專利名稱：數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器。
背景技術(shù)：
[0002]絕緣監(jiān)測(cè)裝置用于變電站、發(fā)電廠直流系統(tǒng)母線和饋線屏的接地漏電流檢測(cè)，是實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地故障檢測(cè)和故障定位的重要核心部件。針對(duì)直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，目前市場(chǎng)上有磁調(diào)制式、電壓輸出型、電流輸出型和PWM輸出型漏電流互感器。[0003]其中，電壓輸出型漏電流互感器需要正負(fù)雙電源供電，抗干擾能力差。電流輸出型漏電流互感器的抗干擾能力雖然稍強(qiáng)，但也需要正負(fù)雙電源供電，且功耗相對(duì)較大，成本相對(duì)較高。另外，上述兩種漏電流互感器中的部分產(chǎn)品由于采用了運(yùn)放而導(dǎo)致零點(diǎn)漂移，及零點(diǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差。脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)輸出型漏電流傳感器，使用運(yùn)放組成自激振蕩器，也需要雙電源供電，且傳感器零點(diǎn)漂移難于控制，信號(hào)輸出容易受走線布線的分布電容影響，一致性較差，很難實(shí)現(xiàn)滿量程優(yōu)良的線性度。[0004]綜上，現(xiàn)有的上述若干種漏電流傳感器需要采用正負(fù)雙電源供電，成本較高，且抗干擾性能不夠強(qiáng)，監(jiān)測(cè)結(jié)果的零點(diǎn)穩(wěn)定性差，線性度不夠好。實(shí)用新型內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，以解決現(xiàn)有的漏電流傳感器成本較高，抗干擾性能不夠強(qiáng)，監(jiān)測(cè)結(jié)果的零點(diǎn)穩(wěn)定性差和線性度不夠好的技術(shù)問(wèn)題。[0006]一種數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，包括激勵(lì)單元和測(cè)控單元；[0007]所述激勵(lì)單元，包括串聯(lián)的激勵(lì)電壓源和電容以及通過(guò)激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)串接在所述激勵(lì)電壓源和電容之間的電感線圈，所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)與所述測(cè)控單元連接，所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)用于根據(jù)測(cè)控單元發(fā)出的充電指示，周期性的改變所述電感線圈的接入方向，以使激勵(lì)電壓源周期性地正向或反向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電；[0008]所述測(cè)控單元，用于按照設(shè)定的切換頻率向所述激勵(lì)單元發(fā)出充電指示，獲取所述電容的第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間，根據(jù)所述第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間的差值計(jì)算漏電流的大?。籟0009]其中，所述第一電壓上升時(shí)間是指激勵(lì)電壓源正向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)，所述電容的電壓上升時(shí)間；所述第二電壓上升時(shí)間是指激勵(lì)電壓源反向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)，所述電容的電壓上升時(shí)間。[0010]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，僅采用一個(gè)電壓源，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本；通過(guò)采用依次進(jìn)行正向或反向激勵(lì)的技術(shù)手段，使測(cè)試結(jié)果的零點(diǎn)穩(wěn)定性和線性度較更好，抗干擾性能更強(qiáng)。


[0011]圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0012]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中的一個(gè)仿真示意圖；[0013]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中的一個(gè)工作波型的示意圖；[0014]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的電流環(huán)通訊電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
[0015]本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，可以解決現(xiàn)有的漏電流傳感器成本高，抗干擾性能不夠強(qiáng)，監(jiān)測(cè)結(jié)果的零點(diǎn)穩(wěn)定性和線性度不夠好的技術(shù)問(wèn)題。以下進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。[0016]實(shí)施例一、[0017]請(qǐng)參考圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，包括激勵(lì)單元和測(cè)控單元。所述激勵(lì)單元，用于根據(jù)測(cè)控單元發(fā)出的充電指示，使激勵(lì)電壓源周期性地正向或反向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電。所述測(cè)控單元，用于按照設(shè)定的切換頻率向激勵(lì)單元發(fā)出充電指示，獲取所述電容的第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間，根據(jù)所述第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間的差值計(jì)算漏電流的大小。所述第一電壓上升時(shí)間是指激勵(lì)電壓源正向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)，所述電容的電壓上升時(shí)間；所述第二電壓上升時(shí)間是指激勵(lì)電壓源反向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)，所述電容的電壓上升時(shí)間。[0018]可選的，所述激勵(lì)單元包括串聯(lián)的激勵(lì)電壓源6和電容8以及通過(guò)激勵(lì)切換開(kāi)關(guān) 2、3、4、5串接在所述激勵(lì)電壓源6和電容8之間的電感線圈I。所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2、3、4、 5與所述測(cè)控單元連接，用于根據(jù)測(cè)控單元的充電指示，周期性的改變所述電感線圈I的接入方向。