有关环境低频磁场对包括人体在内的生物体影响的研究, 正日益受到人们的重视, 但是有关工频电场测量的测量仪器还比较少, 也不是十分成熟。户外环境的磁场主要是由输电线路产生, 所以户外环境磁场是一大小方向都在变化的旋转磁场。本文在理论研究的基础上, 研制了旋转工频电场测量仪。
1 DSP简介
传统的磁测量仪器都是基于模拟电路的, 模拟电路有不利于计算机处理等许多缺点, 并且不能实现仪器智能化。而数字信号处理 (digital signal process) 系统是仪器仪表行业发展的一个趋势, 并且DSP较单片机有更加适合与数字信号处理的软件和硬件资源, 可以应用于较复杂的数字信号处理算法。因此本文研制了以DSP为中心的适用于环境低频磁场测量仪。TMS320C55系列是TI公司最新推出的定点D S P芯片系列, 它比C54系列的性能有很大提高, 而且功耗大大降低, 是目前TI公司推出的功率最小的DSP芯片, 适用于便携式超低功率场合。本文选用了TMS320VC5509DSP芯片。
2 硬件设计
本文研制的三维工频电场测量仪主要包括三个部分:探头、模拟电路和数字电路。探头选择电磁感应法制作了一个三维探头。模拟电路部分包括滤波电路、放大电路和采样电路。数字电路包括数字处理和显示等。TMS320VC5509内部自带AD转换电路框图如图1所示。
2.1 探头
磁测量方法有许多, 通过比较各种方法的测量频率和大小范围等各种参数后最后选择了电磁感应法。电磁感应法主要的是通过电磁感应定律将要测磁场转换为电压值, 以便于后面信号的处理。
由于户外环境磁场是一旋转磁场, 因此我们采用了三个互相正交的线圈分别测量空间三个方向分量的磁场最大值, 最后将三个分量值合成为一个最大值也就是我们要显示的数值。
2.2 模拟电路
本设计模拟电路部分, 电磁感应信号经过工频带宽滤波电路对输入信号处理, 然后再经过精密仪用放大器INA128对工频信号进行放大, 三路采样保持器的输出经多路开关CD4501B (由DSP控制选通) 后输入到DSP内部AD转换器进行模数转换。
因为所需的信号是工频信号, 需要消除附近电台电视台的电磁干扰, 所以需要先对采集信号进行滤波。滤波电路如图2所示。
E即为需要滤波处理的采样信号, C为可调电容, L是10H的大电感, R1是电阻。
采样保持电路部分采用LF398采样/保持器, 三片LF398分别接在多路开关CD4501B的输入端, 由DSP控制选通某一路信号。图3为LF389的工作状态。
对于信号放大倍数的控制本文采用CD4502B实现自动切换放大倍数。CD4502B是双4通道多路开关, 依据两个地址线 (A0, A1) 和使能控制EN来选择8路输入的某两路。
2.3 数字电路
数字电路框图如图4所示, 以DSP为中心。三个按钮分别为系统的启动, 关闭和查询键。
3 软件设计
对于DSP一般采用的编程语言:c语言, 汇编语言。汇编语言的机器代码生成效率很高, 但可读性不强, 因此我们选用c语言来对DSP进行编程。
整个软件系统包括主程序, 控制采样并进行A/D转换, 对采样值进行数据处理, 选择放大倍数和显示。
4 结语
工频电场测量系统对于电力系统和其他科技领域都有着十分重要的作用, 本文就这一领域进行了初步的探讨。测量系统的探头采用了球形三维电场探头, 采样信号输送到放大、滤波、采样保持, 通过DSP计算、显示。基本上能满足工频旋转磁场的测量要求。
摘要：工频电场的安全问题正越来越受到人们的重视, 工频电场除了能对电气设备的绝缘构成威胁, 还会对人体产生一定的影响, 本文研制的工频电场测量仪主要包括三个部分:球形电场探头、模拟电路和数字电路。探头将电磁信号转化成电压信号, 通过高精度的放大芯片将接收到的电信号进行放大, 然后将信号送入滤波电路。将分离出来的工频信号再次放大后送入采样保持电路, 由单片机控制进行测量和显示。
关键词：工频磁场,测量,DSP
参考文献
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