专利名称：一种改进的信号采样器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进的信号采样器，特别适用于电动机早期故障小波诊断仪。属于电动机检测设备技术领域。
背景技术：
异步电动机的早期故障一般由专用检测装置检测，在所述专用检测装置中，信号采样技术是能否进行正确的早期故障分析的重要基础。现有技术的信号采样技术，一般采用定时器采样方式，通常地工频信号按20ms进行等间隔采样。由于工频信号的周期并不是固定的20ms即50Hz，它经常在49.5～50.5Hz之间波动，因此按定时器采样方式就不能在一个周期内获得完全的等间隔采样，以这种方式采样所获得的数据，在进行频谱分析时，就不可避免地产生较大的频谱泄漏。这种频普泄漏很容易淹没掉工频附近的故障特征边带分量，从而容易对故障分析结果产生误判。
技术内容本实用新型需要解决的技术问题是克服前述定时器采样存在的易产生频谱泄漏的缺陷，提供一种改进的信号采样器，该采样器能对工频信号实现完全的间隔采样。
本实用新型的技术问题可以通过采取如下措施解决一种改进的信号采样器，其结构特点是由锁相环电路、放大电路、分频电路和反馈电路连接而成，锁相环电路的输入端连接经整形后的工频信号、输出端连接放大电路的输入端及分频电路的输入端，分频电路的输出端连接反馈电路的输入端，反馈电路的输出端连接锁相环电路的反馈输入端，放大电路的输出端连接故障检测装置的输入端；分频电路可将锁相环电路的输出信号作21、22、23、---、210分频，分频反馈电路选择分频信号输入锁相环电路与输入信号比较。
本实用新型的技术问题还可通过采取如下措施解决锁相环电路由锁相芯片U1及其外围的滤波电路连接而成，放大电路由放大芯片U2构成，分频电路由分频器芯片U3、U4串联而成，其中U3的输入端连接U1的输出端，U3的输出端Q1～Q6各连接反馈电路的一个输入端、Q7连接U4的输入端，Q4的输出端Q1～Q3各连接反馈电路的一个输入端，反馈电路由短路块跳线排座J1构成，J1有10个输入接线端、10个输出接线，该10个输出接线端短路连接后连接U1的反馈输入端。
锁相芯片U1的型号为4046，其外围的滤波电路由如下元件连接而成U1的第6、7引脚之间跨接容量为68pf的电容C1，U1的13连接400uH电感L、100k电阻R2后连接第9脚，第9脚通过100uF电容C3滤波接地，U1的第11脚通过电阻R1接地、第5脚直接接地。
本实用新型具有如下突出效果本实用新型采用了锁相环频率跟踪技术，由于锁相环的外围设置了特殊的滤波电路和分频反馈电路，所述外围电路具有优异的滤波性能，因此可以使得锁相环内部在工频段的工作十分稳定，且对输入信号的频率变化具有响应快速的特点，整个电路才能达到良好的频率跟踪效果。当输入信号的频率变化时，其输出信号的频率也自动作相应的改变，从而输出信号随时都跟踪了输入信号频率的变化，保证了即使当输入信号的频率改变时，输出信号也能实现对输入信号的等间隔分割。对工频信号进行采样所获取的数据，其频普能极大地降低工频分量的泄漏成分，能够获得近乎理想的频普图。
图1是本实用新型实施例1的电路结构框。
图2是本实用新型实施例1的电路原理图。
图3是采用定时器采样方式对工频为50.2Hz信号采样的频谱图。
图4是采用本实用新型实施例1进行信号采样后所获得的信号的频普图。
图5是对图4中工频的泄漏分量进行局部放大后的频普波形。
具体实施方式
图1、图2构成本实用新型的实施例1。从图1可知，本实施例由锁相环电路1、放大电路2、分频电路3和反馈电路4连接而成。
从图2可知，本实施例由芯片U1、U2A、U3、U4、电阻R1、R2、电容C1、C2、C3、电感L、接线排座J1连接而成。U1是锁相环集成电路芯片、其型号为4046，共有16个引脚。输入信号(AUTO-ELECTR)从它的第14脚输入，U1的第4脚为输出信号；U2A为放大器芯片、其型号为7470；U3、U4是分频器芯片、其型号为4024，它对其输入信号(从第1脚输入)进行2n分频。它的第12脚为Q1端，该引脚输出的信号即是对输入信号的21分频；它的第11脚为Q2端，该引脚输出的信号即是对输入信号的22分频，依次类推。同理可知，U4是对U3的Q7端输出信号再次分频。