一種基于時頻變換的電壓包絡提取方法及實現裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于時頻變換的電壓包絡提取方法及實現裝置，利用所述的基于時頻變換的電壓包絡提取方法的實現裝置對電網電壓信號進行離散化采樣，得到采樣后的電壓信號，運用Teager能量算子對采樣后的電壓信號進行解調，并對Teager能量算子解調后的信號做短時傅里葉變換，得到二維復數矩陣以及頻率幅值曲線，實現對電網電壓信號中電壓包絡信號提取。本發明基于Teager能量算子及短時傅里葉變換的電壓包絡提取方法具有較高的準確度，與傳統電壓包絡提取方法及裝置相比較，易于實現且檢測結果更加準確。
【專利說明】一種基于時頻變換的電壓包絡提取方法及實現裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電壓包絡的提取以及采樣電路領域，特別的涉及一種基于時頻變換的電壓包絡提取方法及實現裝置。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術和國民經濟的發展，電能的需求量日益增加，對電能質量的要求也越來越高。高質量的電能對于保證電網和電氣設備的安全經濟運行、增強國民經濟的總體效益、提高產品質量以及保障居民正常生活有著重要的意義，電能質量問題受到了全世界的廣泛關注。為改善和提高電能質量，系統地分析和研究電能質量問題，找出引起電能質量問題的原因并采取針對性的解決辦法，對電能質量進行檢測是首先要解決的問題，而電能質量檢測過程中電壓包絡提取對于電能質量的分析顯得尤為重要，準確而實時的提取電壓包絡并對電能質量進行分析，對改善電能質量起到積極作用。
[0003]目前關于電壓包絡提取的方案有很多，比如小波變換、Hilbert變換方法、Teager能量算子等。其中小波變換在應用中難以保證獲得的同步信號與實際工頻電壓信號的頻率、相位相一致，從而帶來測量誤差；采用Hilbert變換，對應濾波器的沖擊響應是時域上無限延伸的非因果型，理論上必須知道信號的采樣值，才能求出它的正交信號，因此計算量大，而且無法實現對電壓瞬時幅值的實時監測Jeager能量算子是一個非線性算子，Teager能量算子計算簡單，適于信號的實時檢測處理與嵌入式系統實現。Teager能量算子能夠跟蹤信號的瞬時能量，解決頻帶信號的快速檢測問題。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種基于時頻變換的電壓包絡提取方法及實現裝置，能夠準確而實時的對電網電壓包絡進行提取，從而實現對電壓信號的快速檢測。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提出的解決方案為:利用基于時頻變換的電壓包絡提取方法和基于時頻變換的電壓包絡提取方法的實現裝置對電壓信號進行離散化采樣，得到采樣后的電壓信號，運用Teager能量算子對采樣后的電壓信號進行解調，并對Teager能量算子解調后的信號做短時傅里葉變換，得到二維復數矩陣以及頻率幅值曲線，實現對電壓信號中電壓包絡信號提取；
[0006]所述的基于時頻變換的電壓包絡提取方法具體包括以下步驟:
[0007]a.電網A、B、C三相電壓經壓敏電阻、限流電阻以及電壓互感器轉變為符合模數轉換芯片AD73360L輸入要求的小幅值電壓信號；
[0008]b.步驟a中得到的符合模數轉換芯片AD73360L輸入要求的小幅值電壓信號經過濾波電容，濾除極高頻干擾，再經過低通抗混疊濾波器，濾除高頻干擾，將濾波后的電壓信號輸入到模數轉換芯片AD73360L ；
[0009]c.模數轉換芯片AD73360L將步驟b得到的濾波后的電壓信號轉換成數字量；[0010]d.步驟c得到的數字量通過模數轉換芯片AD73360L的SPI通信接口送入數字信號處理器 TMS320VC5502 ；
[0011]e.數字信號處理器TMS320VC5502對所采集的電壓數字量進行處理，設所采集的電壓數字量為X (k)，對X (k)進行Teager能量算子解調，得到Teager能量算子分解后的信號Ψ(χΟΟ)，具體計算公式為:
[0012]ψ (X (k)) =x (k) 2-x (k+1) x (k_l)
[0013]f.對Teager能量算子解調后的信號Ψ (x(k))進行短時傅里葉變換，得到二維復數矩陣Fstft(m，η)以及頻率幅值曲線，具體計算公式為:
[0014]
【權利要求】
