【文章內容簡介】 成了巨大的損失。 所以，對于高 壓檢測，成了人們日益關注的問題。相對于低壓檢測，高壓檢測技術含量高，資本投入較大，而在市場前景上看，高壓檢測的規(guī)模也將日益形成低壓檢測市場那么大。在 我國 ， 高壓電器檢測行業(yè)的發(fā)展未能充分滿足電力行業(yè)高速發(fā)展的要求，行業(yè)內普遍存在長期排隊等待檢測的情況；尤其是特高壓電器設備的檢測，目前國內僅有西高院、武高所及沈高所等少數(shù)幾家老牌電器檢測機構有能力進行特高壓電器檢測，我國現(xiàn)有的檢測能力與電力行業(yè)大力建設特高壓輸電網(wǎng)及 “智能電網(wǎng) ”的發(fā)展戰(zhàn)略無法充分匹配。 所以說，高壓電的檢測在我國前景廣闊，特別是國家 對檢測行業(yè)實行嚴 格的資質管理制度 ，并且由于 準入制度、技術門檻、資金密集型等限制了新的競爭者的進入 ，而 檢測設備的先進程度決定了檢測結果的準確性和可靠性，是否擁有這些專業(yè)設備是開展電器產(chǎn)品檢測的前提條件， 因此掌握著多種高壓電的檢測方法，對于企業(yè)和個人都至關重要。 而傳統(tǒng)的高壓檢測，通常是把驗電器安裝在操作桿上，操作時用驗電器直接與高壓線路接觸，驗電器中的電阻將高電壓降低到安全的電壓值 (通常是幾伏 )，通過人體到大地形成一個回路，驗電器中通常都帶有聲音或發(fā)光指示線路是否帶電。傳統(tǒng)的驗電器體積小、攜帶方便，但必須與高壓電路接觸才都使 用，因此仍然存在一定的安全隱患。所以對于高壓的檢測，必須設法采用非接觸式檢測。非接觸式檢測是一種較新穎的檢測高壓方法，它突破了傳統(tǒng)檢測方法的設計理論和思路的束縛，無須接觸即可檢測高壓線是否帶電，使用起來安全、方便、正確。 因此，非接觸式高壓檢測成為人們更多的選擇方向，也在日常生活中，給人們帶來極大的便利。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 論文研究的目的和內容 本論文中非接觸式高壓檢測電路的設計，主要目的用于檢測電力機車機車車頂與外界高壓電氣設備之間車頂高壓設備的故障。 當電力機車牽引列車運行時，如果機車車頂高壓設備發(fā)生故障或其他原因 造成高壓設備故障。由于乘務員無法判斷故障情況，一旦再次升起受電弓將導致高壓放電、接地，輕則造成受電弓滑板與接觸網(wǎng)粘接，重則燒斷接觸網(wǎng)，造成大的故障，將嚴重地干擾運輸生產(chǎn)。 因此，在這采用非接觸式高壓檢測，讓操作員對車頂高壓進行檢測，判斷是否發(fā)生故障，這樣既保證機車運行安全，也保證了操作員進行高壓檢測時的人身安全。 本論文內容包含了對整個電路的設計思路，設計方法，及設計結構，并對電路中的每個模塊進行詳細分析。論文主要內容包括：電路的總體設計；高壓探頭的選擇；信號調理電路設計 ；語音提示電路和發(fā)光電路設計嗎；電源轉換電路設計。 論文結構安排 本論文的結構主要包過一下幾點。 緒論，對本文的背景資料進行闡述 電路的總體結構的設計，包含對電路的設計思路，電路的特點及總的設計效果。 信號調理電路的設計，其中包括信號調理電路的設計結構；濾波電路的設計；放大電路的設計；比較電路的設計；報警控制電路的設計。 語音提示電路和發(fā)光電路的設計，其中包括總體電路結構，已及語音提示電路的設計，發(fā)光電路的設計。 電源轉換電路的設計，包括電源轉換電路的總體結構，全波整流橋的選擇， 電源模塊的選擇以及外圍模塊的選擇 整個論文的總結。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 3 第 2 章 電路總體設計 對非接觸式高壓檢測電路的設計，必須要了解一些有關的思路和原理。為了達到設計目標，必須將高壓信號的采集、調理、比較等各種原理融會貫通。對于電路的功能實現(xiàn)，必須對電路各個模塊的組合及電路的內部結構選擇進行分析和把握。這樣，才能對非接觸式高壓檢測電路總體設計有一個整體的方案規(guī)劃，才能達到任務書的要求，完成設計的需要。 設計目標 本次非接觸式高壓檢測電路的設計，必須要完成的設計目標是，設計出一個較簡單可行的電 路，通過非接觸的方法，檢測出需檢測的設備是否有高壓的存在。 由于在高電壓存在的地方，周圍會產(chǎn)生很強的交變電場，目前一般的檢測高壓是否存在，通常是通過場效應管在交變電場作用下 G、 S極阻抗變小這一特性，來檢測高壓是否存在。