基于dds的變壓器振動監測校驗平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，包括標準源模塊、傳感器、數據采集模塊和上位機控制與數據處理模塊；標準源模塊與傳感器的輸出端連接數據采集模塊，數據采集模塊輸出端連接上位機控制與數據處理模塊，上位機控制與數據處理模塊輸出端連接標準源模塊；標準源模塊包括直接數字式頻率合成器DDS和信號放大電路；直接數字式頻率合成器DDS包括相位累加器、波形存儲器、數模轉換器及低通濾波器。本實用新型的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，具有可通過校驗振動傳感器的振動信號判斷變壓器振動監測的有效與否、結構簡單可靠、易實現、可拓展性強等優點。
【專利說明】基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺。
【背景技術】
[0002]隨著電力行業的飛速發展，電網的規模不斷擴大，電網的安全運行也越來越重要。作為電力系統中最重要的設備之一的變壓器的安全運行非常重要。通過監測變壓器振動可以及時發現變壓器內部的故障，及時維修以免發生變壓器事故造成重大損傷。
[0003]由變壓器理論知識可以知道，變壓器內部鐵心和繞組的振動都是以兩倍電源頻率為基頻的，因此可以測量其兩倍頻率的振動信號幅值來監測變壓器振動情況。但是變壓器在長期運行過程中，會受到環境的干擾，所以需要對振動傳感器輸出的振動信號進行監測校驗。目前對變壓器振動監測校驗比較缺乏，因此，能否彌補此缺陷是一個技術難題。
實用新型內容
[0004]本實用新型是為避免上述已有技術中存在的不足之處，提供一種基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，以便于工作人員能夠判斷變壓器振動監測的有效性。
[0005]本實用新型為解決技術問題采用以下技術方案。
[0006]基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，其結構特點是，包括標準源模塊、傳感器、數據采集模塊和上位機控制與數據處理模塊；標準源模塊與傳感器的輸出端連接數據采集模塊，數據采集模塊輸出端連接上位機控制與數據處理模塊，上位機控制與數據處理模塊輸出端連接標準源申吳塊；
[0007]所述標準源模塊包括直接數字式頻率合成器DDS和信號放大電路；直接數字式頻率合成器DDS包括相位累加器、波形存儲器、數模轉換器及低通濾波器；所述相位累加器、波形存儲器、數模轉換器、低通濾波器和信號放大電路依次相連接；信號放大電路的輸出信號傳輸給數據采集模塊；
[0008]所述的傳感器檢測變壓器的振動信號，信號傳輸給數據采集模塊；
[0009]所述數據采集模塊包括數據采集卡，所述數據采集卡與所述信號放大電路、傳感器相連接，并接收所述信號放大電路發送的信號和采集傳感器的信號；所述數據采集卡與所述上位機控制與數據處理模塊相連接，并將信號傳輸給上位機控制與數據處理模塊相連接;
[0010]所述上位機控制與數據處理模塊與相位累加器、波形存儲器、數據采集卡相連接。本實用新型的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺的結構特點也在于:
[0011]所述信號放大電路包括電阻Rl?電阻R5、電阻R7?電阻R9、電容Cl?電容C3、電容耦合模擬隔離芯片U1、運算放大器U2、自恢復保險絲PTC1、自恢復保險絲PTC2和二極管Dl?二極管D3 ;所述二極管Dl通過所述電阻Rl與所述電容耦合模擬隔離芯片Ul相連接，所述二極管D2和二極管D3均與所述電容耦合模擬隔離芯片Ul相連接；所述電阻R2的一端與所述電阻R3的劃片相連接，所述電阻R2另一端通過所述電阻R4連接在所述自恢復保險絲PTC1、自恢復保險絲PTC2之間；所述電容C1與所述電阻R4相并聯連接；
[0012]所述電阻R7的兩端分別與所述電容耦合模擬隔離芯片U1和運算放大器U2相連接;
[0013]所述電阻R8與所述運算放大器U2相連接；所述電容C2的兩端分別與所述運算放大器U2、電阻R5的一端相連接，所述電阻R5的另一端與所述運算放大器U2相連接；所述自恢復保險絲PTC2通過所述自恢復保險絲PTC1與所述運算放大器U2相連接，所述電阻R9的一端與所述運算放大器U2相連接，所述電阻R9的另一端連接在所述運算放大器U2和自恢復保險絲PTC1之間；所述電容C3的一端接地，另一端與所述自恢復保險絲PTC2相連接。
[0014]所述電容耦合模擬隔離芯片U1為IS0124。
[0015]所述運算放大器U2為PA85。
[0016]與已有技術相比，本實用新型有益效果體現在:
