一種三通道非接觸式1000v以下電壓測(cè)量裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置，電路包括傳感器、運(yùn)放電路、差分電路、測(cè)量電路、電壓信號(hào)觀測(cè)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊，所述傳感器的輸出端依次通過(guò)電流回路、差分電路、測(cè)量電路進(jìn)而與電壓信號(hào)觀測(cè)器的輸入端連接，電壓信號(hào)觀測(cè)器的輸出端與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊的輸入端連接。本實(shí)用新型避免了由于需要建立電氣連接所花費(fèi)的人力物力，采用非接觸式的電壓檢測(cè)技術(shù)，極大的簡(jiǎn)化了電壓采集裝置的安裝過(guò)程。同時(shí)結(jié)合ZigBee無(wú)線通信模塊，使得該裝置支持遠(yuǎn)距離、寬范圍、多檢測(cè)點(diǎn)的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，具備高效性和直觀性等諸多優(yōu)點(diǎn)，方便電力部門(mén)實(shí)時(shí)掌握低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，具有廣泛的社會(huì)效益。
【專利說(shuō)明】
一種三通道非接觸式10OOV以下電壓測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域，尤其涉及一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電能作為當(dāng)前廣泛使用的清潔能源，在城市家居生活和工業(yè)生產(chǎn)中都起著舉足輕重的作用。隨著我國(guó)進(jìn)入新型工業(yè)化時(shí)代，用電需求在不斷加大，低壓配電網(wǎng)的規(guī)模也隨之逐年擴(kuò)大，供電的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。
[0003]然而大量非線性功率設(shè)備的不正規(guī)接入和電弧爐等沖擊性負(fù)載的使用，直接導(dǎo)致供電電壓波動(dòng)，電壓波形發(fā)生畸變，嚴(yán)重降低了低壓配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。這使得供電部門(mén)需要采集低壓配電網(wǎng)的電壓參數(shù)進(jìn)行分析并作出判決響應(yīng)，最大限度地減小外界對(duì)配電網(wǎng)的污染。
[0004]但是，當(dāng)前的電壓檢測(cè)設(shè)備多為接觸式測(cè)量，即要求將導(dǎo)線引出來(lái)接入設(shè)備進(jìn)行電壓測(cè)量，這種測(cè)量方法存在以下問(wèn)題:
[0005]1、安裝非常不方便，布設(shè)檢測(cè)點(diǎn)的成本較高；
[0006]2、被測(cè)導(dǎo)線與測(cè)試設(shè)備之間存在電氣接觸，如果操作失誤，可能會(huì)造成短路或觸電事故；
[0007]3、導(dǎo)線引出來(lái)需要破壞輸電線絕緣層，產(chǎn)生安全隱患。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是:提供一種安裝方便、有一定測(cè)量精度且可以支持無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控的三通道非接觸式低電壓測(cè)量裝置。
[0009]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置，包括:
[0011 ]微小信號(hào)檢測(cè)器:用于檢測(cè)數(shù)量級(jí)為μΑ的微小電流信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大及差分運(yùn)算；
[0012]電壓信號(hào)觀測(cè)器:用于將微小信號(hào)檢測(cè)器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，利用微小電流與待測(cè)電壓的數(shù)量關(guān)系得到待測(cè)導(dǎo)線中的電壓有效值；
[0013]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊:將電壓信號(hào)觀測(cè)器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過(guò)有線或無(wú)線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出；
[0014]進(jìn)一步地，所述微小信號(hào)檢測(cè)器包括:
[0015]傳感器:包括第一金屬板和第二金屬板、第三金屬板，所述第一金屬板直接連接運(yùn)放電路輸入端，所述第二金屬板和第三金屬板分別粘貼厚度不同且介電常數(shù)已知的云母片后與運(yùn)放電路另兩個(gè)輸入端連接，所述第一金屬板和第二金屬板、第三金屬板并排置于一個(gè)鉗子上，使用時(shí)通過(guò)鉗子固定于待測(cè)導(dǎo)線上，為微小的泄漏電流提供通路；
[0016]運(yùn)放電路:用于將流過(guò)所述傳感器的三個(gè)微小電流信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；
[0017]差分電路:將由運(yùn)放電路放大的電壓信號(hào)相減以抵消共同受到的外界干擾，分為兩組:第I組將第二金屬板所在回路和第三金屬板所在回路的電壓相減;第2組將第一金屬板所在回路和第三金屬板所在回路的電壓相減；
[0018]測(cè)量電路:用于將差分電路輸出的電壓之差進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0019]進(jìn)一步地，所述的運(yùn)放電路采用LM324。
[0020]進(jìn)一步地，所述差分電路由采樣電阻和減法電路組成，所述減法電路由運(yùn)算放大器、電阻和電容組成。
[0021 ]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊包括ZigBee無(wú)線通信模塊。
[0022 ]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊包括USB輸出模塊。
[0023 ]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊包括SD卡存儲(chǔ)模塊。
