动态大范围电压实时测量系统及方法

本发明涉及电压实时检测系统，尤其涉及一种动态大范围电压实时测量系统及方法。

背景技术：

1、在工业生产过程中，需要实时监测电压以确保设备的正常运行和生产过程的稳定，现代电力系统的复杂性和规模不断增加，需要对系统中的电压进行实时监测，以保证供电质量和系统的稳定性。传统方法通常针对特定电压范围设计，无法覆盖动态大范围的电压变化，无法满足大范围电压变化的实时监测需求，并且在同一个系统中电压变化范围从毫伏到千伏，电压变化率快，传统方法无法跟随输入电压的变化进行自适应高精度电压采样。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种动态大范围电压实时测量系统及方法，可采集的输入电压范围大，适应于宽范围高电压场合。

2、第一方面，本发明提出了一种动态大范围电压实时测量系统，包括：

3、通道切换自调整电路，与待检测电压连接，将待测电压与预设的对比电压值对比自动切换对应的采样比例电路；

4、ad采样电路，与所述通道切换自调整电路对应的采样比例电路连接，按照对应预设的采样比例进行采样，并将所述通道切换自调整电路输出的电压值实现ad转换；

5、微处理器电路，与所述ad采样电路连接，确认当前待检测电压采样比，将所述ad采样电路输出的电压值通过运算得出待检测电压值。

6、优选地，所述通道切换自调整电路包括：输入h桥电路、基准电路和h桥控制电路，

7、所述基准电路，提供对比电压值，将待检测电压与对比电压值对比输出高电平或低电平给所述h桥控制电路；

8、所述h桥控制电路，汇总所述基准电路返回的高电平或低电平，通过或运算，输出高电平或低电平给所述输入h桥电路；

9、输入h桥电路，与待检测电压连接，依据所述h桥控制电路提供的高电平或低电平自动切换对应的采样比例电路，并与所述ad采样电路对应的采样端口连接。

10、优选地，所述输入h桥电路包括电阻r1、继电器k1、电阻r7、芯片q1、电阻r2、继电器k2和电阻r8，所述电阻r1和所述电阻r7串联构成第一采样电路，所述电阻r2和所述电阻r8串联构成第二采样电路，所述第一采样电路和所述第二采样电路并联构成总采样电路，所述总采样电路一端与待检测电压连接，所述总采样电路另一端接地，所述继电器k1的开关端设置在所述电阻r1和所述电阻r7之间，所述继电器k2的开关端设置在所述电阻r2和所述电阻r8之间，所述继电器k1的开关端远离待检测电压一端设置有第一采样点，所述继电器k2的开关端远离待检测电压一端设置有第二采样点，所述芯片q1的端口1和端口3外接有所述h桥控制电路提供的高电平或低电平，所述芯片q1的端口4和端口6外接有12v电压，所述芯片q1的端口2通过所述继电器k1的线圈接地，所述芯片q1的端口5通过所述继电器k2的线圈接地。

11、优选地，所述基准电路包括电阻r3、电阻r5、电阻r9、电阻r10、比较器u1a和比较器u1b，所述电阻r9和所述电阻r10串联构成第一基准值电路，所述第一基准值电路一端连接有5v电压，所述第一基准值电路另一端接地，所述电阻r9和所述电阻r10之间设置有第一基准值点，所述比较器u1b的端口6与第一基准值点连接，所述电阻r3和所述电阻r5串联构成第二基准值电路，所述第二基准值电路一端连接有5v电压，所述第二基准值电路另一端接地，所述电阻r3和所述电阻r5之间设置有第二基准值点，所述比较器u1a的端口2与第二基准值点连接，所述比较器u1a的端口3与第二采样点连接，所述比较器u1b的端口5与第一采样点连接，所述比较器u1a的端口1和所述比较器u1b的端口7分别与所述h桥控制电路连接。

12、优选地，所述h桥控制电路包括或门u2、比较器u3a、电阻r4和电阻r6，所述或门u2的端口1与所述比较器u1a的端口1连接，所述或门u2的端口2与所述比较器u1b的端口7连接，所述或门u2的端口4与所述比较器u3a的端口3连接，所述电阻r4和所述电阻r6串联构成第三基准值电路，所述第三基准值电路一端连接有5v电压，所述第三基准值电路另一端接地，所述比较器u3a的端口1分别与所述芯片q1的端口1、端口3和所述ad采样电路的对应端口连接。

13、第二方面，本发明提出了一种动态大范围电压实时测量方法，包含上述动态大范围电压实时测量系统任意一种方案，所述方法步骤如下：

14、s1：整个系统通电，将待检测电压与通道切换自调整电路连接，执行s2；

15、s2：继电器k1和继电器k2的开关端均断开，比较器u1a和比较器u1b均输出低电平给或门u2，或门u2输出低电平给比较器u3a，比较器u3a输出低电平给芯片q1，芯片q1使得继电器k1的线圈导通，继电器k1的开关端闭合，待测电压通过第一采样电路与比较器u1b连接，执行步骤s3；

16、s3：若第一采样点的电压值小于比较器u1b预设的对比电压值，执行步骤s4，否则执行步骤s5；

17、s4：ad采样电路以第一采样点的电压值以及比较器u3a输出低电平进行采样，微处理器电路通过运算得出待检测电压值，判断待检测电压是否检测完毕，若是，执行s9；

18、s5：比较器u1a输出低电平以及比较器u1b输出高电平给或门u2，或门u2输出高电平给比较器u3a，比较器u3a输出高电平给芯片q1，芯片q1使得继电器k2的线圈导通，继电器k1的线圈关断，继电器k2的开关端闭合，继电器k1的开关断开，待测电压通过第二采样电路与比较器u1a连接，执行步骤s6；

19、s6：ad采样电路以第二采样点的电压值以及比较器u3a输出高电平进行采样，微处理器电路通过运算得出待检测电压值，判断待检测电压是否检测完毕，若是，执行s9；

20、s7：若第二采样点的电压值小于比较器u1a预设的对比电压值，执行步骤s8，否则执行步骤s6；

21、s8：比较器u1a和比较器u1b均输出低电平给或门u2，或门u2输出低电平给比较器u3a，比较器u3a输出低电平给芯片q1，芯片q1使得继电器k1的线圈导通，继电器k1的开关端闭合，待测电压通过第一采样电路与比较器u1b连接，执行步骤s4；

22、s9：待检测电压检测完毕，实现待测电压实时检测。

23、优选地，第一采样点的电压值：

24、

25、第二采样点的电压值：

26、

27、优选地，比较器u1a设定基准值对比电压为：

28、

29、比较器u1b设定基准值对比电压为：

30、

31、其中，vref_a乘以第二采样点的采样比例与vref_b乘以第一采样点的采样比例相等。

32、本发明中的有益效果是：

33、(1)可采集的输入电压范围大，从mv级到kv级电压均可采样，适应于宽范围高电压场合；

34、(2)采样电压精度高，可根据输入电压变化范围自动切换采样通道，即高电压采用高采样比采样，低电压采用低采样比采样，从而避免了单一采样比应对高电压采样时器件损坏的风险，同时也解决了低电压采用单一采样比采样而造成低电压采样不准的问题；

35、(3)可采集高dv/dt变化的电压场合，采样实时性高，本发明中电压采样通道自调整完全由硬件电路切换，切换速度为纳秒级，切换速度快，可用于高dv/dt变化电压的场合采样，采样实时性高；

36、(4)电路结构简单，器件常规，逻辑清晰，可靠性高，实用性强。