在線監(jiān)測(cè)課件2_2PPT課件

1、第2章 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其組成系統(tǒng)的組成和分類系統(tǒng)的組成和分類常用傳感器簡(jiǎn)介常用傳感器簡(jiǎn)介信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置缺點(diǎn)診斷缺點(diǎn)診斷抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng) 經(jīng)傳感器出來(lái)的信號(hào)普通先經(jīng)信號(hào)預(yù)處置、傳輸、信號(hào)處置部分再到A/D部分。因此，信號(hào)處置部分主要是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)展處置，提高抗干擾才干和傳送才干。第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)間隔傳送會(huì)產(chǎn)生衰減和畸變，同時(shí)在傳輸過(guò)程中還能夠有干擾信號(hào)進(jìn)入而降低信噪比，特別對(duì)于微弱信號(hào)，干擾影響更大。預(yù)處置單元可安排在數(shù)據(jù)采集之前，甚至和傳感器安排在一同。一、信號(hào)預(yù)處置系統(tǒng)

2、一、信號(hào)預(yù)處置系統(tǒng)預(yù)處置單元由放大倍數(shù)可調(diào)的程控放大器和抗干擾單元，如濾波器等構(gòu)成，主要是對(duì)輸入信號(hào)的電平作必要的調(diào)整和采取抑制干擾的措施以提高信噪比。第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)丈量放大丈量放大對(duì)微小電信號(hào)，經(jīng)高共模抑制比丈量放大電路后，可提高對(duì)微小電信號(hào)，經(jīng)高共模抑制比丈量放大電路后，可提高抗干擾才干。常用精細(xì)丈量放大器如抗干擾才干。常用精細(xì)丈量放大器如AD524AD524或或3 3集成儀用放集成儀用放大器組成。大器組成。濾波提高抗干擾才干濾波提高抗干擾才干分低通、高通、帶通、帶阻和全通用于改動(dòng)電路負(fù)載特分低通、高通、帶通、帶阻和全通用于改動(dòng)電路負(fù)載特性等。性等。對(duì)幅頻特性要求較

3、高時(shí)可采用：二階壓控有源濾波器，如對(duì)幅頻特性要求較高時(shí)可采用：二階壓控有源濾波器，如巴特沃斯濾波器巴特沃斯濾波器對(duì)相頻特性要求較高時(shí)可采用：貝塞爾濾波對(duì)相頻特性要求較高時(shí)可采用：貝塞爾濾波一、信號(hào)預(yù)處置系統(tǒng)一、信號(hào)預(yù)處置系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)特殊抗干擾處置特殊抗干擾處置根據(jù)需求。如局放監(jiān)測(cè)中的差動(dòng)平衡抗干擾技術(shù)，根據(jù)需求。如局放監(jiān)測(cè)中的差動(dòng)平衡抗干擾技術(shù)，目的是抑制共模干擾。目的是抑制共模干擾。驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)要經(jīng)長(zhǎng)電纜傳送，須經(jīng)阻抗變換，提高驅(qū)動(dòng)才信號(hào)要經(jīng)長(zhǎng)電纜傳送，須經(jīng)阻抗變換，提高驅(qū)動(dòng)才干，常用電路為射極跟隨器。假設(shè)采用光傳送信號(hào)，干，常用電路為射極跟隨器。假設(shè)采用光傳送

4、信號(hào)，此時(shí)還需進(jìn)展電光變換發(fā)光二極管此時(shí)還需進(jìn)展電光變換發(fā)光二極管一、信號(hào)預(yù)處置系統(tǒng)一、信號(hào)預(yù)處置系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)電信號(hào)傳送電信號(hào)傳送光纖信號(hào)傳送光纖信號(hào)傳送第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)1 1、電信號(hào)傳送、電信號(hào)傳送電信號(hào)傳送普通采用同軸射頻電纜，適用中可采用多芯合一的方法增大直徑，提高電纜的機(jī)械強(qiáng)度。為提高電信號(hào)傳送的抗干擾才干，可采用光電隔離等抗干擾措施。第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)光電耦合器光電耦合器信號(hào)經(jīng)過(guò)電光

