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专利名称：一种过电压监测用数据采集卡的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高电压测试技术领域，更具体地说，涉及一种电网过电压波形采
集装置。
背景技术：
电力系统的工作可靠性与其绝缘水平和过电压大小密切相关。运行经验表明，由过电压引起的事故在电力系统事故中占主导地位。因此对电网过电压进行在线监测，并根据其提供的监测数据，采取快速响应抑制措施，对保证电网安全运行具有重要意义。数据采集单元是过电压在线监测系统的核心部分之一，其精度和性能直接决定了整个监测系统的性能指标。电力系统中的过电压究其根本可分为内部过电压和外部过电压两大类型，内部过电压又可分为操作过电压和暂时过电压，外部过电压即大气过电压。电力系统中内、夕卜过电压信号的波形形态和特征参量之间的差异非常大，外过电压波头陡、持续时间短而内过电压波头较缓、持续时间相对较长，这对采集卡的功能和性能提出了很高的要求。目前应用于电力系统的过电压监测系统中采集卡的采集频率一般为I 20kHz，很难满足记录电力系统外过电压的要求。电力系统大气过电压波头陡，等效频率高，实际工程中为了满足测量雷电过电压功能，要求采集卡采样频率一般要大于10MHz。而内过电压的持续时间较长，若以高速的采样频率完整采集内过电压信号会产生较大的数据量，对数据存储、传输、分析和保存都会带来不便，同时也降低了监测系统的实时性。如何在较小容量的存储器条件下完整记录电网内、外过电压是过电压采集卡的主要技术难点。

实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种具有变频采样功能的采集卡， 适合各种类型过电压的测量，可完整记录雷电过电压波形和长时间操作过电压波形。 本实用新型上述技术问题这样解决，构造一种过电压监测用数据采集卡，其特征在于，包括用于实现时钟/时序控制、触发逻辑控制、A/D采样控制、数据存储、计算机命令译码功能的复杂可编程逻辑器件即CPLD控制单元，用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换器ADC，用于保存采集数据的随机存取存储器RAM，用于将模拟信号转换为模数转换器ADC所要求输入信号的信号调理电路，所述数据采集卡还包括模拟信号输入通道、外触发信号输入通道和内部时钟。在本实用新型上述过电压监测用数据采集卡中，所述CPLD控制单元包括由外触发信号输入通道提供输入端而输出端通过采样时钟连接到所述数模转换电路ADC的触发控制逻辑、由内部时钟提供输入端的时钟/时序接口、与随机存取存储器RAM互为输入端和输出端的存储器接口以及与计算机总线互为输入端和输出端的总线接口。在本实用新型上述过电压监测用数据采集卡中，所述信号调理电路由所述输入通道提供输入端而输出端连接到所述数模转换电路ADC。[0007]在本实用新型上述过电压监测用数据采集卡中，所述数模转换电路ADC由所述信号调理电路提供输入端而输出端连接到所述随机存取存储器RAM。在本实用新型上述过电压监测用数据采集卡中，所述随机存取存储器RAM由所述数模转换电路ADC提供输入端而输出端通过数据连接到所述存储器接口。实施本实用新型的有益效果是:1)本实用新型适合各种类型过电压的监测；2)本实用新型采用预触发技术，不仅可以监测过电压到来后线路中的电压波形，而且可以记忆过电压发生前的状况；3)本实用新型不仅能实现内过电压波形的重现，还能借助分析软件对内过电压波形进行频谱分析，深入研究内过电压的发生细节；4)本实用新型可利用计算机进行数据的采集、存储和分析，实时记录过电压发生时间和幅值、过电压类型、持续时间、过电压陡度和频率分量等参数。

图1为本实用新型过电压监测用数据采集卡的结构框图；图2为本实用新型过电压监测用数据采集卡实施例的主程序流程图；图3为本实用新型过电压监测用数据采集卡实施例的预触发变频采样程序框图；图4为本实用新型过电压监测用数据采集卡实施例的初始化程序流程框具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明:本实用新型过电压监测 用数据采集卡的技术参数如下:1)采样频率为1-50MHZ ；2)存储深度为48M ;3)最高采样速率为50MSps/CH ;4)输入信号带宽为OHz IOMHz ;5)直流精度误差彡±0.5% ；6)通道间无相位差；7)带内波动彡±0.1dB(OHz IMHz) ；8)信噪比彡65dB ；9)通道间隔离度> 90dB。本实用新型过电压监测用数据采集卡采样软件采用WinDriver编写底层驱动程序，用于对采集卡进行驱动、信号处理和参数的测量，其波形分析软件用Delphi7.0编写，软件界面友好，功能强大，不仅能进行波形的重现、缩放、FFT交换，而且能实现极值检测、电压平均值/有效值的计算功能。