分压监测抗干扰装置的制作方法

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种分压监测抗干扰装置。

背景技术：

干扰一般是指有用信号以外的噪声，在信号输入、传输和输出过程中出现的一些有害的电气变化现象，这些变化迫使信号的传输值、指示值或输出值等出现误差或假象。通常干扰分为两大类，一类是设备及馈线系统造成的干扰，另一类是其它干扰，可以认为是外来干扰。常见的干扰有传导干扰和辐射干扰，其中，传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰，辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。

在数据采集系统中，电源引入的干扰是其主要干扰之一，例如，由于我国电网的频率和电压波动较大，会直接对数据采集系统产生干扰，另外在雷电等恶劣环境下，同样会对数据采集系统产生干扰，而干扰对数据采集系统的影响，轻则降低数据采集的准确度，重则破坏系统的正常功能，因此需要采取相应的措施来有效抑制电源引入的干扰。

技术实现要素：

基于此，有必要针对电源引入干扰对数据采集系统产生影响的问题，提供一种分压监测抗干扰装置。

一种分压监测抗干扰装置，包括：

分压监测系统，分压监测系统的输入端与待测电源相连，用以将待测电源的高电压转换为低电压；

数据采集系统，数据采集系统的采集端通过信号传输线与分压监测系统的输出端相连，用以采集和处理低电压以获得待测电源的电压；

供电电源，供电电源与数据采集系统的供电端相连，用以对数据采集系统供电，供电电源包括隔离变压器、分布参数衰减器和低通滤波器，分布参数衰减器包括第一线圈和第二线圈，隔离变压器的初级线圈的两端与交流电源对应相连，隔离变压器的次级线圈的一端通过第一电感与低通滤波器的第一输入端相连，隔离变压器的次级线圈的另一端通过第二线圈与低通滤波器的第二输入端相连，低通滤波器的第一输出端和第二输出端与数据采集系统的供电端对应相连，第一线圈和第二线圈均由双绞线绕制而成。

在其中一个实施例中，分压监测系统包括：电阻分压器、电容分压器或者阻容分压器。

在其中一个实施例中，电阻分压器包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端与待测电源相连，第二电阻的一端与第一电阻的另一端相连且连接点通过信号传输线与数据采集系统的采集端相连，第二电阻的另一端与集中接地极相连且连接线为长度小于预设长度、宽度大于第一预设宽度的金属导电带。

在其中一个实施例中，信号传输线为同轴电缆，同轴电缆的外屏蔽层多点接地，同轴电缆的内屏蔽层至少在分压监测系统侧接地。

在其中一个实施例中，同轴电缆包括单屏蔽同轴电缆或双屏蔽同轴电缆，当同轴电缆为单屏蔽同轴电缆时，单屏蔽同轴电缆设于金属套管内，且金属套管多点接地。

在其中一个实施例中，信号传输线的始端设有第一匹配电阻，第一匹配电阻的一端与分压监测系统的输出端相连，第一匹配电阻的另一端与信号传输线的始端相连；

和/或，

信号传输线的终端设有第二匹配电阻，第二匹配电阻的一端与信号传输线的终端和数据采集系统的采集端分别相连，第二匹配电阻的另一端接地。

在其中一个实施例中，低通滤波器包括：第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，

第一电感的一端与第一线圈的一端相连，第一电感的另一端与数据采集系统的第一供电端相连；

第二电感的一端与第二线圈的一端相连，第二电感的另一端与数据采集系统的第二供电端相连；

第一电容和第二电容串联连接在第一电感的一端与第二电感的一端之间，且第一电容和第二电容的连接点接地；

第三电容和第四电容串联连接在第一电感的另一端与第二电感的另一端之间，且第三电容和第四电容的连接点接地。

在其中一个实施例中，数据采集系统设于屏蔽箱内，且屏蔽箱通过接地线与集中接地极相连，接地线为宽度大于第二预设宽度的金属导电板。

在其中一个实施例中，隔离变压器的初级线圈与次级线圈之间设有屏蔽层，屏蔽层与屏蔽箱相连。

在其中一个实施例中，当供电电源设于屏蔽箱内时，隔离变压器的初级线圈全屏蔽设于屏蔽盒内；当供电电源设于屏蔽箱外时，隔离变压器的次级线圈、分布参数衰减器和低通滤波器全屏蔽设于屏蔽盒内。