5、轉(zhuǎn)換，以光信信號(hào)經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換，以光信號(hào)傳送到下一單元，經(jīng)光電號(hào)傳送到下一單元，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后恢復(fù)為電信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換后恢復(fù)為電信號(hào)，光電耦合器在電路上相互絕緣，耦合器在電路上相互絕緣，隔離電位可從數(shù)百伏至數(shù)千隔離電位可從數(shù)百伏至數(shù)千伏伏輸入阻抗普通僅幾百歐，干輸入阻抗普通僅幾百歐，干擾源的內(nèi)阻普通在兆歐以上，擾源的內(nèi)阻普通在兆歐以上，故能饋送到光電耦臺(tái)器輸入故能饋送到光電耦臺(tái)器輸入端的噪聲很?。欢说脑肼暫苄?；整個(gè)耦合器是密封的，不受整個(gè)耦合器是密封的，不受外界光的影響。外界光的影響。耦合器輸入和輸出端之間寄耦合器輸入和輸出端之間寄生電容很小，僅生電容很小，僅0.50.52 2皮法皮法而絕緣電阻為而

6、絕緣電阻為l012l012歐。故輸歐。故輸出系統(tǒng)的干擾噪聲很難經(jīng)過(guò)出系統(tǒng)的干擾噪聲很難經(jīng)過(guò)藕合器反響到輸入系統(tǒng)。藕合器反響到輸入系統(tǒng)。光電耦合器本身的隔離效果光電耦合器本身的隔離效果和抗干擾才干是比較好的。和抗干擾才干是比較好的。特別適用于短間隔信號(hào)的傳特別適用于短間隔信號(hào)的傳送。送。第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng) 采用光電隔離方式來(lái)隔離兩個(gè)系統(tǒng)之間的干擾。采用光電隔離方式來(lái)隔離兩個(gè)系統(tǒng)之間的干擾。 光信號(hào)的傳送用光纖來(lái)完成，特別適用于遠(yuǎn)間隔的信號(hào)傳光信號(hào)的傳送用光纖來(lái)完成，特別適用于遠(yuǎn)間隔的信號(hào)傳輸，抗干擾才干強(qiáng)。光纖分單模和多模兩種；輸，抗干擾才干強(qiáng)。光纖分單模和多模兩種； 光纖的

7、耐壓很高，光纖的耐壓很高，1 1米光纖交流閃絡(luò)電壓大于米光纖交流閃絡(luò)電壓大于100kV100kV，可用，可用于隔離很高的電位。于隔離很高的電位。二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)2 2、光纖信號(hào)傳送、光纖信號(hào)傳送信號(hào)調(diào)制電光變換光纖傳送光電變換信號(hào)解調(diào)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)光電光纖信號(hào)傳輸調(diào)幅式調(diào)制光電光纖信號(hào)傳輸調(diào)幅式調(diào)制由模擬信號(hào)直接對(duì)光載波進(jìn)展光由模擬信號(hào)直接對(duì)光載波進(jìn)展光強(qiáng)度調(diào)制。強(qiáng)度調(diào)制。要求：光源的驅(qū)動(dòng)電流與光功率要求：光源的驅(qū)動(dòng)電流與光功率輸出二者之間有好的線性關(guān)系。輸出二者之間有好的線性關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)：線路簡(jiǎn)單、頻帶寬。優(yōu)點(diǎn)：線路簡(jiǎn)單、頻帶寬。缺陷：缺陷：

