专利名称：一种空间磁场检测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及空间磁场检测，特别是涉及ー种以数字信号锁定为特征的空间磁场检测器。
背景技术：
在配电网发生単相接地故障吋，为了实现线路故障点的准确定位，人们通过检测故障线路中电流所形成的空间磁场，获得故障线路的特征信息，从而判断出线路的故障位置。在这个故障定位技术中，准确获得电流所形成的空间磁场信息，是故障定位的核心技术之一。现有的空间磁场检测技术是，通过空心线圈感应出空间磁场信号，将信号输入到一个滤波器中，然后通过模拟电路进行信号幅度的检测，然后显示到数码管或者液晶显示器上。然而，这种技术存在以下不足(I)所使用的滤波器只能对以某个中心频点为中心的一个频带的信号进行滤波或者提取，这个频带一般比较宽，难以做到对某个频点信号的測量， 这样难以提高故障定位精度；(2)所使用信号幅度模拟电路只能进行信号幅度检测，不能提供信号检测中所需要的相位和频率等信息；(3)所使用的检测电路是模拟电路，不能进行信号FFT计算，不便于信号的进ー步分析；(4)所使用的检测电路只能实现信号幅值的显示，不能输出到其它设备进行记录和分析。

实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术上的不足，提供ー种以数字信号锁定为特征的空间磁场检测器，实现对空间磁场的多频带和多频点的信号測量，測量信息实时显示，并以模拟量的形式将测量的空间磁场信息输出到其它设备中。本实用新型具体采用以下技术方案。ー种空间磁场检测器，包括空心线圈12、空间磁场信号预制单元11、数字锁定信号处理单元10和预制信号发生器9，其特征为空心线圈12的输出端连接到所述空间磁场信号预制单元11的输入端，空间磁场信号预制单元11的输出端和预制信号发生器9的输出端均与所述数字锁定信号处理单元 10的输入端相连，所述数字锁定信号处理单元10的控制信号输出端分别连接到空间磁场信号预制单元11和预制信号发生器9的反馈信号输入端。所述数字锁定信号处理单元10包括中央处理器6、液晶显示器8、模拟/数字转换器4、数字/模拟转换器7，所述中央处理器6分别与液晶显示器8、模拟/数字转换器4、数字/模拟转换器7相连。空间磁场信号预制单元11由初级放大器I、频带定制滤波器2、后级放大器3顺次连接组成。空间磁场信号预制单元由初级放大器、频带定制滤波器、后级放大器组成；所述初级放大器由电阻R11、R12、R13和电位器R14以及运算放大器Ul构成，电阻R12跨接在空心线圈输出端和运算放大器Ul的第2脚之间，电阻R13跨接在运算放大器Ul的第3脚和信号地之间，电阻Rll跨接在运算放大器Ul的第2脚和第6脚之间，电位器R14跨接在运算放大器Ul的第I脚和第5脚之间，电位器R14的调节端接到运算放大器Ul的第4脚； 所述频带定制滤波器由滤波器U3、电压跟随器U4、U6和数字电位器U5构成，滤波器U3的第2脚连接运算放大器Ul的第6脚，电阻R31跨接在滤波器U3的第2脚和信号地之间，电阻R32跨接在滤波器U3的第12脚和第8脚之间，电容C31跨接在滤波器U3的第7 脚和第8脚之间，电容C32跨接在滤波器U3的第I脚和第14脚之间，数字电位器U5的第 6脚连接到滤波器U3的第14脚，数字电位器U5的第7脚连接到滤波器U3的第3脚，电压跟随器U4跨接在数字电位器U5的第I脚和第7脚之间，电压跟随器U6跨接在数字电位器 U5的第19脚和第11脚之间，数字电位器U5的第9脚和第14脚与数字锁定信号处理单元相连接；所述后级放大器由电阻R21、R22、R23和运算放大器U2构成，电阻R22跨接在滤波器U3的第I脚和运算放大器Ul的第2脚之间，电阻R23跨接在运算放大器Ul的第3脚和信号地之间，电阻R21跨接在运算放大器Ul的第2脚和第6脚之间，运算放大器Ul的第6 脚与数字锁定信号处理单元相连接。预制信号发生器由AD9833、AD584、0P07和有源晶振OSC CXO和电阻R41、R42、 R43、R44构成，有源晶振OSC CXO连接到AD9833的第5脚，AD9833通过由800欧姆电阻与
