[发明专利]一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法

说明书

本公开提供了一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，旨在解决现有技术中传统的信号调理方法成本较高的问题。为了解决上述技术问题，本公开所采用的技术方案为：一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，包括以下步骤：将传感器的输出信号经过放大电路进行信号放大；将放大后的信号调整为ADC范围内的信号；对信号进行硬件滤波；将硬件滤波后的信号输入到ADC进行模数转换；对经过ADC进行模数转换后的信号进行降噪。本公开先采用硬件滤波，然后经过ADC模数转换，并采用软件程序对数字信号进行降噪；这样相对单独的硬件滤波，硬件结构简化，成本较低；相对单纯的算法滤波，运算量减小且与之匹配的硬件成本也进一步降低。

技术领域

本公开属于开关柜的局放检测领域，具体涉及一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法。

背景技术

在开关柜局放检测的各种手段中，超声波检测被验证为是非常有效的一种，因此具备超声波功能的局放仪目前使用非常广泛。但超声波传感器的输出信号使用时会遇到的问题是：传感器的输出信号非常微弱的，仅仅只有几微伏～几十微伏，而ADC的最小分辨率通常也达到几十微伏，导致该信号无法直接用于ADC采集，虽然可以通过普通运放将信号放大，但放大电路放大了有效信号的同时，也将噪声信号一起放大，导致有效信号依然会湮没于底噪信号中。传统的信号调理方法是先通过多级运放实现的信号放大，再依靠硬件电路实现带通滤波，但这种方法的缺点是：1、多级放大电路的电路结构非常复杂；2、多级运放电路会引入额外的噪声；3、如果滤波器的阶数不够则对噪声的滤除效果有限；4、使用多级滤波不仅增加了PCB面积，而且增加硬件成本。虽然后来发展了小波变换算法及基于小波熵的降噪技术，但这些算法结构复杂，运算量大，如果使用这些算法实现滤波则需选用逻辑资源丰富的FPGA，从而也大大增加了硬件成本。

发明内容

本公开提供了一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，旨在解决现有技术中传统的信号调理方法成本较高的问题。

为了解决上述技术问题，本公开所采用的技术方案为：

一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，包括以下步骤：

S101、将传感器的输出信号经过放大电路进行信号放大；

S102、将放大后的信号调整为ADC范围内的信号；

S103、对信号进行硬件滤波；

S104、将硬件滤波后的信号输入到ADC进行模数转换；

S105、对经过ADC进行模数转换后的信号采用降噪算法进行降噪。

进一步改进的方案：在步骤S101中，所述放大电路为三运放仪表放大器。

传感器的输出信号首先经过具有差分式输入的三运放仪表放大器，实现高增益的信号放大，该电路和普通放大电路相比，具有极好的共模抑制比、高输入阻抗，低噪声、低线性误差等优点。

进一步改进的方案：在步骤S102中，将放大后的信号调整为ADC范围内信号的步骤为：判断经过步骤S101放大后的信号，是否落在ADC的范围之内；若信号落在ADC的范围之内，则信号直接传输到信号选择器的其中一路；若信号大于ADC的范围，则对信号进行缩小后，再进入信号选择器的另一路。

进一步改进的方案：所述信号选择器的型号为ADG658。

进一步改进的方案：在步骤S101和S102之间还包括将放大后的信号进行叠加直流偏置的步骤。

由于超声波信号是完整的正弦信号，输出电压的范围为-Vp～+Vp，为了便于后级处理电路可以选用成本更低廉的单电源供电的芯片，因此在放大后的信号进一步叠加直流偏置。

进一步改进的方案：硬件滤波采用2阶带通滤波器进行滤波。由于在步骤S105通过软件的方式实现了进一步数字降噪，故硬件滤波可以选用成本低廉的2阶带通滤波器。