上述分压监测抗干扰装置，通过分压监测系统将待测电源的高电压转换为低电压，并通过数据采集系统采集和处理低电压以获得待测电源的电压，以及通过供电电源对数据采集系统供电，供电电源包括隔离变压器、分布参数衰减器和低通滤波器，分布参数衰减器包括第一线圈和第二线圈，隔离变压器的初级线圈的两端与交流电源对应相连，隔离变压器的次级线圈的一端通过第一电感与低通滤波器的第一输入端相连，隔离变压器的次级线圈的另一端通过第二线圈与低通滤波器的第二输入端相连，低通滤波器的第一输出端和第二输出端与数据采集系统的供电端对应相连，第一线圈和第二线圈均由双绞线绕制而成。由于隔离变压器能够对交流电源的低频干扰进行有效抑制，低通滤波器能够对交流电源的高频干扰进行有效抑制，且分布参数衰减器能够有效防止低通滤波器工作在磁饱和状态，保证低通滤波器的抗干扰能力，因而能够实现对交流电源干扰的有效抑制，减少了电源干扰对数据采集系统的影响，保证其可靠工作。

附图说明

图1为第一个实施例中分压监测抗干扰装置的结构示意图；

图2为第二个实施例中分压监测抗干扰装置的结构示意图；

图3为第三个实施例中分压监测抗干扰装置的结构示意图；

图4为第四个实施例中分压监测抗干扰装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

图1为一个实施例中分压监测抗干扰装置的结构示意图，参考图1所示，分压监测抗干扰装置包括：分压监测系统10、数据采集系统20和供电电源30。

其中，分压监测系统10的输入端与待测电源相连，用以将待测电源的高电压转换为低电压；数据采集系统20的采集端通过信号传输线40与分压监测系统10的输出端相连，用以采集和处理低电压以获得待测电源的电压；供电电源30与数据采集系统20的供电端相连，用以对数据采集系统20供电，供电电源30包括隔离变压器31、分布参数衰减器32和低通滤波器33，隔离变压器31的输入端与交流电源相连，分布参数衰减器32的输入端与隔离变压器31的输出端相连，低通滤波器33的输入端与分布参数衰减器32的输出端相连，低通滤波器33的输出端与数据采集系统20的供电端相连。

具体地，分压监测系统10可包括电阻分压器、电容分压器或者阻容分压器，通过分压监测系统10将待测电源的高电压(如380v)转换为能够被数据采集系统20采集的低电压(如5v)，并通过信号传输线40传输至数据采集系统20。数据采集系统20可包括模数转换单元、控制器以及供电模块、集成有模数转换功能的控制器以及供电模块或者示波器等，通过数据采集系统20每隔预设时间(如1ms)采集该低电压，并将该低电压转换为数字信号，根据该数字信号计算获得待测电源的实际电压。供电电源30可包括依次串接的隔离变压器31、分布参数衰减器32和低通滤波器33，通过供电电源30给数据采集系统20供电。

其中，隔离变压器31包括初级线圈和次级线圈，通过隔离变压器31抑制浪涌电压和尖峰电流，实现高低压之间的电气隔离，同时抑制低频噪声干扰。隔离变压器31可以为普通隔离变压器或超级隔离变压器等。当隔离变压器31为普通隔离变压器时，由于普通隔离变压器仅能对低频干扰进行有效抑制，而高频干扰仍可通过隔离变压器31的初级线圈与次级线圈之间的寄生电容侵入到数据采集系统20中，因此在隔离变压器31的次级侧设有低通滤波器33，通过低通滤波器33滤除高频干扰，改善供电电源的波形。

低通滤波器33可由电感和电容构成。例如，参考图2所示，低通滤波器33可包括第一电感l1、第二电感l2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4，其中，第一电感l1的一端与隔离变压器31的次级线圈的一端相连，第一电感l1的另一端与数据采集系统20的第一供电端相连；第二电感l2的一端与隔离变压器31的次级线圈的另一端相连，第二电感l2的另一端与数据采集系统20的第二供电端相连；第一电容c1和第二电容c2串联连接在第一电感l1的一端与第二电感l2的一端之间，且第一电容c1和第二电容c2的连接点接地；第三电容c3和第四电容c4串联连接在第一电感l1的另一端与第二电感l2的另一端之间，且第三电容c3和第四电容c4的连接点接地。当然，低通滤波器33也可以采用其它结构，具体这里不做限制。