通过U3、U4电路，可以获得对U1的输出信号(VCOUT)进行2、4、8、16……1024分频。这些分频的信号通过短路块(跳线)J1选择，将其中一个分频信号作为U1的反馈信号(FEEDBACK)，送至U1的第3脚(BIN)。U1在内部对AUTO-ELECTR和BIN两个信号之间的相位差不断进行比较，并调整其输出信号(VCOUT)的频率，直到至AUTO-ELECTR和BIN两个信号之间的相位差达到最少为止，这时AUTO-ELECTR和BIN两个信号的频率相等，也即U1的输出信号VCOUT的频率是AUTO-ELECTR信号频率的1/N倍。针对工频信号的频率变化特点，我们在U1的外围电路设计上采用了精心设计，如图所示。U1的6、7脚之间接上68p的电容，13、9脚之间并接400uH的电感与100k的电阻，另外，9脚再通过一只100uF的电容滤波接地。第11脚通过接一只的电阻接地，第5脚直接接地，其它引脚则不用接任何其他元件。最后，U1的输出信号VCOUT经过U2A驱动电路进行电平提升和驱动，送至计算机或其他控制电路中，作为控制A/D转换的信号，就可以完成对信号的采样任务。
图4是采用本实用新型对珠江电厂#2机A凝结水泵的定子电流采样后所获得的信号的频普。
图5是对图2中工频的泄漏分量进行局部放大后的频普波形。比较图3可见，工频分量的泄漏已经很好地消除，获得了近乎理想的频普，这对于故障特征的提取及故障分析是极其有利的。
从上述分析可知，工频的正弦波信号经过整形后的方波信号(AUTO-ELECTR)作为锁箱环电路的输入信号，其输出为输入信号的倍频方波信号(PLL)。当输入信号(AUTO-ELECTR)的频率变化时，其输出信号(PLL)的频率也自动作相应的改变，从而输出信号(PLL)随时都跟踪了输入信号频率(AUTO-ELECTR)的变化，保证了即使当输入信号的频率改变时，输出信号也能实现对输入信号的等间隔分割。
权利要求1.一种改进的信号采样器，其特征是由锁相环电路(1)、放大电路(2)、分频电路(3)和反馈电路(4)连接而成，锁相环电路(1)的输入端连接经整形后的工频信号、输出端连接放大电路(2)的输入端及分频电路(3)的输入端，分频电路(3)的输出端连接反馈电路(4)的输入端，反馈电路(4)的输出端连接锁相环电路(1)的反馈输入端，放大电路(2)的输出端连接故障检测装置的输入端；分频电路(2)可将锁相环电路的输出信号作21、22、23、---、210分频，分频反馈电路(4)选择分频信号输入锁相环电路(1)与输入信号比较。
2.根据权利要求1所述的一种改进的信号采样器，其特征是锁相环电路(1)由锁相芯片U1及其外围的滤波电路连接而成，放大电路(2)由放大芯片U2构成，分频电路(3)由分频器芯片U3、U4串联而成，其中U3的输入端连接U1的输出端，U3的输出端Q1～Q6各连接反馈电路(4)的一个输入端、Q7连接U4的输入端，Q4的输出端Q1～Q3各连接反馈电路(4)的一个输入端，反馈电路(4)由短路块跳线排座J1构成，J1有10个输入接线端、10个输出接线，该10个输出接线端短路连接后连接U1的反馈输入端。
3.根据权利要求2所述的一种改进的信号采样器，其特征是锁相芯片U1的型号为4046，其外围的滤波电路由如下元件连接而成U1的第6、7引脚之间跨接容量为68pf的电容C1，U1的13连接400uH电感L、100k电阻R2后连接第9脚，第9脚通过100uF电容C3滤波接地，U1的第11脚通过电阻R1接地、第5脚直接接地。
专利摘要本实用新型涉及一种改进的信号采样器，其结构特点是由锁相环电路1、放大电路2、分频电路3和反馈电路4连接而成，锁相环电路1的输入端连接经整形后的工频信号、输出端连接放大电路2的输入端及分频电路3的输入端，分频电路3的输出端连接反馈电路4的输入端，反馈电路4的输出端连接锁相环电路1的反馈输入端，放大电路2的输出端连接故障检测装置的输入端；分频电路2可将锁相环电路的输出信号作文档编号G01R31/34GK2646721SQ03225160
公开日2004年10月6日 申请日期2003年4月15日 优先权日2003年4月15日
发明者任震, 杨楚明, 张征平, 管霖, 黄雯莹, 吴国沛, 黄群古, 胡国胜, 陈忠东 申请人:广东省电力工业局试验研究所, 华南理工大学电力学院