[0017]本實用新型的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，包括標準源模塊、傳感器、數據采集模塊和上位機控制與數據處理模塊。標準源模塊與傳感器的輸出端連接數據采集模塊，數據采集模塊輸出端連接上位機控制與數據處理模塊，上位機控制與數據處理模塊輸出端連接標準源模塊；標準源模塊包括直接數字式頻率合成器DDS以及信號放大電路。DDS由相位累加器、波形存儲器(ROM或RAM)、數模轉換器(DAC)及低通濾波器(LPF)組成。數據采集模塊包括數據采集卡；上位機控制與數據處理模塊包括控制及數據處理軟件，控制調試進程，對振動信號進行校驗并給出評價。本實用新型通過校驗振動傳感器的振動信號判斷變壓器振動監測的有效與否，結構簡單，易實現，可拓展性強。
[0018]本實用新型的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，具有以下幾個特點:
[0019]1、通過校驗振動傳感器的振動信號判斷變壓器振動監測的有效與否。
[0020]2、結構簡單、可靠、易實現，可拓展性強。
[0021]3、應用具有相對帶寬更寬、分辨率更高的DDS技術，提高了測量精度。
[0022]本實用新型的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，具有可通過校驗振動傳感器的振動信號判斷變壓器振動監測的有效與否、結構簡單、可靠、易實現、可拓展性強等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺的流程框圖
[0024]圖2為本實用新型的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺的結構框圖。
[0025]圖3為本實用新型的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺的信號放大電路的電路圖。
[0026]以下通過【具體實施方式】，并結合附圖對本實用新型作進一步說明。
【具體實施方式】
[0027]參見附圖1-3，本實用新型的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，包括標準源模塊、數據采集模塊和上位機控制與數據處理模塊；標準源模塊與傳感器的輸出端接數據采集模塊，數據采集模塊輸出端接上位機控制與數據處理模塊，上位機控制與數據處理模塊輸出端接標準源申吳塊；
[0028]所述標準源模塊包括直接數字式頻率合成器DDS和信號放大電路；直接數字式頻率合成器DDS包括相位累加器、波形存儲器、數模轉換器及低通濾波器；所述相位累加器、波形存儲器、數模轉換器、低通濾波器和信號放大電路依次相連接；信號放大電路的輸出信號傳輸給數據采集模塊；
[0029]所述的傳感器檢測變壓器(前后、左右、上下)的振動信號，信號傳輸給數據采集豐吳塊；
[0030]所述數據采集模塊包括數據采集卡，所述數據采集卡與所述信號放大電路、傳感器相連接，并接收所述信號放大電路發送的信號和采集傳感器的信號；所述數據采集卡與所述上位機控制與數據處理模塊相連接，并將信號傳輸給上位機控制與數據處理模塊相連接;
[0031]所述上位機控制與數據處理模塊與相位累加器、波形存儲器、數據采集卡相連接。
[0032]上位機控制與數據處理模塊內部包含控制及數據處理軟件，用于控制調試進程，對振動信號進行校驗并給出評價。上位機控制與數據處理模塊依靠現場可編程門陣列(FPGA)芯片中32位軟核處理器N1s II作為CPU。數據采集模塊內置的數據采集卡為標準數據采集單元，提供4通道16位同步采樣模擬輸入。
[0033]如圖3，所述信號放大電路包括電阻Rl?電阻R5、電阻R7?電阻R9、電容Cl?電容C3、電容耦合模擬隔離芯片U1、運算放大器U2、自恢復保險絲PTC1、自恢復保險絲PTC2和二極管Dl?二極管D3 ;所述二極管Dl通過所述電阻Rl與所述電容耦合模擬隔離芯片Ul相連接，所述二極管D2和二極管D3均與所述電容耦合模擬隔離芯片Ul相連接；所述電阻R2的一端與所述電阻R3的劃片相連接，所述電阻R2另一端通過所述電阻R4連接在所述自恢復保險絲PTC1、自恢復保險絲PTC2之間；所述電容Cl與所述電阻R4相并聯連接；
[0034]所述電阻R7的兩端分別與所述電容耦合模擬隔離芯片Ul和運算放大器U2相連接;
[0035]所述電阻R8與所述運算放大器U2相連接；所述電容C2的兩端分別與所述運算放大器U2、電阻R5的一端相連接，所述電阻R5的另一端與所述運算放大器U2相連接；所述自恢復保險絲PTC2通過所述自恢復保險絲PTCl與所述運算放大器U2相連接，所述電阻R9的一端與所述運算放大器U2相連接，所述電阻R9的另一端連接在所述運算放大器U2和自恢復保險絲PTCl之間；所述電容C3的一端接地，另一端與所述自恢復保險絲PTC2相連接。
[0036]所述電容耦合模擬隔離芯片Ul為IS0124。
[0037]所述運算放大器U2為PA85。
[0038]如圖1和2所示，本實用新型的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺包括標準源模塊、傳感器、數據采集模塊和上位機控制與數據處理模塊；
