基于DSP和虛擬儀器的諧波檢測裝置的制作方法

本實用新型涉及一種諧波檢測裝置，具體涉及基于DSP和虛擬儀器的諧波檢測裝置，屬于諧波分析技術領域。

背景技術：

虛擬儀器（Visual Instructions）技術開發設備主要采用美國國家儀器公司（National Instrument）公司的LabVIEW平臺，擁有強大的函數庫、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件，利用高性能的模塊化可以完全自主定義用戶界面，可擴展性強，開發時間少的優勢，但實時性不高，處理速度由Windows操作系統決定。

近年來，隨著電力電子設備的廣泛應用，大量非線性器件的使用導致諧波問題日益嚴重，諧波影響電能的生產、傳輸和利用率，影響精密電子設備的測量精度和使用壽命，因此實時的對諧波含量的檢測具有重要的意義。目前，生產用于諧波檢測的廠商有很多，功能也很齊全，但是，諧波檢測裝置體積大，設備維修成本高，諧波檢測效果差，以及實時性不高等弊端，很難在教學實驗中普及使用，因此需要一種對硬件依賴性小，開發成本低的諧波檢測裝置對諧波含量進行實時性檢測。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了解決現有技術中諧波檢測裝置體積大，設備維護成本高，對硬件設備依賴性大，以及實時性不高的問題。

本實用新型的技術方案是：基于DSP和虛擬儀器的諧波檢測裝置，本實用新型包括信號采集與處理模塊和PC機顯示模塊；所述信號采集與處理模塊包括電壓互感輸入電路、電流互感輸入電路、多路開關、信號調理電路、低通濾波器、整形電路、鎖相倍頻電路、DSP芯片和USB轉串口，所述鎖相倍頻電路包括鑒相器、鑒相器低通濾波器、壓控振蕩器VOC和分頻器依次連接構成，分頻器輸出端信號與鑒相器輸入端信號比較，實現實時追蹤檢測信號的頻率變化，所述PC機顯示模塊為搭載有LabVIEW2014軟件的計算機平臺，包括VISA數據讀取、原波形、波形失真度和各次諧波含量的顯示，信號采集與處理模塊和PC機顯示模塊的數據傳遞通過USB轉串口芯片連接，檢測信號通過信號采集與處理模塊的電壓互感輸入電路或電流互感輸入電路調整為DSP芯片可以處理的標準信號，電壓互感輸入電路和電流互感輸入電路輸出的標準信號進入到多路開關，多路開關的輸出端分別連接低通濾波器和信號調理電路，低通濾波器濾出基波信號，低通濾波器輸出端連接整形電路輸入端，將低通濾波器濾出的基波信號調整為與之同頻率的方波，整形電路的輸出端連接鎖相倍頻電路的輸入端，輸出基波頻率整數倍的方波，鎖相倍頻電路輸出端連接DSP芯片內部的中斷，實現同步采樣，抑制同步采樣誤差，提高諧波測量和分析精度，信號調理電路的輸出端連接DSP芯片的主控單元輸入端，然后利用DSP芯片內部AD轉換將模擬信號轉換為DSP芯片可以處理的數字信號，然后利用DSP芯片主控單元強大的運算功能，對采集數據進行快速傅里葉變換得到各個頻率處的幅值和相角，處理后的數據通過USB轉串口傳送到PC機顯示模塊，PC機顯示模塊為搭載有LabVIEW2014軟件的計算機平臺，VISA數據讀取對傳送來的數據進行讀取，并在原波形上顯示信號初始波形，以及對波形失真度的顯示和各次諧波含量的顯示，可以直觀檢測出檢測信號受諧波污染的程度。

本實用新型與現有技術相比具有以下效果：本實用新型以“軟件即儀器”的設計理念，使用基于DSP的信號采集與處理模塊和PC機上搭載的LabVIEW2014組成諧波檢測裝置，充分利用DSP的數據處理能力和LabVIEW2014的集成資源和交互性，不需要數據采集卡，降低成本，采集到的數據由DSP快速處理后直接通過USB串口傳送到數據讀取模塊，由LabVIEW2014對讀取數據處理并顯示，實現對檢測信號諧波含量的實時性檢測，對硬件設備依賴性小，可根據需要，修改界面布局，可擴展性好。基于一套硬件設備，只要在軟件上稍作擴展就可實現多種檢測功能，可擴展性好，結構簡單，便于在實驗室中應用。

附圖說明

圖1，本實用新型的結構框圖。

圖2，鎖相倍頻電路的結構框圖。

具體實施方式

結合附圖說明本實用新型的具體實施方式，本實用新型是基于DSP和虛擬儀器的諧波檢測裝置，如圖1所示，包括信號采集與處理模塊和PC機顯示模塊；信號采集與處理模塊和PC機顯示模塊通過USB轉串口連接。

信號采集與處理模塊包括電壓互感輸入電路、電流互感輸入電路、多路開關、信號調理電路、低通濾波器、整形電路、鎖相倍頻電路、DSP芯片和USB轉串口，所述所述鎖相倍頻電路如圖2所示，包括鑒相器、鑒相器低通濾波器、壓控振蕩器VOC和分頻器依次連接構成，所述PC機顯示模塊為搭載有LabVIEW2014軟件的計算機平臺，包括VISA數據讀取、原波形、波形失真度和各次諧波含量的顯示。

信號采集與處理模塊和PC機顯示模塊通過USB接口連接，檢測信號通過信號采集與處理模塊的電壓互感輸入電路或電流互感輸入電路調整為DSP芯片可以處理的標準信號，電壓互感輸入電路和電流互感輸入電路輸出的標準信號進入到多路開關，多路開關的輸出端分別連接低通濾波器和信號調理電路，低通濾波器濾出基波信號，低通濾波器輸出端連接整形電路輸入端，將低通濾波器濾出的基波信號調整為與之同頻率的方波，整形電路的輸出端連接鎖相倍頻電路的輸入端，輸出基波頻率整數倍的方波，鎖相倍頻電路輸出端連接DSP芯片內部的中斷，實現同步采樣，抑制同步采樣誤差，提高諧波測量和分析精度，信號調理電路的輸出端連接DSP芯片的主控單元輸入端，然后利用DSP芯片內部AD轉換將模擬信號轉換為DSP芯片可以處理的數字信號，然后利用DSP芯片主控單元強大的運算功能，對采集數據進行快速傅里葉變換得到各個頻率處的幅值和相角，處理后的數據通過USB轉串口傳送到PC機顯示模塊。

PC機顯示模塊為搭載有LabVIEW2014軟件的計算機平臺，PC機顯示模塊包括VISA數據讀取、原波形、波形失真度和各次諧波含量的顯示，VISA數據讀取對傳送來的數據進行讀取，并在原波形上顯示信號初始波形，以及對波形失真度的顯示和各次諧波含量的顯示，可以直觀檢測出檢測信號受諧波污染的程度。

所述鎖相倍頻電路包括鑒相器、鑒相器低通濾波器、壓控振蕩器VOC和分頻器依次連接構成，分頻器輸出端信號與鑒相器輸入端信號比較，實現實時追蹤檢測信號的頻率變化。

所述鎖相倍頻電路輸出信號是基波頻率4~6倍的脈沖信號。