进一步地，考虑到当高频干扰电压较高时，低通滤波器33的电感会发生磁饱和现象，从而可能导致电感失去作用，导致抗干扰失效，因此在隔离变压器31与低通滤波器33之间设置分布参数衰减器32，通过分布参数衰减器32对电压较高的高频干扰进行衰减甚至滤除，以避免低通滤波器33进入磁饱和状态，导致抗干扰失效。分布参数衰减器32可包括第一线圈x1和第二线圈x2，第一线圈x1串联连接在第一电感l1的一端与隔离变压器31的次级线圈的一端之间，第二线圈x2串联连接在第二电感l2的一端与隔离变压器31的次级线圈的另一端之间，第一线圈x1和第二线圈x2均由一定长度的双绞线绕制而成，通过两根双绞线之间以及各匝双绞线之间存在的分布电容和分布电感，对流过其的各种干扰脉冲进行衰减甚至滤除，以保证低通滤波器33的电感工作在非饱和区，进而保证低通滤波器的抗干扰能力。

本实施例中，由于隔离变压器能够对交流电源的低频干扰进行有效抑制，低通滤波器能够对交流电源的高频干扰进行有效抑制，且分布参数衰减器能够有效防止低通滤波器工作在磁饱和状态，保证低通滤波器的抗干扰能力，因而能够实现对交流电源干扰的有效抑制，减少了电源干扰对数据采集系统的影响，保证其能够可靠工作。

在一个实施例中，参考图3所示，供电电源30还可包括交流稳压器34，交流稳压器34的输入端与交流电源相连，交流稳压器34的输出端与隔离变压器31的初级线圈相连，通过交流稳压器34对交流电源进行稳压处理。

具体地，交流稳压器34可包括电压调节电路、电压采样电路和控制电路(图中均未具体示出)，电压调节电路的输入端与交流电源相连，输出端与隔离变压器31相连，用于对交流电源进行升降压处理；电压采样电路的输入端与电压调节电路的输出端相连，用于采集电压调节电路的输出电压；控制电路与电压调节电路的控制端、电压采样电路的输出端分别相连，用于根据电压调节电路的输出电压对电压调节电路的开关管进行通断控制，以保证电压调节电路的输出电压稳定，并在过压或欠压时，控制电压调节电路停止输出，保证交流电源的稳定性，防止交流电源过压或欠压，对后端设备造成影响。

在一个实施例中，参考图3所示，供电电源30还包括直流稳压器35，直流稳压器35的输入端与低通滤波器33的输出端相连，直流稳压器35的输出端与数据采集系统20的供电端相连，通过直流稳压器35将交流电源的电压转换为预设直流电给数据采集系统20供电。

具体而言，当数据采集系统20仅包括控制器等监控设备，而不具有电源设备时，供电电源30还包括直流稳压器35，通过直流稳压器35将交流电(如220v)转换为预设直流电(如5v)给数据采集系统20的监控设备，如控制器等供电。

具体地，直流稳压器35可包括整流滤波电路、电压采样电路和控制电路(图中均未具体示出)，整流滤波电路的输入端与低通滤波器33的输出端相连，输出端与数据采集系统20的供电端相连，用于将低通滤波器33输出的交流电转换为直流电给数据采集系统20供电；电压采样电路的输入端与整流滤波电路的输出端相连，用于采集整流滤波电路的输出电压；控制电路与整流滤波电路的控制端、电压采样电路的输出端分别相连，用于根据整流滤波电路的输出电压对整流滤波电路的开关管进行通断控制，以保证整流滤波电路的输出电压稳定，保证数据采集系统供电的稳定性。

在一个实施例中，参考图2所示，分压监测系统10包括电阻分压器，电阻分压器可进一步包括第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻r1的一端与待测电源相连；第二电阻r2的一端与第一电阻r1的另一端相连且连接点通过信号传输线40与数据采集系统20的采集端相连，第二电阻r2的另一端与集中接地极gnd相连且连接线为长度小于预设长度、宽度大于第一预设宽度的金属导电带。