8、LEDLED的溫度特性會(huì)使光功的溫度特性會(huì)使光功率的輸出隨溫度而變化，率的輸出隨溫度而變化，LEDLED電源電源電壓的變化以及電壓的變化以及LEDLED的老化也會(huì)引的老化也會(huì)引起輸出光功率的變化。起輸出光功率的變化。二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)光電光纖信號(hào)傳輸調(diào)頻式調(diào)制光電光纖信號(hào)傳輸調(diào)頻式調(diào)制先將電信號(hào)調(diào)制為振幅不變而頻率隨調(diào)制信先將電信號(hào)調(diào)制為振幅不變而頻率隨調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處置后的監(jiān)測(cè)信號(hào)的幅度而變號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處置后的監(jiān)測(cè)信號(hào)的幅度而變化的調(diào)頻波，再經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管的光化的調(diào)頻波，再經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管的光/ /電轉(zhuǎn)電轉(zhuǎn)換成和調(diào)頻電壓波一樣的光信號(hào)

9、的調(diào)頻波，換成和調(diào)頻電壓波一樣的光信號(hào)的調(diào)頻波，然后輸入光纖。經(jīng)過(guò)光纖輸出的光信號(hào)經(jīng)光然后輸入光纖。經(jīng)過(guò)光纖輸出的光信號(hào)經(jīng)光/ /電轉(zhuǎn)換恢復(fù)為電信號(hào)的調(diào)頻波，再經(jīng)解調(diào)電轉(zhuǎn)換恢復(fù)為電信號(hào)的調(diào)頻波，再經(jīng)解調(diào)DMDM、放大和低通濾波后復(fù)原為預(yù)處置后的電、放大和低通濾波后復(fù)原為預(yù)處置后的電信號(hào)，而后送住數(shù)據(jù)采集單元。信號(hào)，而后送住數(shù)據(jù)采集單元。二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)光電光纖信號(hào)傳輸調(diào)頻式調(diào)制光電光纖信號(hào)傳輸調(diào)頻式調(diào)制頻率調(diào)制頻率調(diào)制FMFM普通由壓控振蕩器或電壓頻率普通由壓控振蕩器或電壓頻率變換器來(lái)完成，解調(diào)變換器來(lái)完成，解調(diào)DMDM普通選用

10、鎖相環(huán)或鑒普通選用鎖相環(huán)或鑒頻器和頻率一電壓變換器。頻器和頻率一電壓變換器。光源通常選用任務(wù)在紅外線范圍的波長(zhǎng)光源通常選用任務(wù)在紅外線范圍的波長(zhǎng)0.85m0.85m左右的發(fā)光二極管；光纖可選用階躍左右的發(fā)光二極管；光纖可選用階躍型多模光纖；壓控振蕩器的中心頻率比信號(hào)型多模光纖；壓控振蕩器的中心頻率比信號(hào)的最高頻率應(yīng)至少高十倍，中心頻率必需堅(jiān)的最高頻率應(yīng)至少高十倍，中心頻率必需堅(jiān)持穩(wěn)定；光檢測(cè)器持穩(wěn)定；光檢測(cè)器(O(OE)E)可用可用PINPIN構(gòu)造的光電構(gòu)造的光電二極管。二極管。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)調(diào)頻波的波形和振幅遭到干擾，波優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)調(diào)頻波的波形和振幅遭到干擾，波形發(fā)生畸變時(shí)，只需其基波頻率不變，那么形

11、發(fā)生畸變時(shí)，只需其基波頻率不變，那么經(jīng)過(guò)限幅線路的處置仍可獲得好的解調(diào)效果。經(jīng)過(guò)限幅線路的處置仍可獲得好的解調(diào)效果。二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)光電光纖信號(hào)傳輸脈碼調(diào)制光電光纖信號(hào)傳輸脈碼調(diào)制將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號(hào)后經(jīng)光號(hào)，再將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號(hào)后經(jīng)光纖傳送。纖傳送。優(yōu)點(diǎn)：可以長(zhǎng)間隔傳送，抗干擾才干強(qiáng)，對(duì)優(yōu)點(diǎn)：可以長(zhǎng)間隔傳送，抗干擾才干強(qiáng)，對(duì)信噪比的要求低，動(dòng)態(tài)范圍寬，準(zhǔn)確度好。信噪比的要求低，動(dòng)態(tài)范圍寬，準(zhǔn)確度好。省去了調(diào)制、解調(diào)、濾波等諸

