模擬工頻梳狀陷波器及其調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種信號(hào)檢測(cè)電路的模擬工頻陷波器，尤其是具有多個(gè)衰減頻帶且衰 減特性可調(diào)整的模擬工頻梳狀陷波器及其調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，工頻（我國(guó)工頻為50Hz)及其諧波電磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)電磁感應(yīng)在信號(hào) 檢測(cè)電路中產(chǎn)生電磁干擾，嚴(yán)重影響了信號(hào)檢測(cè)的效率和精度，是信號(hào)檢測(cè)電路最主要的 干擾源。在檢測(cè)電路中加入工頻陷波器能夠?yàn)V除工頻噪聲，有利于提高信噪比和電路的抗 干擾能力，在通信、雷達(dá)、醫(yī)療設(shè)備和地球物理勘探等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
[0003] 工頻陷波器可分為數(shù)字和模擬兩種。數(shù)字工頻陷波器具有中心頻率穩(wěn)定，易實(shí)現(xiàn) 多阻帶，和便于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。但是，數(shù)字工頻陷波器只能在輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后應(yīng)用， 難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性。而且，在微弱信號(hào)檢測(cè)中，有用信號(hào)淹沒(méi)在工頻及其諧波噪聲中，工頻干 擾很大時(shí)，電路不能進(jìn)行有效放大，不利于測(cè)量微弱信號(hào)。因此，模擬工頻陷波器起著無(wú)可 替代的作用。
[0004] 常規(guī)模擬工頻陷波器的方法主要包括：1)使用低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)，并 且高通濾波器的截止頻率高于工頻，低通濾波器的截止頻率低于工頻；2)使用帶通濾波器 和減法器串聯(lián)，帶通濾波器的中心頻率為工頻，利用減法器從原有信號(hào)中減去帶通濾波器 的輸出，減法器的輸出為工頻陷波器的輸出；3)雙T工頻陷波器，利用雙T網(wǎng)絡(luò)在工頻處發(fā) 生諧振，使工頻噪聲不能通過(guò)。常規(guī)模擬工頻陷波器不能實(shí)現(xiàn)多阻帶衰減，需要通過(guò)多級(jí)串 聯(lián)濾除多個(gè)頻率的工頻噪聲，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加；常規(guī)模擬工頻陷波器衰減頻率及其 衰減量受電容和電阻精度影響，調(diào)試?yán)щy，且衰減頻率隨溫度變化產(chǎn)生漂移，進(jìn)而導(dǎo)致衰減 量惡化。
[0005] CN100562765C公開(kāi)了一種弱信號(hào)檢測(cè)儀中有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波抑制電路，是 利用頻率、相位、幅度全面跟蹤有用信號(hào)頻帶內(nèi)的工頻諧波，然后利用DDS產(chǎn)生一個(gè)與工頻 諧波噪聲頻率、相位、幅度均相同的正弦波，最后在有用信號(hào)中減去DDS產(chǎn)生的正弦波，達(dá) 到抑制有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波噪聲的目的。該發(fā)明只能對(duì)有用信號(hào)頻帶內(nèi)一個(gè)頻率的工 頻噪聲進(jìn)行抑制，不能同時(shí)對(duì)多個(gè)頻率的工頻噪聲進(jìn)行抑制，當(dāng)工頻諧波的頻率、幅度或相 位測(cè)量不準(zhǔn)確時(shí)，濾波效果差，甚至?xí)绊懹杏眯盘?hào)。
[0006] CN101666834A公開(kāi)了一種抗工頻干擾的信號(hào)米樣方法及系統(tǒng)，首先在輸入的市電 交流信號(hào)中提取工頻信號(hào)，通過(guò)工頻信號(hào)對(duì)疊加在檢測(cè)信號(hào)上的工頻干擾進(jìn)行同步跟蹤， 并產(chǎn)生一個(gè)工頻同步信號(hào)；然后，根據(jù)工頻同步信號(hào)鎖定工頻干擾信號(hào)的過(guò)零相位，在過(guò)零 相位對(duì)輸入檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行同步采樣。該發(fā)明只能對(duì)一個(gè)頻率的工頻噪聲進(jìn)行抑制，不能同 時(shí)對(duì)多個(gè)頻率的工頻噪聲進(jìn)行抑制，該方法要求在過(guò)零點(diǎn)的相位處進(jìn)行檢測(cè)，而過(guò)零點(diǎn)不 易獲取，易造成誤差，影響信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確度。
