專利名稱：工頻諧波分析儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于電力電網(wǎng)中工頻交流信號波形檢測與分析的儀器，特別是一種采用集成電路元件和工業(yè)用微型計算機的智能化的工頻諧波分析儀。
近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電氣化鐵道的大量鋪設及冶金、機械、化工等工業(yè)企業(yè)大量使用電力整流(如可控硅整流)和換流裝置等非線性負載，使電網(wǎng)諧波問題日趨嚴重，這種工頻諧波的存在對電網(wǎng)、電力系統(tǒng)中其它用戶及有線和無線通訊產(chǎn)生了嚴重的危害和影響。因而，只有對其進行有效的監(jiān)測并管制，才能有效地清除這種電網(wǎng)污染。
根據(jù)數(shù)學原理，滿足所謂狄里赫里條件的周期函數(shù)可以展開為收斂的級數(shù)，此級數(shù)稱之為傅立葉級數(shù)，可用數(shù)學公式寫成f(t)＝Ao＋
式中Ao為周期函數(shù)f(t)的恒定分量，第二項AlmSin(ωt＋ψ1)稱為基波分量，與周期函數(shù)相同，其它各項稱之為高次諧波。數(shù)學關系確定的函數(shù)可以直接展開。在現(xiàn)有技術中采用由模似電路陷波器和比例表組合而成的工頻諧波分析儀來檢測，受其電路的限制，該儀器在使用上具有精度差、難調(diào)節(jié)等缺點。
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種檢測精度高、可靠性好、使用簡單、調(diào)整方便的工頻諧波分析儀。
本實用新型的另一個目的在于提供一種采用高速模似數(shù)字轉(zhuǎn)換器和微型計算機的智能化的工頻諧波分析儀。
本實用新型的技術解決方案如下一種工頻諧波分析儀，包括機箱、主電路印刷板、打印機、鍵盤和面板，其特征在于所述的主電路由電壓、電流變換電路、多路開關電路、信號調(diào)理電路、過零檢測電路、微處理器及存儲器電路、發(fā)光數(shù)碼管顯示及鍵盤接口電路、打印機接口電路、與非門邏輯電路、串行通訊電路及電源電路依次相互連接組成。所述的打印機為微型打印機，所述的鍵盤為觸摸式鍵盤。所述的多路開關電路由集成元件IC10、IC12及電阻R12、R13等組成，IC1211腳與IC19腳、IC1213腳與IC110腳相連；IC1210腳與IC1010腳、IC1212腳與IC109腳相連；IC1210腳、IC1212腳分別通過R12、R13與＋12V電源相接；IC1016腳接＋12V，IC107腳接－12V，IC108腳接地。所述的信號調(diào)理電路由集成元件IC8、IC9，電阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10，二極管D6、D7、D8、D9組成；IC83及IC93腳分別通過R3、R7接地，R4、R9相連于IC10的輸出腳3，R4的另一端分別與D6的陰極、R5相連于IC82腳、R6、R9、R8相連于IC92腳，R5、R6的另一端相連于二極管D7的陽極，二極管D7的陰極、D6的陽極相連于IC86腳，IC96腳通過限流電阻R10接于IC143腳，IC96腳通過D8接于IC145腳并通過二極管D9接于地線。 所述的過零檢測電路由集成元件IC11、電阻R11和二極管D10組成；IC113腳接IC103腳，IC112腳接地，IC118腳接＋5V，IC114腳接－12V，IC111腳接IC13腳，IC111腳通過R11接＋5V，通過D10接－12V。所述的與非門邏輯電路由集成元件IC5和IC6組成；IC612腳接地，IC613腳接IC117腳；IC614腳接IC119腳；IC615腳接IC118腳；IC610接IC611腳；IC65腳接IC420腳；IC64腳接IC55腳；IC63腳接IC320腳；IC521腳接IC134及IC211腳；IC52腳接IC133腳；IC53腳接IC148腳；IC54腳接IC124腳；IC55腳接IC64腳；IC56腳接IC114腳；IC58腳接IC120腳；IC59腳接IC121腳；IC512腳接顯示板IC203腳；IC513腳接IC711腳；IC515腳接顯示板IC2022腳；IC516腳接顯示板IC209腳；IC517接打印機控制線STB；IC518腳接顯示板。