12、多部件，使信省去了調(diào)制、解調(diào)、濾波等諸多部件，使信號(hào)傳輸系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，防止了由于調(diào)制器件號(hào)傳輸系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，防止了由于調(diào)制器件的中心頻率不穩(wěn)定的中心頻率不穩(wěn)定( (例如受環(huán)境溫度的影響例如受環(huán)境溫度的影響) )而引起信號(hào)失真等問(wèn)題。而引起信號(hào)失真等問(wèn)題。二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)光電光纖信號(hào)傳輸光電器件的選擇光電光纖信號(hào)傳輸光電器件的選擇光源電光變換光源電光變換發(fā)光二極管發(fā)光二極管LEDLED：發(fā)光功率不大，發(fā)：發(fā)光功率不大，發(fā)散角大，出纖功率小。構(gòu)造工藝簡(jiǎn)單，散角大，出纖功率小。構(gòu)造工藝簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)壽命長(zhǎng) 線性度好。適宜于短波長(zhǎng)、線性度

13、好。適宜于短波長(zhǎng)、短間隔、小容量的光纖信號(hào)傳輸。短間隔、小容量的光纖信號(hào)傳輸。激光二極管激光二極管LDLD：發(fā)光功率大、出纖功：發(fā)光功率大、出纖功率大、耦合效率高，任務(wù)壽命短，適率大、耦合效率高，任務(wù)壽命短，適用于中、長(zhǎng)間隔和大、中容量的通訊。用于中、長(zhǎng)間隔和大、中容量的通訊。光檢測(cè)器件光電變換光檢測(cè)器件光電變換PINPIN型光電二極管：輸出功率小，線型光電二極管：輸出功率小，線性關(guān)系好。性關(guān)系好。雪崩光電二極管雪崩光電二極管(APD)(APD)：輸出功率大，：輸出功率大，內(nèi)部有放大作用，易受溫度、偏壓的內(nèi)部有放大作用，易受溫度、偏壓的影響，適用于要求高靈敏度的場(chǎng)所影響，適用于要求高靈敏度的場(chǎng)

14、所二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)光電光纖信號(hào)傳輸光電器件的選擇光電光纖信號(hào)傳輸光電器件的選擇光纖光纖多模光纖：纖芯直徑較大多模光纖：纖芯直徑較大(60(60微米微米) )，適用于發(fā)散角大的適用于發(fā)散角大的LEDLED光源，可保證較光源，可保證較好的耦合效率，損耗大，帶寬小，適宜好的耦合效率，損耗大，帶寬小，適宜中容量、中、短間隔的傳輸。中容量、中、短間隔的傳輸。單模光纖：纖徑較小單模光纖：纖徑較小(3(3微米微米) )，要求光，要求光源發(fā)散角小，帶寬極大，適宜于長(zhǎng)間隔、源發(fā)散角小，帶寬極大，適宜于長(zhǎng)間隔、大容量傳輸。大容量傳輸。二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及

15、傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)光電光纖信號(hào)傳輸信號(hào)解調(diào)光電光纖信號(hào)傳輸信號(hào)解調(diào)根據(jù)調(diào)幅、調(diào)頻調(diào)制方式分別確定相根據(jù)調(diào)幅、調(diào)頻調(diào)制方式分別確定相應(yīng)的解調(diào)電路。應(yīng)的解調(diào)電路。對(duì)于脈碼調(diào)制方式，信號(hào)接納后即可對(duì)于脈碼調(diào)制方式，信號(hào)接納后即可進(jìn)展數(shù)字信號(hào)處置。進(jìn)展數(shù)字信號(hào)處置。二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)的多路復(fù)用信號(hào)的多路復(fù)用頻分復(fù)用：將多路信號(hào)調(diào)制成不同中心頻率頻分復(fù)用：將多路信號(hào)調(diào)制成不同中心頻率的調(diào)頻波，而后進(jìn)入合成單元、電光轉(zhuǎn)換的調(diào)頻波，而后進(jìn)入合成單元、電光轉(zhuǎn)換為合成的光信號(hào)，經(jīng)過(guò)一路光纖系統(tǒng)傳