[0019]可選的，所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)包括兩個(gè)正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2、3和兩個(gè)反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)4、5，其中，所述的兩個(gè)正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2、3用于將所述電感線圈I正向串接在所述激勵(lì)電壓源6和電容8之間，所述的兩個(gè)反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)4、5用于將所述電感線圈I反向串接在所述激勵(lì)電壓源6和電容8之間。[0020]可選的，所述測(cè)控單元包括模擬比較器9，基準(zhǔn)源7，微處理器10，電流環(huán)通信電路11和接線端子17 ;所述模擬比較器9的正向輸入端與所述電容8的正極相連，反向輸入端與所述基準(zhǔn)源7相連，輸出端與所述微處理器的定時(shí)器外部捕捉輸入端18相連，所述模擬比較器9用于獲取并比較所述電容8的電壓和所述基準(zhǔn)源7的電壓，并根據(jù)比較結(jié)果輸出觸發(fā)信號(hào)給所述微處理器10 ;所述微處理器10與所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)，電流環(huán)通信電路 11以及接線端子17連接，用于根據(jù)所述觸發(fā)信號(hào)，生成并發(fā)送充電指示給所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)，以及獲取所述電容8的第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間，根據(jù)所述第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間的差值計(jì)算漏電流的大小，通過(guò)所述電流環(huán)通信電路11和接線端子17與外部連接的檢測(cè)設(shè)備通信。[0021]進(jìn)一步的，所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)可以采用電子開(kāi)關(guān)或多路復(fù)用器。[0022]進(jìn)一步的，所述激勵(lì)單元中的電感線圈，電容以及激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)組成的二階電路工作在過(guò)阻尼狀態(tài)。[0023]進(jìn)一步的，所述激勵(lì)電壓源正向或反向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)的激勵(lì)頻率相等，相位差固定。[0024]可選的，所述微處理器還可用于采用檢測(cè)電壓方式檢測(cè)饋線開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。[0025]綜上，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，通過(guò)僅采用一個(gè)電壓源，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)采用依次進(jìn)行正向或反向激勵(lì)的技術(shù)手段，使得測(cè)試結(jié)果的零點(diǎn)穩(wěn)定性和線性度較傳統(tǒng)的同類傳感器有更加優(yōu)良，且抗干擾性能更強(qiáng)。[0026]實(shí)施例二、[0027]本實(shí)施例中，所述激勵(lì)單元中的電感線圈采用坡莫合金鐵心線圈，所述測(cè)控單元中的微處理器采用嵌入式微處理器。于是，本實(shí)施例提供的數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，包括坡莫合金鐵心線圈I、正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2、3，反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)4、5、激勵(lì)電壓源6、充電電容8、 基準(zhǔn)源7、模擬比較器9、嵌入式微處理器10、電流環(huán)通訊電路11、以及接線端子17。連接關(guān)系如圖I所示[0028]激勵(lì)單元中莫合金鐵心線圈I的正極分別與正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2和反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)5的一端相連，莫合金鐵心線圈I的負(fù)極分別與正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)3和反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)4的一端相連，正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2和反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)4的另一端與激勵(lì)電壓源 6的正極相連，正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)3和反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)5的另一端與電容6的正極相連， 激勵(lì)電壓源6的負(fù)極與電容6的負(fù)極接地；可選的，還可以再電容的正極與負(fù)極之間并聯(lián)一個(gè)電阻。莫合金鐵心線圈1，正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2、3或反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)4、5及電容6組成二階RLC串聯(lián)電路。[0029]測(cè)控單元中模擬比較器9的正向輸入端與電容8的正極相連，模擬比較器9的反向輸入端與基準(zhǔn)源7的正極相連，基準(zhǔn)源7的負(fù)極接地，模擬比較器9的輸出端與嵌入式微處理器10的定時(shí)器外部捕捉輸入端18相連；嵌入式微處理器10還與激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2、3、 4、5，電流環(huán)通訊電路11、以及接線端子17的引腳12相連，接線端子17的引腳15、16與外部電源相連，為數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器供電；接線端子17的引腳14、15 —邊與電流環(huán)通訊電路11連接，一邊與外部設(shè)備連接，通過(guò)價(jià)格低廉的電流環(huán)通訊方式，實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。[0030]正常工作時(shí)，微處理器(MCU)周期性的投切正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2、3以及反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)4、5，從而使激勵(lì)電壓源周期性地正向或反向通過(guò)電感線圈I對(duì)電容8進(jìn)行充電； 即，MCU在一個(gè)充電周期內(nèi)將正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2、3閉合，將反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)4、5斷開(kāi)，激勵(lì)電壓源6正向通過(guò)電感線圈I對(duì)電容8進(jìn)行充電，這時(shí)激勵(lì)電流在鐵心中感應(yīng)的磁通方向與漏電流在鐵心中感應(yīng)的磁通方向一致，稱之為正向激勵(lì)；在下一個(gè)相鄰的充電周期內(nèi)， MCU將正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)2、3斷開(kāi)，將反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)4、5閉合，激勵(lì)電壓源6反向通過(guò)電感線圈I對(duì)電容8進(jìn)行充電，這時(shí)激勵(lì)電流在鐵心中感應(yīng)的磁通方向與漏電流在鐵心中感應(yīng)的磁通方向相反，稱之為反向激勵(lì)。[0031]通過(guò)在MCU中設(shè)定適當(dāng)?shù)那袚Q頻率，周期性控制正反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)，可以使每個(gè)激勵(lì)周期內(nèi)對(duì)電容8的電壓Uc是一個(gè)二階電路的零狀態(tài)響應(yīng)；其簡(jiǎn)化的微分方程為[0032]
