[发明专利]基于嵌入式以太网的脉冲成型网络监测系统

说明书

技术领域

本发明属于网络监测技术领域，尤其涉及一种基于嵌入式以太网的脉冲成型网络监测系统。

背景技术

大型脉冲功率系统中采用的脉冲功率技术又称高功率脉冲技术，是在相对较长的时间里把能量储存起来，然后经过快速压缩、转换，最后有效释放给负载的新兴技术。而大电流是一种在工业生产和科研实验中经常遇到的重要物理量。在热核聚变、激光技术、粒子加速器、电磁强脉冲特性等方面的研究中，它们对脉冲功率源技术要求非常高，不但要求其电流大，脉冲的上升时间很短，仅为数十微秒或者纳秒，而且要求储能源高电压，以获得强脉冲功率。因此，要确保能源模块高效和稳定运行，就需要准确且可靠地测量放电电流，为其提供实测数据，所以在大型脉冲功率系统中对脉冲放电情况进行监测的数据采集系统是非常需要的，并且数据采集系统的准确性，实时性是脉冲网络监测系统的重要问题。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种数据采集准确、实时性强、通信速率高的基于嵌入式以太网的脉冲成型网络监测系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括：罗氏线圈、信号调理电路、A/D转换芯片、FIFO缓存模块、ARM处理器模块、静态随机存取存储器(SRAM)、和PC机；所述罗氏线圈感应得到被测电流的微分信号后，在信号调理电路中经过一个积分被还原成被测电流信号，之后经A/D转换芯片将模拟信号转换为数字信号，数据信号被存储到FIFO缓存模块中，当ARM处理器接到FIFO缓存模块发出的状态信息时，就可以从FIFO缓存模块中提出数据转存到静态随机存取存储器中，处理器通过以太网接口与PC机进行通信和数据的传输。

作为一种优选方案，本发明所述A/D转换芯片采用MAX120。

作为另一种优选方案，本发明所述ARM处理器模块采用STM32F103ZE。

本发明有益效果

本发明实现了脉冲网络成型系统的实时性监测功能。本发明采用罗氏线圈，A/D转换器和FIFO缓存器件进行数据的采集，将ARM处理器的网络通信接口与以太网交换机相连，这样接在同一交换机上的pc机可以与处理器进行以太网通信，从而大大提高了通信速率。

附图说明

图1是本发明电路原理框图；

图2是罗氏线圈结构原理图。

具体实施方式

如图所示，本发明采用如下技术方案，本发明包括：罗氏线圈、信号调理电路、A/D转换芯片、FIFO缓存模块、ARM处理器模块、静态随机存取存储器(SRAM)、和PC机；所述罗氏线圈感应得到被测电流的微分信号后，在信号调理电路中经过一个积分被还原成被测电流信号，之后经A/D转换芯片将模拟信号转换为数字信号，数据信号被存储到FIFO缓存模块中，当ARM处理器接到FIFO缓存模块发出的状态信息时，就可以从FIFO缓存模块中提出数据转存到静态随机存取存储器中，处理器通过以太网接口与PC机进行通信和数据的传输。

所述A/D转换芯片采用MAX120。

所述ARM处理器模块采用STM32F103ZE。

随着高功率脉冲系统的不断发展，它逐渐呈现出三个特点：一是大容量、高电压，强电流；二是小型、紧凑化；三是自动化，在实际应用中就要求电流检测必须可靠工作，系统运行的保护、控制、监测、故障预测、通讯和记录要实现自动化。传统的电磁式电流互感器测量频带窄、易出现磁饱和，当一次侧电流变化过快时，电磁式电流互感器的二次侧电流往往失真严重，不能满足测量要求；而分流器的一次和二次侧没有隔离，且体积较大；霍尔传感器虽然实现了电气隔离，但需要直流电源供电，另外，上述传统测量元件都不能直接获得短路电流上升率，需要通过中间环节进行处理，若用于短路电流保护，则会造成保护时间滞后。Rogowski线圈构成的互感器不含铁心，无磁滞饱和问题，响应频带宽，测量范围大，与被测回路无直接电气连接，抗干扰能力强，因此基于Rogowski线圈的大电流测量技术应运而生。本文采用Rogowski线圈作为测量元件。Rogowsk线圈又叫罗氏线圈，它实际是均匀密绕在环形非磁性骨架上的心螺线管，其输出电压和被测电流的变化率成正比，其结构原理如图2所示。罗氏线圈的感应电动势与线圈尺寸、匝数及一次电流有关受外磁场和通流导体位置的影响小。经过罗氏线圈得到的是一个微分信号，所以对罗氏线圈的输出电压进行积分就可以还原出被测电流I。罗氏线圈电流传感器是根据电磁感应定律和安培环路定律，用罗氏线圈将一次侧高电压、大电流变送到线圈二次侧小信号，系统根据罗氏线圈的输出信号，实现对一次侧电流的测量以及短路情况的判断。

选取A/D转换芯片，主要考虑其分辨率、转换时间、采样率等是否满足数据采集系统的要求。本系统A/D转换芯片采用MAX120，选取A/D转换芯片，主要考虑其分辨率、转换时间、采样率等是否满足数据采集系统的要求。本系统A/D转换芯片采用MAX120，其转换输出为12位数字量，转换时间为1.6μs，采样率为500ksps，满足脉冲功率系统放电电流实时、高精度采样的要求。本发明中MAX120的管脚连接如下：VDD接正电压+5V，VSS接负电压-15V，MODE接地，所以INT/BUSY就用作BUSY输出。这种情况下，转换启动时INT/BUSY变为低电平，转换完成以后INT/BUSY就升为高电平，此时数据在引脚D0～D11处有效。CS，110RD都接地，也就是说片选信号和读输入信号始终有效，CONVST接入分频信号XF1，当CONVST为低电平时，在RD的下降沿启动一次转换，CONVST一次处于低电平的时间决定了一次采样的时长。CLKIN时钟输入端接入一个4M晶振电路。