16、送到為合成的光信號(hào)，經(jīng)過(guò)一路光纖系統(tǒng)傳送到另一端，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換為合成的電信號(hào)，經(jīng)另一端，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換為合成的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)帶通濾波器分解為原來(lái)的多路調(diào)頻波，再過(guò)帶通濾波器分解為原來(lái)的多路調(diào)頻波，再分別經(jīng)解調(diào)、低通濾波復(fù)原為調(diào)制前的多路分別經(jīng)解調(diào)、低通濾波復(fù)原為調(diào)制前的多路信號(hào)。復(fù)用路數(shù)越多那么中心頻率越高些，信號(hào)。復(fù)用路數(shù)越多那么中心頻率越高些，頻分復(fù)用適用于模擬信號(hào)的傳輸頻分復(fù)用適用于模擬信號(hào)的傳輸時(shí)分復(fù)用：在不同時(shí)間上分別傳送不同的信時(shí)分復(fù)用：在不同時(shí)間上分別傳送不同的信號(hào)，適用于數(shù)字信號(hào)號(hào)，適用于數(shù)字信號(hào)( (脈碼調(diào)制方式脈碼調(diào)制方式) )的傳送，的傳送，構(gòu)造簡(jiǎn)單，傳輸時(shí)間較長(zhǎng)。構(gòu)造簡(jiǎn)單，傳輸

17、時(shí)間較長(zhǎng)。二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳送數(shù)據(jù)的傳送并行傳送：經(jīng)過(guò)微機(jī)的并行接并行傳送：經(jīng)過(guò)微機(jī)的并行接口傳送。可同時(shí)傳送多位數(shù)據(jù)，口傳送。可同時(shí)傳送多位數(shù)據(jù)，傳送速度快。傳送速度快。程序查詢傳送程序查詢傳送程序中斷傳送程序中斷傳送直接存儲(chǔ)器存取傳送直接存儲(chǔ)器存取傳送( (又稱又稱DMADMA方式方式) ) 串行傳送：經(jīng)過(guò)微機(jī)的串行傳送：經(jīng)過(guò)微機(jī)的RS232RS232異步串行通訊端口傳送，傳輸異步串行通訊端口傳送，傳輸時(shí)間長(zhǎng)。時(shí)間長(zhǎng)。二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號(hào)處置系統(tǒng)信號(hào)處置系統(tǒng) 程控放大或衰減程控

18、放大或衰減 對(duì)傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)展自動(dòng)放大或衰對(duì)傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)展自動(dòng)放大或衰減，以滿足計(jì)算機(jī)減，以滿足計(jì)算機(jī)A/DA/D轉(zhuǎn)換幅值的需求?？刹捎贸炭胤糯筠D(zhuǎn)換幅值的需求?？刹捎贸炭胤糯蠹呻娐贰＜呻娐?。 濾波濾波 對(duì)在傳輸過(guò)程中能夠帶來(lái)的干擾再次濾波。對(duì)在傳輸過(guò)程中能夠帶來(lái)的干擾再次濾波。 信號(hào)變換信號(hào)變換 對(duì)信號(hào)進(jìn)展方波變換或鎖相倍頻跟蹤等特殊對(duì)信號(hào)進(jìn)展方波變換或鎖相倍頻跟蹤等特殊處置，以便進(jìn)展處置，以便進(jìn)展A/DA/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處置。轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處置。三、信號(hào)處置三、信號(hào)處置程控放大或衰減濾波信號(hào)變換A/D信號(hào)處置電路框圖第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是將模擬信號(hào)