所述的發(fā)光數(shù)碼管顯示及鍵盤接口電路由集成元件IC20、IC21、IC22和驅(qū)動電路及發(fā)光數(shù)碼管組成。所述的鍵盤按如下方式連線，第一行，電壓、電流、頻率、量程接線于IC208腳；第二行接線于IC201腳；第三行接線IC2038腳；第一列接線于IC2211腳；第二列接線于IC2212腳；第三列接線于IC2213腳；第四列接線于IC2214。
本實用新型的工頻諧波分析儀由于采用了先進的集成電路及微機技術，由高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A／D)進行波形采樣、記錄，由微型計算機進行數(shù)學傅立葉變換并將波形的頻譜展開，因而具有檢測精度高、可靠性好、使用簡單、調(diào)整方便，便于攜帶進行現(xiàn)場測試等優(yōu)點。
以下結合附圖，對本實用新型最佳實施例的工作原理做進一步說明。


圖1為本實用新型的工頻諧波分析儀的工作原理方框圖。
圖2(2a和2b)為本實用新型的電路原理圖。
圖1中分壓電路1；分流電路1′；多路開關電路2；信號調(diào)理電路3；過零檢測電路4；微處理器及存儲器電路5；發(fā)光數(shù)碼管顯示及鍵盤接口電路6；串行通訊電路7；打印機接口電路8；打印機9；L1接打印機；L2為數(shù)據(jù)總線；L3通過扁平電纜接顯示鍵盤電路(圖2(b)中的L′3)。
參見附圖1和2，微機根據(jù)要求將電壓、電流信號通過模擬開關電路2切入信號調(diào)理電路3，信號調(diào)理電路3將正、負半周交流信號處理成0－5V正弦信號輸入微機。同時過零檢測電路4將50HZ正弦信號轉(zhuǎn)換成同頻率的方波信號，輸入微機電路5。IC1為單片集成中央處理器(CPU)，內(nèi)含模數(shù)轉(zhuǎn)換器及定時電路，中央處理器用內(nèi)部定時器對方波信號進行計數(shù)，定時器每個機器周期為2μs，50Hz工頻信號的周期約為20000μs，計數(shù)為10000個左右，然后CPU對計數(shù)值除128，所得結果為采樣周期。CPU根據(jù)采樣周期對波形進行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)存儲入IC4數(shù)據(jù)存儲器中。CPU對所得波形數(shù)據(jù)進行快速傅立葉變換(FFT)，計算出各次波形的幅值、相角，并根據(jù)要求輸出結果。本實用新型的顯示鍵盤接口原理為集成數(shù)碼顯示鍵盤掃描控制芯片IC20發(fā)出動態(tài)掃描信號，通過IC21進行譯碼分別選通LED1－6，同時OUTA0－3及OUTB0－4腳輸出顯示信號，驅(qū)動發(fā)光數(shù)碼管顯示。而IC20發(fā)出的掃描信號通過IC22發(fā)出鍵盤行信號當行列之中有一鍵按下，則相應列對應的IC20的RL0－7得到回掃信號，得到鍵盤值同時通過電纜向IC1申請中斷，CPU進入相應的鍵中斷程序，進行各功能運行。
本實用新型電路中所選用集成電路可以是實現(xiàn)框圖1中所設定功能的任何型號的集成電路，本申請優(yōu)選采用下列型號的集成電路IC1為美國INTEL公司8096單片計算機IC2、IC7為74LS373或74LS573IC3為靜態(tài)存儲器6264IC4為只讀存儲器2764或27128型IC5為通用門陣列電路GAL16V8或PAL16V8IC6、IC21、IC22為3選8譯碼器74LS138IC8、IC9為通用集成運算放大器μA741IC10為模擬通道選擇開關4051IC11為通用過零比較器LM311IC12為集電極開路反相器7407IC20為通用發(fā)光管鍵盤接口芯片8279