[0024]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0025]本實(shí)用新型提供的三通道非接觸式低電壓測(cè)量裝置的安裝方便，只需將鉗子夾住待測(cè)導(dǎo)線，使傳感器緊緊貼合于導(dǎo)線之上即可，就可以得到線路的電壓數(shù)據(jù)，因?yàn)闊o(wú)需再建立電氣連接，設(shè)備的安裝和使用變得非常方便，可以以較低的人力成本布設(shè)大量的檢測(cè)點(diǎn)，并可以記錄各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的電壓值；同時(shí)由于安裝有ZigBee無(wú)線通信模塊，所以該裝置支持遠(yuǎn)距離、寬范圍、多檢測(cè)點(diǎn)的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，具備高效性和直觀性等諸多優(yōu)點(diǎn)，方便電力部門(mén)實(shí)時(shí)掌握低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，具有廣泛的社會(huì)效益。
【附圖說(shuō)明】

[0026]圖1為本實(shí)用新型一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置的系統(tǒng)原理圖；
[0027]圖2為本實(shí)用新型一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置的微小信號(hào)檢測(cè)器的構(gòu)成。
[0028]圖3為本實(shí)用新型一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與輸出模塊的構(gòu)成。
[0029]圖4為傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖5為運(yùn)放電路，差分電路的電路示意圖。
[0031 ]圖中所不為:1-第一金屬板;2-待測(cè)導(dǎo)線;3-鉗子;4-第二金屬板;5-第三金屬板。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。
[0033]參照?qǐng)D1和圖2所示，一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置，包括微小信號(hào)檢測(cè)器、電壓信號(hào)觀測(cè)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊，所述微小信號(hào)檢測(cè)器的輸出端與電壓信號(hào)觀測(cè)器的輸入端連接，所述微小信號(hào)檢測(cè)器的電路在一個(gè)PCB板上實(shí)現(xiàn)，所述電壓信號(hào)觀測(cè)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊集成在一個(gè)FPGA板上。
[0034]所述微小信號(hào)檢測(cè)器包括:
[0035]傳感器:如圖4所不，傳感器包括第一金屬板I和第二金屬板4、第三金屬板5，所述第一金屬板I直接連接運(yùn)放電路輸入端，所述第二金屬板4和第三金屬板5分別粘貼厚度不同且介電常數(shù)已知的云母片后與運(yùn)放電路另兩個(gè)輸入端連接，所述第一金屬板I和第二金屬板4、第三金屬板5并排置于一個(gè)鉗子3上，使用時(shí)通過(guò)鉗子3固定于待測(cè)導(dǎo)線2上，為微小的泄漏電流提供通路；
[0036]運(yùn)放電路:用于將流過(guò)傳感器的三個(gè)微小電流信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，由運(yùn)放LM324實(shí)現(xiàn)；
[0037]差分電路:將由運(yùn)放電路放大的電壓信號(hào)相減以抵消共同受到的外界干擾。分為兩組:第I組將第二金屬板4所在回路和第三金屬板5所在回路的電壓相減;第2組將第一金屬板I所在回路和第三金屬板5所在回路的電壓相減；
[0038]測(cè)量電路:用于將差分電路輸出的電壓之差進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0039]其中，圖中Co為導(dǎo)線與傳感器間固有等效電容，C1&為傳感器上的已知電容，也即云母片。
[0040]如圖5所示，所述運(yùn)放電路、差分電路由采樣電阻和減法電路組成，所述減法電路由運(yùn)算放大器、電阻組成。
[0041 ]參照?qǐng)D3，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊接有ZigBee無(wú)線通信模塊，USB輸出模塊，SD卡存儲(chǔ)模塊。
[0042]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置由微小信號(hào)檢測(cè)器、電壓信號(hào)觀測(cè)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊構(gòu)成。
[0043]其中，微小信號(hào)檢測(cè)器測(cè)量出由待測(cè)導(dǎo)線與傳感器之間電壓差引起的微信電流信號(hào)，進(jìn)行放大及差分運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。并把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送到電壓信號(hào)觀測(cè)器。電壓信號(hào)觀測(cè)器將接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)微小電流信號(hào)與待測(cè)電壓的數(shù)量關(guān)系得到待測(cè)導(dǎo)線中的電壓有效值，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊將電壓信號(hào)觀測(cè)器輸出的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SD卡。
[0044]在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例中，一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置由微小信號(hào)檢測(cè)器、電壓信號(hào)觀測(cè)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊構(gòu)成。