19、數(shù)字化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是將模擬信號(hào)數(shù)字化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)多路轉(zhuǎn)換采樣堅(jiān)持A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖n模擬開關(guān)是一種在數(shù)字信號(hào)控制下將模擬信號(hào)接通或斷開的元件或電路。該開關(guān)由開關(guān)元件和控制驅(qū)動(dòng)電路兩部分組成。n按切換的對(duì)象運(yùn)用的元件：機(jī)械觸點(diǎn)式和電子式開關(guān)n 機(jī)械觸點(diǎn)式：干簧繼電器，水銀繼電器及機(jī)械振子繼 電器等。n 電子式開關(guān)：二極管、雙極性晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光耦合器件及集成模擬開關(guān)等。開關(guān)元件控制電路第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、多路轉(zhuǎn)換單元一、多路轉(zhuǎn)換單元第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、多路轉(zhuǎn)換單元一、多路轉(zhuǎn)換單元多路轉(zhuǎn)換器可對(duì)各單元信號(hào)進(jìn)展切換。多路開關(guān)接通時(shí)，其

20、導(dǎo)通電阻普通有幾十幾百歐姆。多路模擬開關(guān)的主要要求多路開關(guān)接通時(shí)，要求其靜態(tài)導(dǎo)通電阻無(wú)窮小多路開關(guān)斷開時(shí)，要求開路靜態(tài)電阻無(wú)窮大，即開關(guān)的漏電流越小越好開關(guān)的切換速度越快越好第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、多路轉(zhuǎn)換單元一、多路轉(zhuǎn)換單元典型多路轉(zhuǎn)換開關(guān)第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、采樣堅(jiān)持電路二、采樣堅(jiān)持電路采樣堅(jiān)持器通常由堅(jiān)持電容、輸入緩沖放大器、輸出緩沖放大器、模擬開關(guān)等組成采樣堅(jiān)持電路有兩種任務(wù)形狀：采樣形狀和堅(jiān)持形狀采樣堅(jiān)持器可分為三類：通用型如AD582、AD583、高速型如HTS0025、AD585采樣時(shí)間3s高分辨率型如DAC1、SHAll44等第四節(jié)第四節(jié)

21、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、采樣堅(jiān)持電路二、采樣堅(jiān)持電路反映采樣堅(jiān)持器性能的主要目的孔徑時(shí)間：從堅(jiān)持命令發(fā)出后，方式控制開關(guān)從由導(dǎo)通到完全斷開所需的時(shí)間采樣時(shí)間，捕捉時(shí)間：采樣命令發(fā)生后，采樣堅(jiān)持電路由堅(jiān)持形狀轉(zhuǎn)到采樣形狀，堅(jiān)持電容上的電壓由所堅(jiān)持的值到達(dá)輸人信號(hào)的當(dāng)前值所需的時(shí)間。堅(jiān)持電壓的衰減速率：在堅(jiān)持形狀中，由于堅(jiān)持電容漏電流而使堅(jiān)持電壓下降。第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)典型采樣堅(jiān)持電路二、采樣堅(jiān)持電路二、采樣堅(jiān)持電路第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三、三、A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器用于將模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量常用的轉(zhuǎn)換方法：計(jì)數(shù)式、逐次逼近法和雙積分法分辨

22、率：A/D轉(zhuǎn)換器能丈量的最小模擬輸人量轉(zhuǎn)換速度采樣速度或采樣率：低速采樣如200kHz，高速采樣如1O0MHz等；量化誤差：等于1/2LSB，其大小也取決于ADC的位數(shù)。第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三、三、A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 比較器 D/A 轉(zhuǎn)換器 逐次逼近 寄 存 器 邏輯控制 電 路 輸出緩沖器 輸出允許 轉(zhuǎn)換結(jié)束 啟動(dòng) 時(shí)鐘 U i U S D n - 1 D 0 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三、三、A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 -1 +1 # N1 -1 +1 # -1 +1 # N2 N3 1 & 1 Ui d1 d0 3UR/4 UR/2 UR/4 第