但是這種檢測方法和裝置存在以下缺點： 檢測距離固定，只能將場效應管放置在小于固定值距離的范圍內，才能檢測到高壓是否存在。 檢測距離又受到場效應管特性的限制，難以保證在精確的距離下檢測到高壓是否存在。 不適應象本設計所需要應用的環(huán)境，比如電力機車等較嚴酷的檢測環(huán)境。 所以，本設計所設想的電路，必 須克服以上缺點，要設計出一種結構簡單、操作方便的非接觸高壓檢測電路，不僅要滿足普通高電壓的檢測，更需要檢測出在電力機車這些嚴酷環(huán)境下的高電壓。 本文的設計目標為，用一個高壓探頭在高壓設備附近進行探測，然后設計出一個信號調理電路對探測到的信號進行處理，再設計一個比較電路，使處理后的信號能與我們設定的安全值進行比較，如果比設定的安全值高，說明該設備的電壓不正常，就必須設計出一個報警電路進行報警，如有需要，設計一個發(fā)光電路進行更形象的報警。同樣，整個電路中，必須設計出一個電源轉換模塊，對整個電路進行供電。這樣，就形成了一個完整的非接觸式高壓檢測電路的設計。 本設計的技術方案為， 通過高壓探頭講檢測到的高壓設備附近的強電場，轉換成一定幅度的小信號送入信號調理電路進行調整和判斷，當檢測到的電壓高于設定值時，輸出給報警電路報警，告訴檢修人員高壓供電線路是否存在高壓。 本設計的目標電路框圖如下圖 所示，本設計的目標電路原理圖下圖 所示。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 電路的總體結構 如圖 、圖 所示，本設計電路的所述高壓探頭、報警電路、電源轉換電路分別與所示信號調理電路相連，所示電源轉換電路還同時分別與所述報警電路和電源端相連。 設計電路中的報警電路能夠在得到信號后發(fā)出語音的語音提示電路。 設計電路中的電路中，還包括一個用于存在檢測部位電壓過高時進行發(fā)光提示的發(fā)光電路。 設計電路中的信號調理電路包括一個濾波電路、一個放大電路、一個比較電路和一個報警控制電路并依次連接。 設計電路中的語音提示電路包括一個語音芯片、一個放大電路、一個揚聲器及其外圍電路。 設計電路中的電源轉換電路包括一個全波整流橋、一個整流器及其外圍元件。 設計中的報警控制電路包括一個場效應管、一個繼電器、續(xù)流二極管、一個電解電容及其外圍元件。 電路功能 在本文所 設計的電路中，其電路功能主要歸納于以下幾個方面。 使用高壓探頭采集信號。所謂的高壓探頭，其主要用途是， 高壓探頭主要采用衰減的方法，比如： 1： 10， 1： 100， 1： 1000 等等的衰減比例， 將 信號接入示波器，萬用表，電腦等等時，因為以上的設備不能夠承受 800V 甚至更高的電壓，所以要通過高壓探頭將電壓衰減（只是電壓縮小了其它參數(shù)不變）到設備可測的范圍內才能準確的測試出來。 所以，本設計所采用高壓探頭，其功能就是講檢測到的高壓設備附近的強電場，轉換成一定幅度的小信號。 可以對信號進行調理、判斷并進行報警。在設 計的電路中其功能主要將高壓探頭所探測到的小信號，進行調整和判斷。其中包括對信號的濾波、放大，然后將所得信號與所設定的安全值進行比較，判斷如果電壓過高，就進行報警。報警電路中，包含著語音提示電路和發(fā)光電路，對操作員提供聲光報警，提示電壓過高。 可以對外界電源轉換。設計中的電源轉換電路包含著整流橋，電源模塊及外圍元件，其功能是將外界電源的電能轉換為工作電源，對整個電路進行供電。 可以自檢。在所述高壓探頭 E1 的輸出端和電源變換電路的輸出端還連接有一個用于連通自檢回路的自檢按鈕。其功能是檢查 整個電路的通電情況。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 電路特點 該設計電路特點是結構簡單、操作方便，保障了操作員的人身安全。 信 號 調 理 電 路語 音 提 示 電 路電 源 轉 換 電 路發(fā) 光 電 路高壓探頭電源 圖 電路框圖 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 6 圖 總設計電路圖 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 第 3 章 信號調理和聲光電路的組成 通過上章電路設計的總體設想，要完成上述設計的整個規(guī)劃，必須要選擇不同的電路，進行組合才能得到一個完整的非接觸式高壓檢測電路。