基于紫外检测法的智能型特高压验电器系统

1 系统总体设计及工作原理
    基于紫外检测法的智能型特高压验电器系统的总体结构如图1所示。该系统采用DSP作为现场智能型特高压验电器的核心，其外围由硬件电路组成，用于采集高压输电线路电晕放电信号，并将从紫外传感器采集到的信号通过现场总线CAN传送至上位机，上位机管理系统软件由L-abVIEW开发，主要完成特高压验电器检测参数的显示和信号分析处理功能。

2 传感器的选型
    紫外线的波长范围是10～400 nm，太阳光中也含紫外线。波长大于280 nm的部分被称为UV-C，几乎全部被大气中的臭氧吸收，因此通过大气传输的98％是315～400 nm的UV-A，2％是280～315 nm的UV-B，低于280 nm的波长区间称为太阳盲区。高压输电线路放电产生的紫外线大部分波长在280～400 nm之内，也有小部分波长在230～280 nm之内，探测这部分波长的紫外线，可作为判断放电的依据。
    采用特定的紫外传感器，利用太阳盲区，使仪器工作在波长185～260 nm，而对其他频谱不敏感，去除可见光源的干扰。紫外传感器光谱响应特性的上限取决于阴极材料表面的功函数，必须大于4．1eV，一般用W、Mo、Ni等做阴极材料；下限取决于管壳材料透紫波长，透紫玻璃的极限波长是185 nm，适合应用。

    经过比较分析，选用其技术指标为光谱响应为185～260nm，放电起始电压为280 VDC，工作电压为325±25 VDC，工作电流小于30 mA，灵敏度为5 000 cps，背影噪声小于10 cpm，该传感器的工作波段采用太阳盲区中的185～260 nm波段，该波段不受太阳辐射的干扰，其灵敏度达5 000 cps，可有效检测到电晕放电的紫外脉冲。

3 系统硬件设计
    本系统采用高性能的数字信号处理器TMS320F2812作为核心处理单元，扩展外围功能电路，如图3所示，主要包括：紫外传感器及其驱动电路、温湿度采集电路、时钟电路、指示电路、存储器扩展电路、JTAG接口电路和CAN通信接口电路等。

3．1 紫外传感器驱动电路
    特高压验电器的核心器件是紫外传感器，其工作电源可采用干电池或者太阳能电池，驱动电路如图4所示，为了获得325±25 VDC，前端必须进行DC／AC／DC转换。逆变器U1输入电压为+3．3 V，驱动电路通过桥式整流对逆变器U1输出的交流电压进行整流，再通过C26、R3和R4组成的RC滤波电路进行滤波，调整R3和R4的值，将传感器的工作电压调到325V左右。紫外线入射时，紫外传感器放电，电流由充电电容C27提供，并在电阻R7上产生瞬时电流，输出一个脉冲电压，引入电容C28可将输出的脉冲电压变得平滑稳定；停止放电后，电源向电容C27逐渐充电，阳极电位增加。达到放电起始电压后，如再有紫外光照射到传感器上则再次放电。驱动电路包括信号处理模块，消除了由自然激励光源引起的背景放电信号。

3．2 温湿度采集电路
    高压输电线路的电晕放电是一个复杂的过程，利用紫外检测法必须考虑到周围环境的影响。具体表现为：空气污染越严重，空气密度越小，湿度越大，电晕放电越强。这里采用数字式温湿度传感器SHT71，在检测高压输电线路电晕放电的同时，将温度和湿度作为考虑因素，可以更好地检测其放电情况。

3．3 时钟电路
    DSP工作是以时钟为基准，如果时钟质量不高，那么系统的可靠性、稳定性就很难保证。在TMS320F2812上，有基于PLL时钟模块，为器件及各种外设提供时钟信号。锁相环有4位倍频设置位，可以为处理器提供各种速度的时钟信号。时钟模块提供2种操作模式：
    1)晶体工作模式，该模式允许通过外部晶体为芯片提供时钟基准；2)外部时钟源工作模式，此模式下内部的振荡器将旁路。芯片设备的时钟由外部时钟源从XTAL1／CLKIN引脚上输入。在这种情况下，XTAL1／CLKIN引脚将与外部晶体振荡电路相连。
    本系统用20 MHz外部晶体给DSP提供时钟，并使用TMS320F2812片上PLL电路。PLL倍频系数由PLL控制寄存器PLLCR的低4位控制，可由软件动态地修改。
3. 4 指示电路
    为了便于选择检测时间和控制背景光等的亮暗，设置了选择、确认，继续和背景灯控制3个按键。在现代显示器件发展中，液晶显示器件以其功耗低、体积小、色调柔和、可与CMOS电路直接匹配和易于实现大规模集成化生产等一系列优点而应用广泛。这里采用了内藏T6963C控制驱动器图形液晶显示模块MGL(S)-12864T实现特定的汉字显示。
3．5 存储器扩展电路
    为方便调试和使用方便，设计扩展一个外部数据存储器，采用ISSI公司的ISLV6416。该器件是一片64 Kx16 b的高速静态RAM，采用3．3 V电源供电。这里3．3 V电压信号由电源转换器TPS75733转换实现，该芯片可将+5 V电压转换成+3．3 V，供DSP工作。