23、四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三、三、A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)典型模數(shù)轉(zhuǎn)換器第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置是對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)展分析的任務(wù)，更準(zhǔn)確地獲得反映設(shè)備絕緣形狀的特征量去偽存真 經(jīng)過(guò)處置抑制干擾信號(hào)，提高信噪比，以防止對(duì)缺點(diǎn)作出“誤報(bào)或“漏報(bào)，關(guān)鍵是要完善抗干擾措施。由表及里 對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)展由表及里的分析處置，使之成為在線診斷設(shè)備缺點(diǎn)的可靠判據(jù)，所能反映的信息更好地顯示出來(lái)。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)干擾的分類平均技術(shù)邏輯判別軟件開窗數(shù)字濾波技術(shù)第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字

24、處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)1、干擾的分類、干擾的分類周期性干擾信號(hào)延續(xù)周期性干擾廣播、電力載波通訊、高頻維護(hù)信號(hào)、諧波、工頻干擾脈沖型周期性干擾可控硅整流設(shè)備在可控硅開閉時(shí)產(chǎn)生的脈沖干擾信號(hào)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)電刷和滑環(huán)間的電弧等脈沖型干擾高壓輸電線的電暈放電，相鄰電氣設(shè)備內(nèi)部放電，雷電，開關(guān)、繼電器的斷、合，電焊操作等無(wú)規(guī)律的隨機(jī)性干擾干擾不同特征和性質(zhì)的干擾信號(hào)，需采取不同的措施抑制。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在不同場(chǎng)所其干擾信號(hào)的構(gòu)成也不同，需針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)情況采取綜合性措施予以抑制。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)2、平均技術(shù)、平均技術(shù)用軟件即數(shù)據(jù)處置的方法抑制干

25、擾，主要是隨機(jī)性干擾。隨機(jī)性噪聲一般服從正態(tài)分布，故將數(shù)據(jù)樣本多次代數(shù)和相加并取其平均值，即可減弱隨機(jī)性干擾影響而提高信噪比，假設(shè)樣本數(shù)為N，那么信噪比的改善為 (由于樣本均值的規(guī)范偏向?yàn)?是樣本的規(guī)范偏向的 )。采用平均技術(shù)需確定采樣率、每次采樣樣本的容量以及樣本數(shù)，而這些采樣值的采樣周期必需是嚴(yán)厲一樣的。NN1N第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)3、邏輯判別、邏輯判別 從邏輯推理上設(shè)定一些判據(jù)去判別測(cè)得的是真實(shí)信號(hào)還是干擾信號(hào)。例如監(jiān)測(cè)過(guò)程中僅測(cè)得一次幅值很高的信號(hào)，那么該信號(hào)很能夠是一個(gè)隨機(jī)干擾信號(hào)，可在數(shù)據(jù)處置時(shí)舍棄。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處

26、置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)4、開窗、開窗 對(duì)一些知的且相位固定的干擾可運(yùn)用電子技術(shù)或軟件方法對(duì)這些信號(hào)不予采集或顯示或置零。 勵(lì)磁變壓器電流傳感器原始信號(hào) 第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波對(duì)數(shù)字信號(hào)按一定要求進(jìn)展運(yùn)算、處置，而后以數(shù)字方式輸出。數(shù)字濾波是一個(gè)計(jì)算程序，運(yùn)用軟件的方法來(lái)抑制干擾，主要是延續(xù)的周期性干擾，可用于部分放電放電脈沖信號(hào)的監(jiān)測(cè)中?？身б飧膭?dòng)濾波階數(shù)，中心頻率和帶寬。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)理想濾波器、數(shù)字濾波

27、技術(shù)理想濾波器根本原理：對(duì)時(shí)域信號(hào)采用FFT頻域化，在頻域內(nèi)將不合理的突出干擾譜去掉，再IFFT反變換即測(cè)得時(shí)域內(nèi)去除干擾后的信號(hào)。時(shí)域信號(hào)FFT變換頻域信號(hào)去掉不合理譜線IFFT反變換得到濾波后波形理想濾波器流程第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)理想濾波器、數(shù)字濾波技術(shù)理想濾波器 放電信號(hào)為理想的狄拉克沖激函數(shù)，干擾信號(hào)為放電信號(hào)為理想的狄拉克沖激函數(shù)，干擾信號(hào)為純粹弦函數(shù)，兩種信號(hào)呈負(fù)效應(yīng)在時(shí)域混疊在一純粹弦函數(shù)，兩種信號(hào)呈負(fù)效應(yīng)在時(shí)域混疊在一同同a a。 經(jīng)快速傅里葉變換后經(jīng)快速傅里葉變換后(FFT)(FFT)，在頻域上局放信號(hào)，在