具体而言，分压监测系统10可包括电阻分压器，电阻分压器可由串联连接的第一电阻r1和第二电阻r2构成，且第一电阻r1作为高压臂电阻，几乎承受全部被测电源的高电压，第二电阻r2作为低压臂电阻，通过其可引出合适的低电压供数据采集系统20采集。并且，电阻分压器设于紧靠集中接地极gnd的位置，并以最短的连接线相接，且该连接线采用较宽的金属导电带，如铜带或铝带等，具体连接线的长度和宽度根据实际情况设定，这里不做限制。

在一个实施例中，信号传输线40为同轴电缆，同轴电缆的外屏蔽层多点接地，同轴电缆的内屏蔽层至少在分压监测系统10侧接地。

具体而言，同轴电缆是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆，最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由聚氯乙烯等材料的护套包住。其中，里层绝缘材料构成同轴电缆的内屏蔽层，环形导体的绝缘体构成同轴电缆的外屏蔽层，通过内屏蔽层和外屏蔽层实现同轴电缆的铜线与环形导体，以及环形导体与外部之间的电气隔离。

当信号传输线40为同轴电缆时，同轴电缆的外屏蔽层采用多点接地，例如当同轴电缆较长时，可将同轴电缆的外屏蔽层的两端以及中间至少一处接地；当同轴电缆较短时，仅将同轴电缆的外屏蔽层的两端接地即可，同时将同轴电缆的内屏蔽层在靠近分压监测系统10的一端接地，而另一端是否接地可根据数据采集系统20的抗干扰能力来确定。由此，通过对传输信号线接地处理，以减少信号传输线引入的干扰。

在一个实施例中，同轴电缆包括单屏蔽同轴电缆或双屏蔽同轴电缆，当同轴电缆为单屏蔽同轴电缆时，参考图2所示，单屏蔽同轴电缆设于金属套管50内，且金属套管50多点接地。

具体而言，当同轴电缆为单屏蔽同轴电缆时，可在其外部套设一金属套管50，通过该金属套管50来达到双屏蔽的效果，以增强单屏蔽同轴电缆的抗干扰能力，同时该金属套管50也采用多点接地，其接地点可与同轴电缆的外屏蔽层的接地点相同。需要说明的是，在对抗干扰要求较高的情况下，即使采用双屏蔽同轴电缆，也可以在其外部套设一金属套管50，以增强抗干扰能力。

在一个实施例中，信号传输线40的至少一端设有匹配电阻。

具体地，参考图2所示，可在信号传输线40的始端设置第一匹配电阻r3，第一匹配电阻r3的一端与分压监测系统10的输出端相连，也即与第一电阻r1和第二电阻r2的连接点相连，第一匹配电阻r3的另一端与信号传输线40的始端相连。或者，在信号传输线40的终端设置第二匹配电阻r4，第二匹配电阻r4的一端与信号传输线40的终端和信号采集系统20的采集端分别相连，第二匹配电阻r4的另一端接地。或者，在信号传输线40的始端设置第一匹配电阻r3，同时在信号传输线40的终端设置第二匹配电阻r4。

在一个实施例中，数据采集系统20设于屏蔽箱60内，且屏蔽箱60通过接地线70与集中接地极gnd相连，接地线70为宽度大于第二预设宽度的金属导电板。即，将数据采集系统20设置在屏蔽箱60内，以减少外部辐射干扰，并且在数据采集系统20与集中接地极gnd之间敷设宽度较大的金属板或金属带作为接地线，并将屏蔽箱60与该接地线相连。同时，信号传输线40可沿该接地线紧靠地面敷设，优选地，信号传输线40设置在该接地线与地面之间，以对信号传输线40进行屏蔽，减少外部辐射干扰。

在一个实施例中，隔离变压器31的初级线圈与次级线圈之间设有屏蔽层，屏蔽层与屏蔽箱60相连。具体来说，通过前述分析可知，由于高频干扰会通过隔离变压器31的初级线圈与次级线圈之间的寄生电容的耦合进行传播，因此除了可以采用在隔离变压器31的次级线圈侧设置低通滤波器33外，还可以在初级线圈与次级线圈之间增设屏蔽层，通过屏蔽层进行隔离，以减少寄生电容，进而提高抗共模干扰的能力。隔离变压器31的屏蔽层可以采用漆包线或铜等非导磁材料在初级线圈和次级线圈上绕制一层，且保证电气上不与初级线圈和次级线圈短路，而后引出一个接头接地，如通过屏蔽箱60接地，以形成屏蔽层。