權(quán)利要求1.一種數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于，包括激勵(lì)單元和測(cè)控單元； 所述激勵(lì)單元，包括串聯(lián)的激勵(lì)電壓源和電容以及通過(guò)激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)串接在所述激勵(lì)電壓源和電容之間的電感線圈，所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)與所述測(cè)控單元連接，所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)用于根據(jù)測(cè)控單元發(fā)出的充電指示，周期性的改變所述電感線圈的接入方向，以使激勵(lì)電壓源周期性地正向或反向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電； 所述測(cè)控單元，用于按照設(shè)定的切換頻率向所述激勵(lì)單元發(fā)出充電指示，獲取所述電容的第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間，根據(jù)所述第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間的差值計(jì)算漏電流的大??； 其中，所述第一電壓上升時(shí)間是指激勵(lì)電壓源正向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)，所述電容的電壓上升時(shí)間；所述第二電壓上升時(shí)間是指激勵(lì)電壓源反向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)，所述電容的電壓上升時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于 所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)包括兩個(gè)正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)和兩個(gè)反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)，其中，所述的兩個(gè)正向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)用于將所述電感線圈正向串接在所述激勵(lì)電壓源和電容之間，所述的兩個(gè)反向激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)用于將所述電感線圈反向串接在所述激勵(lì)電壓源和電容之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于，所述測(cè)控單元包括模擬比較器，基準(zhǔn)源，微處理器，電流環(huán)通信電路和接線端子； 所述模擬比較器的正向輸入端與所述電容的正極相連，反向輸入端與所述基準(zhǔn)源相連，輸出端與所述微處理器的定時(shí)器外部捕捉輸入端相連，所述模擬比較器用于獲取并比較所述電容的電壓和所述基準(zhǔn)源的電壓，并根據(jù)比較結(jié)果輸出觸發(fā)信號(hào)給所述微處理器； 所述微處理器與所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)，電流環(huán)通信電路以及接線端子連接，用于根據(jù)所述觸發(fā)信號(hào)，生成并發(fā)送充電指示給所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)，以及獲取所述電容的第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間，根據(jù)所述第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間的差值計(jì)算漏電流的大小，通過(guò)所述電流環(huán)通信電路和接線端子與外部連接的檢測(cè)設(shè)備通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于 所述激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)采用電子開(kāi)關(guān)或多路復(fù)用器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于 所述激勵(lì)單元中的電感線圈，電容以及激勵(lì)切換開(kāi)關(guān)組成的二階電路工作在過(guò)阻尼狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于 所述激勵(lì)電壓源正向或反向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)的激勵(lì)頻率相等，相位差固定。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種數(shù)字絕緣監(jiān)測(cè)傳感器，包括激勵(lì)單元和測(cè)控單元；所述激勵(lì)單元，用于根據(jù)測(cè)控單元發(fā)出的充電指示，使激勵(lì)電壓源周期性地正向或反向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電；所述測(cè)控單元，用于按照設(shè)定的切換頻率向所述激勵(lì)單元發(fā)出充電指示，分別獲取激勵(lì)電壓源正向或反向通過(guò)電感線圈對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)，所述電容的第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間，根據(jù)所述第一電壓上升時(shí)間和第二電壓上升時(shí)間的差值計(jì)算漏電流的大小。本實(shí)用新型技術(shù)方案僅采用一個(gè)電壓源，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本；通過(guò)采用依次進(jìn)行正向或反向激勵(lì)的技術(shù)手段，使測(cè)試結(jié)果的零點(diǎn)穩(wěn)定性和線性度較更好，抗干擾性能更強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01R31/02GK202815139SQ201220460319
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者翦志強(qiáng), 曹紅喜, 李仲卿 申請(qǐng)人:深圳市金宏威技術(shù)股份有限公司