0.01uF、20pF、IuF电容所构成的滤波网络与电阻R43连接，AD584的第1、2脚与电阻R42连接，电阻R42、R43与0P07的同相端连接，电阻R41与0P07的反相端连接，电阻R44跨接在 0P07的反相端和输出端之间，0P07的输出端与数字锁定信号处理单元相连接。数字信号锁定型空间磁场检测器采用手持式结构，利用电池供电。与现有技术相比较，本实用新型的优点如下(I)通过空间磁场信号预制单元和预制信号发生器与中央处理器构成数字信号锁定，可以实现对空间磁场的任意频点和任意频段的信号检测。(2)通过中央处理器和空间磁场信号预制单元，可以对所采集到的信号进行数值计算，实现对信号的幅值、相位、频率以及FFT计算。(3)通过中央处理器和数字模拟转换器，可以实现输出与空间磁场信号成比例的模拟电压信号，方便连接到其它设备上进行分析和存储。

图I是本实用新型的结构示意图；图2是空间磁场信号预制单元的原理图；图3是预制信号发生器的原理图；图4是数字锁定信号处理单元的原理图；图中标号I-初级放大器，2-频带定制滤波器，3-后级放大器，4-A/D模拟/数字转换器， 5-键盘，6-CPU中央处理器，7-D/A数字模拟转换器，8-液晶显示器，9-预制信号发生器， 10-数字锁定信号处理单元，11-空间磁场信号预制单元，12-空心线圈。
具体实施方式
本实用新型提供了ー种以数字信号锁定型空间磁场检测器，
以下结合附图，通过具体实施对本实用新型的技术方案作进ー步详细说明。空心线圈12的信号输入到空间磁场信号预制单元11中，空间磁场信号预制单元 11的输出信号和预制信号发生器9的输出信号输入到数字锁定信号处理单元10中，数字锁定信号处理单元10根据空间磁场信号的特征输出控制信号到空间磁场信号预制单元11和预制信号发生器9中，实时调整空间磁场信号预制单元11和预制信号发生器9，构成信号闭环反馈结构，数字锁定信号处理单元10接收并对空间磁场信号和预制信号进行计算，在液晶显示器8上显示，同时驱动数字/模拟转换器7，输出与空间磁场信号成比例的模拟电压信号。空间磁场信号预制单元的原理图如图2所示，空间磁场信号预制单元11由初级放大器I、频带定制滤波器2、后级放大器3组成，初级放大器I由电阻R11、R12、R13和电位器 R14以及运算放大器0P07U1构成，电阻R12跨接在空心线圈12输出端和运算放大器0P07U1 的第2脚之间，电阻R13跨接在运算放大器0P07U1的第3脚和信号地之间，电阻Rll跨接在运算放大器0P07U1的第2脚和第6脚之间，电位器R14跨接在运算放大器0P07U1的第 I脚和第5脚之间，电位器R14的调节端接到运算放大器0P07U1的第4脚。频带定制滤波器2由滤波器UAF42U3、电压跟随器0P07U4、0P07U6和数字电位器X9241U5构成，滤波器 UAF42U3的第2脚连接运算放大器Ul的第6脚，电阻R31跨接在滤波器UAF42U3的第2脚和信号地之间，电阻R32跨接在滤波器UAF42U3的第12脚和第8脚之间，电容C31跨接在滤波器UAF42U3的第7脚和第8脚之间，电容C32跨接在滤波器UAF42U3的第I脚和第14脚之间，数字电位器X9241U5的第6脚连接到滤波器UAF42U3的第14脚，数字电位器X9241U5 的第7脚连接到滤波器UAF42U3的第3脚，电压跟随器0P07U4跨接在数字电位器X9241U5 的第I脚和第7脚之间，电压跟随器0P07U6跨接在数字电位器X9241U5的第19脚和第11 脚之间，数字电位器X9241U5的第9脚和第14脚与数字锁定信号处理单元10相连接。后级放大器3由电阻R21、R22、R23和运算放大器0P07U2构成，电阻R22跨接在滤波器UAF42U3 的第I脚和运算放大器0P07U1的第2脚之间，电阻R23跨接在运算放大器0P07U1的第3 脚和信号地之间，电阻R21跨接在运算放大器0P07U1的第2脚和第6脚之间，运算放大器 0P07U1的第6脚与数字锁定信号处理单元10相连接。