[0007] CN2586170Y公開(kāi)了一種超導(dǎo)量子干涉儀50Hz工頻干擾的消除裝置，該裝置包括 一個(gè)耦合被測(cè)信號(hào)得到參考信號(hào)的電感線圈，電感線圈與一個(gè)放大器相連，放大器與50Hz 帶通濾波器相連，帶通濾波器與一個(gè)可將參考信號(hào)相位反相的相位調(diào)節(jié)器連接，相位調(diào)節(jié) 器與加法器的一個(gè)輸入端相連，加法器另一個(gè)輸入端與超導(dǎo)量子干涉器的反饋環(huán)路連接， 加法器的輸出端與反饋環(huán)路的反饋電阻連接。該發(fā)明可以在測(cè)量點(diǎn)處，把不需要的干擾信 號(hào)抵消掉，但只能抑制50Hz的噪聲，不能衰減工頻的諧波，而且為了得到參考信號(hào)加入了 電感線圈，電感線圈自身也產(chǎn)生噪聲，影響測(cè)量結(jié)果。
[0008] CN203502602U公開(kāi)了一種消除工頻諧波干擾的核磁共振探測(cè)裝置，采用同一起始 點(diǎn)相差半個(gè)工頻諧波周期的兩組核磁共振信號(hào)相加，抵消接近工頻諧波噪聲，裝置由接收 線圈與增益可調(diào)放大器、濾波器和二級(jí)放大器連接，二級(jí)放大器一端連接強(qiáng)度指示，二級(jí)放 大器另一端連接遲滯比較器，遲滯比較器一端經(jīng)觸發(fā)器與加法器連接，遲滯比較器另一端 經(jīng)延時(shí)器與加法器連接，加法器與計(jì)算機(jī)連接構(gòu)成。該裝置只能濾除一個(gè)頻率的工頻諧波， 濾波效果受延時(shí)器的延時(shí)精度影響，當(dāng)延時(shí)不滿足半周期條件或發(fā)生延時(shí)漂移時(shí)，工頻諧 波抑制效果較差。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)雖然在一定程度上解決了工頻陷波器衰減特性受電 阻器和電容器的精度和溫漂影響，但仍不能實(shí)現(xiàn)多阻帶衰減，需要通過(guò)多級(jí)串聯(lián)濾除多個(gè) 頻率的工頻噪聲，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有模擬工頻陷波器的不足，提供一種模擬工頻梳狀陷波 器，對(duì)工頻及其諧波均能進(jìn)行衰減，而且其衰減特性可以調(diào)整。本發(fā)明的另一目的是提供一 種模擬工頻梳狀陷波器的衰減頻率、衰減量及其衰減帶寬的調(diào)整方法。
[0010] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 一種模擬工頻梳狀陷波器，是由工頻噪聲合成器1經(jīng)乘法器2和電阻器3再分別 經(jīng)電阻器6和運(yùn)算放大器5的負(fù)極與加法器8連接，加法器8與乘法器2連接，運(yùn)算放大器 5的正極與電阻器4連接構(gòu)成。
[0012] 工頻噪聲合成器1是由按鍵bl6經(jīng)計(jì)數(shù)器11、分頻器13和晶體振蕩器10與數(shù)模 轉(zhuǎn)換器12連接，按鍵cl7經(jīng)可編程存儲(chǔ)器9與按鍵al5連接，計(jì)數(shù)器11經(jīng)可編程存儲(chǔ)器9 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器12與無(wú)源低通濾波器14連接構(gòu)成。
[0013] 模擬工頻梳狀陷波器的衰減頻率、衰減量及其衰減帶寬的調(diào)整方法，包括以下步 驟：
[0014] a、設(shè)定需要濾除的工頻及其諧波頻率?\、f2、f3、......、:fm;
[0015] b、在采樣率fs= 4f M情況下，合成工頻噪聲信號(hào)n (k) = cos (2 π kf / fs) +cos (2 JT kf2/fs) +cos (2 JT kf3/fs) +......+cos (2 jt kfm/fs)，對(duì) n (k)的幅度進(jìn)行歸一化；
[0016] c、斷開(kāi)按鍵cl7,并接通按鍵al5,使可編程儲(chǔ)存器9處于寫(xiě)入狀態(tài)；
[0017] d、斷開(kāi)按鍵bl6,使計(jì)數(shù)器11的輸出端口處于高阻態(tài)，將一