專利名稱：一種電量采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電量采集裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中電量采集通常有離線式和在線采集兩種方法，主要用于電壓、電流、頻 率、功率等電量的測量。而目前離線式電量采集普遍存在以下兩方面的問題1、采用電極接觸方式測量，容易產(chǎn)生接觸不良誤讀數(shù)據(jù)的問題，接觸不良一般由 于電極氧化或機械結(jié)構(gòu)受損等原因造成；2、采集方法原始，智能化程度低，操作過程復(fù)雜，不能滿足提高工作效率的要求。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種非電極接觸、 準確率高、智能化的電量采集裝置。本實用新型所采用的技術(shù)方案是本實用新型包括采集器和安裝在需測量電氣回 路中的電量測量器，所述電量測量器與采集器進行數(shù)據(jù)通訊，所述采集器包括用于數(shù)據(jù)讀、寫控制的采集控制器；射頻讀寫器，受所述采集控制器控制可產(chǎn)生射頻信號，用于將數(shù)據(jù)發(fā)送給電量測 量器和接收電量測量器返回的測量數(shù)據(jù)；所述電量測量器包括與所述射頻讀寫器相適配的射頻收發(fā)單元；用于對被測電量信號進行取樣并處理的取樣單元；以及處理器，用于接受來自采集器的控制信號，且對電量信號進行檢測和轉(zhuǎn)換后并存 儲；所述采集器中的采集控制器通過射頻讀寫器發(fā)送控制信號，通過射頻收發(fā)單元接 受該控制信號再發(fā)送至處理器內(nèi)，所述處理器對來自取樣單元的被測電量信號進行檢測以 及模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并將處理后的電量信號回傳給采集器。進一步，所述電量測量器還包括射頻電能轉(zhuǎn)換電路，所述射頻電能轉(zhuǎn)換電路作為 電量測量器的工作電源，通過所述射頻收發(fā)單元接收來自采集器的射頻電能，經(jīng)過整流、濾 波、穩(wěn)壓后給所述射頻收發(fā)單元、取樣單元和處理器供電。進一步上述的射頻讀寫器包括產(chǎn)生射頻信號的射頻信號發(fā)生電路；數(shù)據(jù)發(fā)送電路，對采集控制器需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行調(diào)制和功率控制并發(fā)送至功率 驅(qū)動電路；接收所述電量測量器返回的測量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收電路；對射頻信號進行放大的功率驅(qū)動電路；以及與功率驅(qū)動電路相連接的射頻天線I。
3[0021]所述數(shù)據(jù)接收電路和功率驅(qū)動電路共用射頻天線I。進一步上述的射頻收發(fā)單元包括與所述射頻天線I相耦合通訊的射頻天線II ；通信信號接收電路，用于接收來自采集器的控制信號，經(jīng)整形、解調(diào)后傳給處理 器；通信信號發(fā)送電路，用于向采集器發(fā)送本機地址和采樣后的測量數(shù)據(jù)。進一步上述的述處理器包括單片機以及與單片機適配連接的A/D轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換 控制電路，轉(zhuǎn)換控制電路連接于A/D轉(zhuǎn)換器對數(shù)據(jù)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換進行控制。進一步上述的述取樣單元具體包括用于開關(guān)量信號取樣的開關(guān)量輸入電路；用于模擬量信號取樣的模擬量輸入電路；以及與開關(guān)量輸入電路和模擬量輸入電路相連接的電信號整理電路，用于將被測電量 信號轉(zhuǎn)換成符合所述A/D轉(zhuǎn)換器量程的電量信號。本實用新型的有益效果在于1、由于本實用新型包括采集器和電量測量器兩部分，由二者上的射頻天線耦合通 訊來采集電能量，不存在接觸不良問題；2、采用非接觸方式采集測量數(shù)據(jù)，可方便地與前述各類便攜設(shè)備接口 ；3、分辨率高，最高可達1/4096，且可根據(jù)需要進行自動調(diào)整；而且準確率高，相比 電極接觸法避免了數(shù)據(jù)誤讀的問題；4、由于采用電磁耦合通訊，采集效率高，一般的單點采集時間不超過兩秒；5、由于本裝置中還可包括射頻電能轉(zhuǎn)換電路，通過所述射頻收發(fā)單元接收來自采 集器的射頻電能，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后給所述射頻收發(fā)單元、取樣單元和處理器供電。這 樣電量測量器內(nèi)無電池，無外接電源，因此無需考慮電源的問題，安裝相對簡單；6、在采集器供電的情況下，非測量狀態(tài)下電量測量器處于失電狀態(tài)，抗電磁損傷 能力較強。