[0039]標準源模塊應用DDS技術以及放大電路實現任意信號(特定頻率正弦基波疊加高次諧波)的輸出，依靠現場可編程門陣列(FPGA)芯片中32位軟核處理器N1s II作為CPU控制整個測試流程，DDS頻率變動、相位累加等功能，片內RAM則作為DDS的波形存儲器。現場可編程門陣列芯片輸出數字信號，數模轉換將其變為模擬信號，再經放大電路產生參考信號。選擇16位高速DA芯片AD5547作為數模轉換芯片，放大電路如附圖2所示。
[0040]DDS由相位累加器、波形存儲器(ROM或RAM)、數模轉換器(DAC)及低通濾波器(LPF)組成。在參考頻率源發出的時鐘脈沖控制下，頻率控制字K由累加器累加得到相應的相碼，相碼尋址波形存儲器中的幅值信息，進行相碼-幅碼變換輸出不同的幅度編碼，再經過數模變換器得到相應的階梯波，最后經低通波器對階梯波進行平滑，即得到連續變化的輸出波形。作為一個無反饋的開環系統，DDS合成頻率的轉換時間主要由低通濾波器的延遲時間來決定，這大大縮短了所需的調諧時間。
[0041]傳感器檢測變壓器在三個方向(上下、左右、前后)的振動信號，并將振動信號傳輸給數據采集模塊。
[0042]數據采集模塊包括數據采集卡，內置標準數據采集單元，可提供4通道16位同步米樣模擬輸入。
[0043]上位機控制與數據處理模塊包括控制及數據處理軟件，控制調試進程，對振動信號進行校驗并給出評價。
[0044]通過頻率變動和波形生成控制測試流程，對數據采集模塊采集的數據進行離散傅里葉變換進行分析、對比、校驗，并給出評價，顯示校驗結果。
[0045]以上的實施例僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本實用新型的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，其特征是，包括標準源模塊、傳感器、數據采集模塊和上位機控制與數據處理模塊；標準源模塊與傳感器的輸出端連接數據采集模塊，數據采集模塊輸出端連接上位機控制與數據處理模塊，上位機控制與數據處理模塊輸出端連接標準源t吳塊； 所述標準源模塊包括直接數字式頻率合成器DDS和信號放大電路；直接數字式頻率合成器DDS包括相位累加器、波形存儲器、數模轉換器及低通濾波器；所述相位累加器、波形存儲器、數模轉換器、低通濾波器和信號放大電路依次相連接；信號放大電路的輸出信號傳輸給數據采集模塊； 所述傳感器采集的信號傳輸給數據采集模塊； 所述數據采集模塊包括數據采集卡，所述數據采集卡與所述信號放大電路、傳感器相連接，并接收所述信號放大電路發送的信號和采集傳感器的信號；所述數據采集卡與所述上位機控制與數據處理模塊相連接，并將信號傳輸給上位機控制與數據處理模塊相連接； 所述上位機控制與數據處理模塊與相位累加器、波形存儲器、數據采集卡相連接。
2.根據權利要求1所述的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，其特征是，所述信號放大電路包括電阻Rl?電阻R5、電阻R7?電阻R9、電容Cl?電容C3、電容耦合模擬隔離芯片Ul、運算放大器U2、自恢復保險絲PTCl、自恢復保險絲PTC2和二極管Dl?二極管D3 ;所述二極管Dl通過所述電阻Rl與所述電容耦合模擬隔離芯片Ul相連接，所述二極管D2和二極管D3均與所述電容耦合模擬隔離芯片Ul相連接；所述電阻R2的一端與所述電阻R3的劃片相連接，所述電阻R2另一端通過所述電阻R4連接在所述自恢復保險絲PTCl、自恢復保險絲PTC2之間；所述電容Cl與所述電阻R4相并聯連接； 所述電阻R7的兩端分別與所述電容耦合模擬隔離芯片Ul和運算放大器U2相連接； 所述電阻R8與所述運算放大器U2相連接；所述電容C2的兩端分別與所述運算放大器U2、電阻R5的一端相連接，所述電阻R5的另一端與所述運算放大器U2相連接；所述自恢復保險絲PTC2通過所述自恢復保險絲PTCl與所述運算放大器U2相連接，所述電阻R9的一端與所述運算放大器U2相連接，所述電阻R9的另一端連接在所述運算放大器U2和自恢復保險絲PTCl之間；所述電容C3的一端接地，另一端與所述自恢復保險絲PTC2相連接。
3.根據權利要求2所述的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，其特征是，所述電容耦合模擬隔離芯片Ul為IS0124。
4.根據權利要求2所述的基于DDS的變壓器振動監測校驗平臺，其特征是，所述運算放大器U2為PA85。
【文檔編號】G01H1/00GK204241102SQ201420764049
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】鄭浩, 汪俊斌, 劉厚康, 喬冬升, 陳堅, 劉亞坤, 傅正財, 陳鋒, 汪勝和, 朱勝龍 申請人:國家電網公司, 國網安徽省電力公司淮南供電公司, 上海交通大學, 國網安徽省電力公司, 國網安徽省電力公司電力科學研究院