因此，在整個非接觸式高壓檢測電路的設計過程中，設計了一個檢測電路，用于檢測采集的電壓是否為高電壓，這其中就包含了信號調理電路和報警控制電路。而為了使電路能夠對高壓信號進行報警 ，電路中設計了一個報警電路對檢測結果進行反應，當采集電壓為高電壓時，報警電路能通過語音提示電路和發(fā)光電路進行報警。 高壓探頭的選擇 高壓探頭的功能是采用衰減的方法，由于示波器、萬用表、電腦等設備不能夠承受 800V 或者更高的電壓，所以用高壓探頭將高壓衰減 （只是電壓縮小了其它參數(shù)不變）到設備可測的范圍內才能準確的測試出來 。故只有采用高壓探頭，才能將高壓檢測到的信號傳入下一級進行調理變化。 因此，電路的第一點，是對高壓探頭進行選擇，不同的高壓探頭，其區(qū)別在于衰減的比例不一樣， 比如： 1： 10， 1： 100， 1： 1000 等等的衰減比例 。在本電路的設計過程中，考慮到檢測的高壓設備主要方向是電力機車等方面，其電壓比較高，本文選擇的高壓探頭為市場上常見的 TAG5000 型探頭 ，該探頭的使用范圍可達近 10M，其主要參數(shù)見附錄一。 信號調理電路的組成 信號調理電路，其功能是將高壓探頭采集的信號，進行一系列的調理變換使之能達到總體設計時所需的目標，即最后能夠將采集的高壓信號與設定電壓進行比較，從而判斷測試設備是否帶有高壓。為了達到這一目的，設計時必須對整個信號調理電路的組成進行選擇和判斷，從而使電路和元件能夠具有一定的 功能完成相應的設計目標。 低通濾波電路 由于 高壓探頭采集的信號中，含有干擾信號 ，為了使檢測結果具有準確性，必須濾掉所采集信號中的其他干擾信號，根據(jù)設計要求，設計需要的頻率小于 50HZ，高于50HZ 的信號將被過濾，因此在這采用個低通濾波電路。 一階低通濾波器的電路圖見圖 所示，其幅頻特性見下圖圖 所示，圖中虛線湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 為理想的情況，實線為實際的情況。 圖 一階低通電路（ LPF） 圖 一階 LPF的幅頻特性曲線 當 f = 0 時，電容器可視為開路，通帶內的增益 為 211vpRA R?? 一階低通濾波器的傳遞函數(shù)如下 ? ? ? ?? ?0101vpAVsAsVs s??? ??????? 其中0 RC? ?。 截至頻率： 12Hf RC?? ； 截止頻率即 3db 頻率 。 頻率低于 時 → 電壓增益 211vp RA R?? 頻率高于 時 → 衰減斜率：每 10倍頻率 20dB。 根據(jù)設計的要求，本文采用一階低通濾波電路，如截止頻 率為 50HZ，先選擇電容的容量為 ，根據(jù)參數(shù)計算，設計所選擇的電阻約為 。 故，濾波電路部分的電路圖如下圖 所示。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 圖 濾波電路部分的電路結構 在整個濾波電路的設計中，根據(jù)總體設計圖可知，低通濾波電路結構組成為，包括一個電容 C一個穩(wěn)壓管 D電阻 R R1 R1 R1 R18，所述高壓探頭E1 的信號輸出端一次經(jīng)過電阻 R R1 R12 后連接到所述放大電路中，電阻 R17一端連接到電阻 R1 R12 之間，另一端接地，電阻 R1電容 C8 與穩(wěn)壓管 D5 并聯(lián)后一端接 地另一端也與放大電路相連。 此時，通過多個電阻和電容的低通濾波作用，能夠濾除從高壓探頭輸出的小信號中的干擾信號，并同時將高壓探頭輸出的小信號轉換為一定幅度的正弦波的正半波輸入下述放大電路。 放大電路 由上述濾波電路調理過的采集信號可以得到一個穩(wěn)定的信號，但是設計需求是此信號能與設定電壓相比，才能得出判斷是否為高壓信號。此時的信號一般來說比較小，還不能進行比較，因此，在這里還需設計一個放大電路，對所得信號進行放大。 從原理上說，集成運算放大電路實質是 — 個具有高放大倍數(shù)的多級直耦合放大電路。它的內部 通常包含四個基本組成部分，即輸入級、中間級、輸出級和偏置電路。如下圖 所示。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 圖 集成運放的組成 集成運放的輸入級通常由差分放大電路組成、因此一般具有兩個輸入端以及一個輸出端，以及其他用以連接電源電壓和調零等的引出端。兩個輸入端中，一個與輸出端為反相關系，另一個為同相關系，分別稱為反相輸入端和同相輸入端。 同相放大電路