1.一種基于時頻變換的電壓包絡提取方法及實現裝置，其特征在于，利用基于時頻變換的電壓包絡提取方法和基于時頻變換的電壓包絡提取方法的實現裝置對電壓信號進行離散化采樣，得到采樣后的電壓信號，運用Teager能量算子對采樣后的電壓信號進行解調，并對Teager能量算子解調后的信號做短時傅里葉變換，得到二維復數矩陣以及頻率幅值曲線，實現對電壓信號中電壓包絡信號提取； 所述的基于時頻變換的電壓包絡提取方法具體包括以下步驟: a.電網A、B、C三相電壓經壓敏電阻、限流電阻以及電壓互感器轉變為符合模數轉換芯片AD73360L輸入要求的小幅值電壓信號； b.步驟a中得到的符合模數轉換芯片AD73360L輸入要求的小幅值電壓信號經過濾波電容，濾除極高頻干擾，再經過低通抗混疊濾波器，濾除高頻干擾，將濾波后的電壓信號輸入到模數轉換芯片AD73360L ； c.模數轉換芯片AD73360L將步驟b得到的濾波后的電壓信號轉換成數字量； d.步驟c得到的數字量通過模數轉換芯片AD73360L的SPI通信接口送入數字信號處理器 TMS320VC5502 ； e.數字信號處理器TMS320VC5502對所采集的電壓數字量進行處理，設所采集的電壓數字量為x(k)，對x(k)進行Teager能量算子解調，得到Teager能量算子分解后的信號Ψ(χΟΟ)，具體計算公式為:
Ψ (X (k)) =x (k) 2-x (k+1) X (k-1) f.對Teager能量算子解調后的信號Ψ(χ(10)進行短時傅里葉變換，得到二維復數矩陣^^(!11，11)以及頻率幅值曲線，具體計算公式為:
2.一種實現權利要求1所述的基于時頻變換的電壓包絡提取方法的實現裝置，其特征在于，所述的基于時頻變換的電壓包絡提取方法的實現裝置包括電壓測量信號變換電路、模數轉換電路以及SPI通信模塊。
3.根據權利要求1和2所述的基于時頻變換的電壓包絡提取方法的實現裝置，其特征在于，所述的電壓測量信號變換電路包括壓敏電阻、限流電阻、傳感器、取樣電阻、濾波電容以及低通抗混疊濾波器；所述傳感器采用電壓互感器，其型號為PT03C，其中電壓互感器一次線圈的兩端分別串接限流電阻，再并聯壓敏電阻并入電網，電壓互感器二次線圈并聯取樣電阻和濾波電容，再連接低通抗混疊濾波器；所述壓敏電阻型號為MYG-32D911K，起到防雷的作用；所述低通抗混疊濾波器采用電阻和電容構成的RC無源濾波電路，電壓互感器二次線圈并聯取樣電阻后輸出的電壓信號，其線性度優于0.1%。
4.根據權利要求1和2所述的裝置，其特征在于，所述模數轉換電路包括模數轉換芯片AD73360L、有源晶振以及基準電壓芯片ADR127，其中模數轉換芯片AD73360L為16位六通道具有同步采樣功能的芯片，采樣速率設置為64kHz ;有源晶振頻率為16.384MHz，為模數轉換芯片AD73360L提供主時鐘；基準電壓芯片ADR127為模數轉換芯片AD73360L提供1.25V基準電壓。
5.根據權利要求1和2所述的裝置，其特征在于，所述SPI通信模塊采用四線SPI通信，實現模數轉換芯片AD73360L與數字信號處理器TMS320VC5502之間的通信功能，SPI通信模塊中模數轉換芯片AD73360L作為主機，數字信號處理器TMS320VC5502作為從機，模數轉換芯片AD73360L第12引腳SCLK通過串聯一個100 Ω電阻與數字信號處理器TMS320VC5502第17引腳CLKRO相連，模數轉換芯片AD73360L第14引腳SDO通過串聯一個100 Ω電阻與數字信號處理器TMS320VC5502第18引腳DRO相連，模數轉換芯片AD73360L第17引腳SDI通過串聯一個100 Ω電阻與數字信號處理器TMS320VC5502第22引腳DXO相連，模數轉換芯片AD73360L第16引腳SDIFS和第15引腳SDOFS連接后，通過串聯一個100 Ω電阻與數字信號處理器TMS320VC5502第19引腳FSRO相連。
6.根據權利要求1和2所述的裝置，其特征在于，所述SPI通信模塊，其串口輸入和輸出數據使用相同的幀同步信號和時鐘信號均由模數轉換芯片AD73360L提供，其中電網A、B、C三相電壓的采樣率為64kHz，一個基波周期20ms內，電網A、B、C三相電壓的采樣數據為7680Byte，通信速率設置為8.192MHz。
【文檔編號】G01R19/25GK103472296SQ201310454605
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】溫和, 吳禹, 滕召勝, 姚文軒, 唐求, 孟卓, 左培麗, 高云鵬, 王康, 張海煥, 李峰 申請人:湖南大學