28、頻域上局放信號(hào)的頻譜變成一條程度直線，包含一切的頻率分量，的頻譜變成一條程度直線，包含一切的頻率分量，是是“均勻譜；而干擾信號(hào)那么是單一頻率的沖激均勻譜；而干擾信號(hào)那么是單一頻率的沖激函數(shù)，兩者在頻域疊加后干擾譜線突出于局放譜函數(shù)，兩者在頻域疊加后干擾譜線突出于局放譜線之上線之上b b。 將干擾譜線去除將干擾譜線去除c c。 經(jīng)快遭傅里葉反變換經(jīng)快遭傅里葉反變換(IFFT)(IFFT)回到時(shí)域那么可看出回到時(shí)域那么可看出干擾信號(hào)已被消除，只剩下部分放電信號(hào)干擾信號(hào)已被消除，只剩下部分放電信號(hào)d d。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)理想濾

29、波器、數(shù)字濾波技術(shù)理想濾波器時(shí)域信號(hào)波形經(jīng)FFT變換后在頻域的信號(hào)數(shù)字濾波后在頻域的信號(hào)經(jīng)數(shù)字濾波和IFFT后在時(shí)域的信號(hào)波形第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)自順應(yīng)數(shù)字濾波器、數(shù)字濾波技術(shù)自順應(yīng)數(shù)字濾波器 S為信號(hào)，n0為延續(xù)的周期性干擾，與信號(hào)不相關(guān)，故原始輸入為S+n0。 n1是來(lái)自同一干擾源經(jīng)過(guò)不同傳輸途徑得到的干擾信號(hào)，與n0相關(guān)，和S不相關(guān)。n1經(jīng)自順應(yīng)濾波器輸出為yn。 自順應(yīng)濾波器的作用在于使yn非常接近于n0，送入減法器后，系統(tǒng)的輸出為： 假設(shè)yn n0 ，那么enS，干擾完全消除。nnynSe0第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)

30、據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)自順應(yīng)數(shù)字濾波器、數(shù)字濾波技術(shù)自順應(yīng)數(shù)字濾波器實(shí)踐中n1的求法 不能夠有單獨(dú)的干擾源參考輸入n1，實(shí)踐中只需含干擾的原始信號(hào)輸入Sn0，由于S為脈沖信號(hào)，n0為周期信號(hào)，在Sn0中插入適當(dāng)?shù)墓潭〞r(shí)延，由于兩者的脈沖信號(hào)互不相關(guān)，就能較方便地將Sn0中的脈沖衰減，得到周期性的n1。在一定數(shù)量的時(shí)延下一定運(yùn)算階數(shù)，經(jīng)自順應(yīng)算法使Sn0n1yn n0，即使Sn0不斷順應(yīng)到n0，從而經(jīng)減法運(yùn)算可將周期性干擾消除。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)自順應(yīng)數(shù)字濾波器、數(shù)字濾波技術(shù)自順應(yīng)數(shù)字濾波器最終濾波輸出yn的求法根據(jù)式求en2的數(shù)學(xué)期望取即求得en在最小均方LMS意義上的最小值，得到最終的yn此時(shí)系統(tǒng)輸出nnynSe0)(2022nnynESEeE)(minmin2022nnynESEeESen第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處置技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)自順應(yīng)數(shù)字濾波器、數(shù)字濾波技術(shù)自順應(yīng)數(shù)字濾波器自順應(yīng)數(shù)字濾波流程圖輸入S+n0多階時(shí)延信號(hào)MinE(En2）LMS算法W權(quán)值調(diào)整最終