權利要求1.一種工頻諧波分析儀，包括機箱、主電路印刷板、打印機、鍵盤和面板，其特征在于所述的主電路由電壓、電流變換電路、多路開關電路、信號調(diào)理電路、過零檢測電路、微處理器及存儲器電路、發(fā)光數(shù)碼管顯示及鍵盤接口電路、打印機接口電路、與非門邏輯電路、串行通訊電路及電源電路依次相互連接組成。
2.如權利要求1所述的一種工頻諧波分析儀，其特征在于所述的打印機為微型打印機，所述的鍵盤為觸摸式鍵盤。
3.如權利要求1或2所述的一種工頻諧波分析儀，其特征在于所述的多路開關電路由集成元件IC10、IC12及電阻R12、R13等組成，IC1211腳與IC19腳、IC1213腳與IC110腳相連；IC1210腳與IC1010腳、IC1212腳與IC109腳相連；IC1210腳、IC1212腳分別通過R12、R13與＋12V電源相接；IC1016腳接＋12V，IC107腳接－12V，IC108腳接地。
4.如權利要求1或2所述的工頻諧波分析儀，其特征在于所述的信號調(diào)理電路由集成元件IC8、IC9，電阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10，二極管D6、D7、D8、D9組成；IC83及IC93腳分別通過R3、R7接地，R4、R9相連于IC10的輸出腳3，R4的另一端分別與D6的陰極、R5相連于IC82腳、R6、R9、R8相連于IC92腳，R5、R6的另一端相連于二極管D7的陽極，二極管D7的陰極、D6的陽極相連于IC86腳，IC96腳通過限流電阻R10接于IC143腳，IC96腳通過D8接于IC145腳并通過二極管D9接于地線。
5.如權利要求1或2所述工頻諧波分析儀，其特征在于所述的過零檢測電路由集成元件IC11、電阻R11和二極管D10組成；IC113腳接IC103腳，IC112腳接地，IC118腳接＋5V，IC114腳接－12V，IC111腳接IC13腳，IC111腳通過R11接＋5V，通過D10接－12V。
6.如權利要求1或2所述的工頻諧波分析儀，其特征在于所述的與非門邏輯電路由集成元件IC5和IC6組成；IC612腳接地，IC613腳接IC117腳；IC614腳接IC119腳；IC615腳接IC118腳；IC610接IC611腳；IC65腳接IC420腳；IC64腳接IC55腳；IC63腳接IC320腳；IC521腳接IC134及IC211腳；IC52腳接IC133腳；IC53腳接IC148腳；IC54腳接IC124腳；IC55腳接IC64腳；IC56腳接IC114腳；IC58腳接IC120腳；IC59腳接IC121腳；IC512腳接顯示板IC203腳；IC513腳接IC711腳；IC515腳接顯示板IC2022腳；IC516腳接顯示板IC209腳；IC517接打印機控制線STB；IC518腳接顯示板。
7.如權利要求1或2所述的工頻諧波分析儀，其特征在于所述的發(fā)光數(shù)碼管顯示及鍵盤接口電路由集成元件IC20、IC21、IC22和驅(qū)動電路及發(fā)光數(shù)碼管組成。
8.如權利要求7所述的工頻諧波分析儀，其特征在于所述的鍵盤按如下方式連線，第一行，電壓、電流、頻率、量程接線于IC208腳；第二行接線于IC201腳；第三行接線IC2038腳；第一列接線于IC2211腳；第二列接線于IC2212腳；第三列接線于IC2213腳；第四列接線于IC2214。
專利摘要本實用新型涉及一種采用集成電路元件和微型計算機的智能化的工頻諧波分析儀。它包括機箱、主電路印刷板、微型打印機、觸摸式鍵盤和面板。其主電路由多路開關電路、信號調(diào)理電路、過零檢測電路、微處理器及存儲器電路、與非門邏輯電路、鍵盤接口電路、打印機接口電路及串行通訊電路等組成。與現(xiàn)有技術相比，具有檢測精度高、可靠性好、使用簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點。
文檔編號G01R23/16GK2185896SQ9420024
公開日1994年12月21日 申請日期1994年1月8日 優(yōu)先權日1994年1月8日
發(fā)明者蔡濱偉 申請人:蔡濱偉