在一个实施例中，参考图2所示，当供电电源30包括隔离变压器31、分布参数衰减器32和低通滤波器33时，当供电电源30设于屏蔽箱60内时，隔离变压器31的初级线圈全屏蔽设于屏蔽盒80内；当供电电源30设于屏蔽箱60外时，隔离变压器31的次级线圈、分布参数衰减器32和低通滤波器33全屏蔽设于屏蔽盒80内。

具体来说，供电电源30可以设置在屏蔽箱60内，也可以设置在屏蔽箱60外。当供电电源30设置在屏蔽箱60内时，可采用全屏蔽方式对隔离变压器31的初级线圈进行隔离，以减少其对屏蔽箱60内其它设备的干扰，例如将隔离变压器31的初级线圈设置在屏蔽盒80内，该屏蔽盒80采用全封闭式设计且屏蔽盒80接地；当供电电源30设置在屏蔽箱60外时，可采用全屏蔽方式对隔离变压器31的次级线圈、分布参数衰减器32和低通滤波器33进行隔离，以减少外部对其的干扰，例如，将隔离变压器31的次级线圈、分布参数衰减器32和低通滤波器33设置在屏蔽盒80内，该屏蔽盒80采用全封闭式设计且该屏蔽盒80接地。可以理解的是，也可以将隔离变压器31的初级线圈、隔离变压器31的次级线圈、分布参数衰减器32和低通滤波器33分别设置在不同的屏蔽盒内，各个设备之间的连接线通过屏蔽板进行屏蔽，且各个屏蔽盒均接地。

在一个实施例中，当供电电源30包括隔离变压器31、分布参数衰减器32、低通滤波器33、交流稳压器34和直流稳压器35时，当供电电源30设于屏蔽箱60内时，隔离变压器31的初级线圈和交流稳压器34全屏蔽设于屏蔽盒80内；当供电电源30设于屏蔽箱60外时，隔离变压器31的次级线圈、分布参数衰减器32、低通滤波器33和直流稳压器35全屏蔽设于屏蔽盒80内。

具体来说，供电电源30可以设置在屏蔽箱60内，也可以设置在屏蔽箱60外。当供电电源30设置在屏蔽箱60内时，可采用全屏蔽方式对隔离变压器31的初级线圈和交流稳压器34进行隔离，以减少其对屏蔽箱60内其它设备的干扰，例如将隔离变压器31的初级线圈和交流稳压器34设置在屏蔽盒80内，该屏蔽盒80采用全封闭式设计且屏蔽盒80接地；当供电电源30设置在屏蔽箱60外时，可采用全屏蔽方式对隔离变压器31的次级线圈、分布参数衰减器32、低通滤波器33和直流稳压器35进行隔离，以减少外部对其的干扰，例如，将隔离变压器31的次级线圈、分布参数衰减器32、低通滤波器33和直流稳压器35设置在屏蔽盒80内，该屏蔽盒80采用全封闭式设计且该屏蔽盒80接地。

可以理解的是，参考图4所示，也可以将交流稳压器34、隔离变压器31的初级线圈、隔离变压器31的次级线圈、分布参数衰减器32、低通滤波器33和直流稳压器35分别设置在不同的屏蔽盒内，各个设备之间的连接线通过屏蔽板进行屏蔽，且各个屏蔽盒均接地。

需要说明的是，本申请中的所有导线均尽可能靠近地面走线，以减少耦合。

综上所述，本申请的分压监测抗干扰装置，通过隔离变压器、分布参数衰减器和低通滤波器能够有效降低电源引入的干扰，通过采用同轴电缆进行信号传输，且同轴电缆外部套设有金属套管，能够有效减少外部干扰对信号传输的干扰，以及通过多方面屏蔽设置以及接地设置，能够有效减少外部干扰对各个设备的辐射干扰，从而有效降低了对外干扰对数据采集系统的影响，保证数据采集系统能够安全、可靠工作，保证了数据采集的准确性和可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。