鎖相環(huán)電路CD4046和計(jì)數(shù)器電路CD4024構(gòu)建。
[0027] ADS8556的主要特性如下：6通道16-bit逐次逼近型ADC ;每通道最大數(shù)據(jù)速率： 并行630kSPS，串行450kSPS ;可設(shè)定最大輸入電壓范圍± 12V ;帶可編程內(nèi)部參考：0. 5V? 2. 5V，0. 5V?3. 0V ;可選擇并行或串行模式。
[0028] 該實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)12或24倍頻的鎖相倍頻電路，即可以在一個(gè)周波內(nèi)對(duì)三相交流 電壓電流信號(hào)進(jìn)行12或24次采樣，完全能夠滿足精確采樣要求。
[0029] 參見(jiàn)圖4,圖4為交流模擬量和通過(guò)本實(shí)用新型采集到的值對(duì)比，從圖4可以看出 本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了通用三相交流信號(hào)的同步采樣，最大限度地提高三相交流參數(shù)的采集準(zhǔn) 確度和可靠性，真實(shí)再現(xiàn)了信號(hào)特征。
[0030] 本實(shí)用新型的工作原理及過(guò)程為：三相交流電各相電壓和各相電流信號(hào)經(jīng)交流傳 感器、隔離濾波器后，作為待測(cè)信號(hào)被送至多通道A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣各通道的輸入端，同 時(shí)將其中一路經(jīng)過(guò)零檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換成與待測(cè)信號(hào)同頻的方波信號(hào)，將此方波信號(hào)送至鎖相 環(huán)電路的輸入端，利用硬件鎖相環(huán)及倍頻電路產(chǎn)生2N個(gè)采樣脈沖，該采樣脈沖作為高速多 通道同步并行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器各通道采樣的觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)采樣，完成對(duì)三相交流電各相電 壓及各相電流信號(hào)的同步準(zhǔn)確實(shí)時(shí)采樣。其中采樣脈沖個(gè)數(shù)2N，可根據(jù)實(shí)際需求對(duì)N進(jìn)行 實(shí)時(shí)配置。
【權(quán)利要求】
1. 一種通用三相交流信號(hào)的同步采樣裝置，其特征在于，包括交流傳感器（1)、隔離濾 波器（2)、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器（3)、過(guò)零檢測(cè)電路（4)和鎖相倍頻電路（5)，其中交流傳感器（1) 的輸出端與隔離濾波器（2)的輸入端相連，隔離濾波器（2)的輸出端分為六路，六路均與A/ D模數(shù)轉(zhuǎn)換器（3)的輸入端相連，六路中的任意一路經(jīng)過(guò)零檢測(cè)電路（4)、鎖相倍頻電路（5) 與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用三相交流信號(hào)的同步采樣裝置，其特征在于，所述 過(guò)零檢測(cè)電路（4)包括比較電路芯片、電阻、第一二極管（T1)和第二二極管（T2)，比較電 路芯片包括第一輸入端和第二輸入端，第一輸入端與電阻的一端相連，電阻的另一端與隔 離濾波器（2)的輸出端相連，比較電路芯片的第二輸入端接地，第一輸入端與第二輸入端 之間設(shè)置第一二極管（T1)和第二二極管（T2)，第一二極管（T1)的正極接地，第一二極管 (T1)的負(fù)極與比較電路芯片的第一輸入端相連，第二二極管（T2)的正極與比較電路芯片 的第一輸入端相連，第二二極管（T2)的負(fù)極接地；比較電路芯片的輸出端與鎖相倍頻電路 的輸入端相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種通用三相交流信號(hào)的同步采樣裝置，其特征在于，所述 比較電路芯片的型號(hào)為L(zhǎng)M319。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用三相交流信號(hào)的同步采樣裝置，其特征在于，所述 鎖相倍頻電路（5)包括鎖相環(huán)電路以及倍頻電路，倍頻電路的輸入端、過(guò)零檢測(cè)電路的輸 出端分別與鎖相環(huán)電路的兩個(gè)輸入端相連，鎖相環(huán)電路的輸出端分為兩路，一路與倍頻電 路的輸入端相連，另一路與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種通用三相交流信號(hào)的同步采樣裝置，其特征在于，所述 鎖相環(huán)電路為CD4046鎖相環(huán)電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種通用三相交流信號(hào)的同步采樣裝置，其特征在于，所述 倍頻電路為計(jì)數(shù)器電路CD4024。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用三相交流信號(hào)的同步采樣裝置，其特征在于，所述 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器（3)為模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADS8556。
【文檔編號(hào)】G01R19/25GK203909138SQ201420326906
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】王楠, 蘇理, 房有定, 段小飛, 王琛 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所