预制信号发生器的原理图如图3所示，预制信号发生器9由AD9833、AD584、0P07 和有源晶振OSC CXO和电阻R41、R42、R43、R44构成，AD9833的第8、7、6脚分别与中央处理器CPU8051F040的端ロ PO. 4、PO. 5、PO. 6对应相连，AD9833的第3和4脚之间跨接0. IuF 的电容，AD9833的第I和2脚之间跨接0. OluF的电容，有源晶振OSC CXO连接到AD9833 的第5脚，AD9833通过由800欧姆电阻与0. 01uF、20pF、IuF电容所构成的滤波网络与电阻 R43连接，AD584的第1、2脚与电阻R42连接，AD584的第6和7脚之间跨接0. OluF的电容，电阻R42、R43与0P07的同相端连接，电阻R41与0P07的反相端连接，电阻R44跨接在 0P07的反相端和输出端之间，0P07的输出端与数字锁定信号处理单元10相连接。数字锁定信号处理单元的原理图如图4所示，由中央处理器CPU 8051F040、液晶显示器 LCM046 和键盘构成，8051F040 的 PL 0、P1. 1、P12、P1. 3 分别与 LCM046 的端 ロ /CS、 /RD、/WR、DA对应连接，光电耦合器TLP521-201、02、03、和04中的发光二极管的正极与500 欧姆电阻连接后接到+9V电源上，光电耦合器TLP521-201、02、03、和04中的发光二极管的负极与键盘开关Kl、K2、K3和K4连接后接到电源地上，光电耦合器TLP521-201、02、03、和04中的光敏三极管的集电极分别与5. 6K欧姆电阻连接后接到+3. 3V电源上，光电耦合器 TLP521-201、02、03、和04中的光敏三极管的发射极分别与500欧姆电阻连接后接到电源地上，光电耦合器TLP521-201、02、03、和04中的光敏三极管的发射极分别与8051RM0的卩1.4、？1.5、？1.6、？1.7对应连接，805卟040的P3.0、P3. I的端点P30、P31与空间磁场信号预制单元的输出端点Pad和预制信号发生器的输出端Pll相连接，8051F040的P4. O、P4. I 的端点P40、P41与空间磁场信号预制单元的端点PI、P2相连接，8051F040的P2. 0的端点 Pout输出模拟量信号。
权利要求1.ー种空间磁场检测器，包括空心线圈(12)、空间磁场信号预制单元(11)、数字锁定信号处理单元(10)和预制信号发生器(9)，其特征为空心线圈(12)的输出端连接到所述空间磁场信号预制单元(11)的输入端，空间磁场信号预制单元(11)的输出端和预制信号发生器(9)的输出端均与所述数字锁定信号处理単元(10)的输入端相连，所述数字锁定信号处理单元(10)的控制信号输出端分别连接到空间磁场信号预制单元(11)和预制信号发生器(9)的反馈信号输入端。
2.根据权利要求I所述的空间磁场检测器，其特征为所述数字锁定信号处理单元(10)包括中央处理器￠)、液晶显示器(8)、模拟/数字转换器(4)、数字/摸拟转换器(7)，所述中央处理器(6)分别与液晶显示器(8)、模拟/数字转换器(4)、数字/摸拟转换器(7)相连。
3.根据权利要求I所述的空间磁场检测器，其特征为空间磁场信号预制单元(11)由初级放大器(I)、频带定制滤波器(2)、后级放大器(3)顺次连接组成。
4.根据权利要求I所述的空间磁场检测器，其特征为数字信号锁定型空间磁场检测器采用手持式结构，利用电池供电。
专利摘要本实用新型公开了一种数字信号锁定型空间磁场检测器，包括空心线圈(12)、空间磁场信号预制单元(11)、数字锁定信号处理单元(10)和预制信号发生器(9)，空心线圈(12)的输出端连接到所述空间磁场信号预制单元(11)的输入端，空间磁场信号预制单元(11)的输出端和预制信号发生器(9)的输出端均与所述数字锁定信号处理单元(10)的输入端相连，所述数字锁定信号处理单元(10)的控制信号输出端分别连接到空间磁场信号预制单元(11)和预制信号发生器(9)的反馈信号输入端。本实用新型技术成熟、可靠性高。
文档编号G01R33/02GK202339402SQ20112051687
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者李岩松, 李砚, 王妍艳, 王晔, 贺鸿鹏, 齐郑 申请人:北京丹华昊博电力科技有限公司, 华北电力大学