[0045]其中，微小信號(hào)檢測(cè)器測(cè)量出由待測(cè)導(dǎo)線與傳感器之間電壓差引起的微信電流信號(hào)，進(jìn)行放大及差分運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。并把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送到電壓信號(hào)觀測(cè)器。電壓信號(hào)觀測(cè)器將接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)微小電流信號(hào)與待測(cè)電壓的數(shù)量關(guān)系得到待測(cè)導(dǎo)線中的電壓有效值，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊將電壓信號(hào)觀測(cè)器輸出的數(shù)據(jù)通過(guò)USB有線方式傳輸出去。
[0046]在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例中，一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置由微小信號(hào)檢測(cè)器、電壓信號(hào)觀測(cè)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊構(gòu)成。
[0047]其中，微小信號(hào)檢測(cè)器測(cè)量出由待測(cè)導(dǎo)線與傳感器之間電壓差引起的微信電流信號(hào)，進(jìn)行放大及差分運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。并把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送到電壓信號(hào)觀測(cè)器。電壓信號(hào)觀測(cè)器將接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)微小電流信號(hào)與待測(cè)電壓的數(shù)量關(guān)系得到待測(cè)導(dǎo)線中的電壓有效值，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊將電壓信號(hào)觀測(cè)器輸出的數(shù)據(jù)通過(guò)Zigbee無(wú)線方式傳輸出去。
[0048]其中，微小信號(hào)檢測(cè)器的工作原理如下:
[0049]包含3個(gè)金屬板的傳感器通過(guò)鉗子固定于待測(cè)導(dǎo)線上，由于傳感器與待測(cè)導(dǎo)線間存在電壓差，金屬板上將流過(guò)數(shù)量級(jí)為μΑ的微小電流;運(yùn)放電路將3個(gè)金屬板上流過(guò)的微小電流信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；再通過(guò)差分電路將電壓相減以抵消共同受到的外界干擾，分為兩組:第I組將第二金屬板所在回路和第三金屬板所在回路的電壓相減;第2組將第一金屬板所在回路和第三金屬板所在回路的電壓相減;最后由測(cè)量電路對(duì)差分電路輸出的電壓之差進(jìn)行測(cè)量。
[0050]上述實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)不涉及對(duì)程序或協(xié)議的改進(jìn)，均通過(guò)硬件及已有功能模塊實(shí)現(xiàn)。
[0051]本實(shí)用新型的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三通道非接觸式100V以下電壓測(cè)量裝置，其特征在于，包括: 微小信號(hào)檢測(cè)器:用于檢測(cè)數(shù)量級(jí)為μΑ的微小電流信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大及差分運(yùn)算； 電壓信號(hào)觀測(cè)器:用于將微小信號(hào)檢測(cè)器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，利用微小電流與待測(cè)電壓的數(shù)量關(guān)系得到待測(cè)導(dǎo)線中的電壓有效值； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊:將電壓信號(hào)觀測(cè)器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過(guò)有線或無(wú)線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置，其特征在于，所述微小信號(hào)檢測(cè)器包括: 傳感器:包括第一金屬板和第二金屬板、第三金屬板，所述第一金屬板直接連接運(yùn)放電路輸入端，所述第二金屬板和第三金屬板分別粘貼厚度不同且介電常數(shù)已知的云母片后與運(yùn)放電路另兩個(gè)輸入端連接，所述第一金屬板和第二金屬板、第三金屬板并排置于一個(gè)鉗子上，使用時(shí)通過(guò)鉗子固定于待測(cè)導(dǎo)線上，為微小的泄漏電流提供通路； 運(yùn)放電路:用于將流過(guò)所述傳感器的三個(gè)微小電流信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)； 差分電路:將由運(yùn)放電路放大的電壓信號(hào)相減以抵消共同受到的外界干擾，分為兩組:第I組將第二金屬板所在回路和第三金屬板所在回路的電壓相減;第2組將第一金屬板所在回路和第三金屬板所在回路的電壓相減； 測(cè)量電路:用于將差分電路輸出的電壓之差進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置，其特征在于:所述的運(yùn)放電路采用LM324。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置，其特征在于:所述差分電路由采樣電阻和減法電路組成，所述減法電路由運(yùn)算放大器、電阻和電容組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊包括ZigBee無(wú)線通信模塊。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊包括USB輸出模塊。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測(cè)量裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出模塊包括SD卡存儲(chǔ)模塊。
【文檔編號(hào)】G01R19/25GK205720417SQ201620605143
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】劉希喆, 郭嘉華, 陳臻
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)