如图2，本实用新型过电压监测用数据采集卡启动采集工作前先由计算机11对其进行初始化并发出A/D转换命令，接到命令后采集卡提供A/D采样时钟信号，启动内部计数器O作为存储器的地址发生器，并同步地址发生器的时钟与采样时钟信号。数据采集卡启动采样时，模拟信号由输入通道I输出，经信号调理电路2处理后进入模数转换电路3被转换为数字信号，采样时钟按照设定高频采样频率Fl对转换后的数据进行循环采集和循环存储，与此同时，CPLD控制单元12同步提供随机存取存储器RAM4的地址信号和写信号，数据采集卡同时进行数据的采集和存储，将采集数据存到对应的随机存取存储器RAM4中，并自动增加地址。若采样点数超过随机存取存储器RAM4最大容量，新数据覆盖旧数据。CPLD控制单元12中的触发逻辑控制7用于判断过电压监测系统是否存在过电压信号，若监测系统无过电压信号，数据采集卡继续进行循环采样，若监测系统出现过电压信号，数据采集卡则按照预触发变频采样原理工作。当随机存取存储器RAM4数据存满后，采样随即停止，数据采集卡通知计算机11读取随机存取存储器RAM4数据，计算机11接收到采样完成信号并读取随机存取存储器RAM4数据。数据读取结束后，计算机11对数据采集卡重新初始化并开启A/D采样命令，数据采集卡依上述步骤开始新的循环。如图3，当CPLD控制单元12接收到外部触发信号后，启动其内部计数器I和计数器2分别从零开始计数。在计数器计数期间，若计数器2的计数长度=存储器长度L-预触发长度L1-变频长度L2，采样时钟和地址发生器的时钟被切换为设定的频率F2，若计数器I的计数长度=存储器长度L-预触发长度L1，采样停止，数据采集卡发出停止采样信号，通知计算机读取数据。如图4，本实用新型过电压监测用数据采集卡实施例的初始化程序流程的具体步骤为:1)采集卡状态清零；2)地址清零；3)设置A/D模式；4)设置采样频率控制字；5)设置预触发长度；6)设置变频采样频率控制字。上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式
，上述 的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
权利要求1.一种过电压监测用数据采集卡，其特征在于，包括用于实现时钟/时序控制、触发逻辑控制、A/D采样控制、数据存储、计算机命令译码功能的复杂可编程逻辑器件即CPLD控制单元(12 )，用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换器ADC (3 )，用于保存采集数据的随机存取存储器RAM (4),用于将模拟信号转换为模数转换器ADC (3)所要求输入信号的信号调理电路(2)，所述数据采集卡还包括模拟信号输入通道(I)、外触发信号输入通道(5)和内部时钟(6)。
2.根据权利要求1所述过电压监测用数据采集卡，其特征在于，所述CPLD控制单元(12)包括由外触发信号输入通道(5)提供输入端而输出端通过采样时钟连接到所述数模转换电路ADC (3)的触发控制逻辑(7)、由内部时钟(6)提供输入端的时钟/时序接口(8)、与随机存取存储器RAM (4)互为输入端和输出端的存储器接口(10)以及与计算机总线(11)互为输入端和输出端的总线接口(9)。
3.根据权利要求2所述过电压监测用数据采集卡，其特征在于所述信号调理电路(2)由所述输入通道(I)提供输入端而输出端连接到所述数模转换电路ADC (3)。
4.根据权利要求3所述过电压监测用数据采集卡，其特征在于所述数模转换电路ADC (3)由所述信号调理电路(2)提供输入端而输出端连接到所述随机存取存储器RAM (4)。
5.根据权利要求4所述过电压监测用数据采集卡，其特征在于所述随机存取存储器RAM (4)由所述数模转换电路ADC (3)提供输入端而输出端通过数据(14)连接到所述存储器接口(10)。
专利摘要一种过电压监测用数据采集卡，属于高电压测试技术领域，涉及一种电网过电压波形采集装置，所述过电压监测系统用数据采集卡包括输入通道(1)、信号调理电路(2)、模数转换电路ADC(3)、随机存取存储器RAM(4)、外触发信号输入电路(5)、内部时钟(6)、CPLD控制单元(12)和计算机(11)。本实用新型基于过电压变频采样原理，针对外过电压等效频率高、持续时间短而内过电压等效频率低，持续周期长的特点进行开发和设计，适合各种过电压的测量，可完整记录雷电过电压波形和长时间操作过电压波形。
文档编号G01R19/00GK203117254SQ20122052064
公开日2013年8月7日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年10月11日
发明者黄兴仓, 周丹, 马庆龙, 段军鹏, 董俊贤, 胥均, 钱志文, 王柳青, 刘丽琴 申请人:云南电网公司楚雄供电局, 昆明盛润泰电子技术有限公司