圖1是本實用新型電量采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是電量采集裝置中采集器的具體結(jié)構(gòu)框圖；圖3是電量采集裝置中電量測量器的具體結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
該電量采集裝置可在電力、石油、化工、交通等領(lǐng)域廣泛使用，以電力為例，可在以 下系統(tǒng)中使用1、電力設(shè)備巡視系統(tǒng)用于檢測設(shè)備的工作電壓、電流、周波、功率因數(shù)、溫度、濕 度、壓板或輔助接點狀態(tài)等；2、電力微機防止電氣誤操作系統(tǒng)可用于電氣鎖、驗電鎖、狀態(tài)檢測鎖、位置檢測 鎖的設(shè)計；3、電力設(shè)備溫度檢測系統(tǒng)，用于離線測量設(shè)備各部位的溫度。[0045]如圖1所示，本采集器裝置包括便攜式的采集器1和電量測量器2兩部分，采集器 1可以是加裝了射頻讀寫頭的筆記本電腦、PDA或微機防誤電腦鑰匙或自制的便攜式控制 器，主要用于數(shù)據(jù)的讀、寫控制以及特定應(yīng)用的流程控制。電量測量器2是安裝在需測量電 氣回路中的電量測量部件，主要用于電量測量和與采集器1進行數(shù)據(jù)通訊。見圖2，所述采集器1包括采集控制器3和射頻讀寫器4，采集控制器3是采集器 的主控單元，可以是PDA，筆記本電腦，微機防誤電腦鑰匙或自制的便攜式控制器，主要用于 數(shù)據(jù)的讀、寫控制和特定應(yīng)用流程控制(如微機防誤閉鎖操作)。射頻讀寫器4受所述采 集控制器3控制可產(chǎn)生射頻信號，用于將數(shù)據(jù)發(fā)送給電量測量器2和接收電量測量器2返 回的測量數(shù)據(jù)，它包括射頻信號發(fā)生電路401、數(shù)據(jù)發(fā)送電路402、數(shù)據(jù)接收電路403、功率 驅(qū)動電路404和射頻天線I 405。射頻信號發(fā)生電路401用于產(chǎn)生射頻信號，其頻率范圍可 在幾千赫茲至幾千兆赫茲之間，通常是正弦波或占空比為50%的方波信號；數(shù)據(jù)接收電路 403用于接收電量測量器返回的測量數(shù)據(jù)，它和功率驅(qū)動電路404共用一個天線，主要由信 號放大、整形、解調(diào)、解碼等功能電路組成；數(shù)據(jù)發(fā)送電路402用于將采集控制器要發(fā)送的 數(shù)據(jù)通過功率驅(qū)動電路和天線發(fā)送出去，主要由信號調(diào)制電路和功率控制電路組成；功率 驅(qū)動電路404用于對射頻信號進行功率放大，放大后的射頻信號通過射頻天線I 405向外 發(fā)射；射頻天線I 405是采集器的射頻能量輸出和數(shù)據(jù)讀、寫通道，依頻率和功率不同可以 是各種尺寸的環(huán)形天線，半波振子天線或微波電線(微帶天線、喇叭天線、波導(dǎo)天線)。如圖1和圖3所示，所述電量測量器2包括與上述射頻讀寫器4相適配的射頻收 發(fā)單元5 ；用于對被測電量信號進行取樣并處理的取樣單元7 ；以及用于接受來自采集器的 控制信號，且對電量信號進行檢測和轉(zhuǎn)換后并存儲的處理器6。射頻收發(fā)單元5包括通信信 號發(fā)送電路503、通信信號接收電路502和射頻天線11501，射頻天線II501與圖2中的射 頻天線I 405耦合通信；通訊信號發(fā)送電路503用于向采集器1發(fā)送本機地址信息和采樣 后的測量數(shù)據(jù)；通訊信號接收電路502用于接收來自采集器1的控制數(shù)據(jù)，有整形，解調(diào)等 功能，解調(diào)后的數(shù)據(jù)直接傳給低功耗的處理器6內(nèi)。上述取樣單元7包括電信號整理電路 701、開關(guān)量輸入電路702和模擬量輸入電路703。電信號整理電路701用于將被測電量信 號轉(zhuǎn)換成符合A/D轉(zhuǎn)換器量程的電量信號，通常由放大電路，衰減電路，匹配電路等組成； 開關(guān)量輸入電路702用于開關(guān)量信號的取樣，取樣對象如指令開關(guān)接點、設(shè)備輔助開關(guān)接 點等；模擬量輸入電路703用于模擬量信號的取樣，可取樣電壓、電流、頻率等電量信號。處 理器6是電量測量器的主控單元，通常為極低功耗的單片機601，可自帶A/D轉(zhuǎn)換器602和 轉(zhuǎn)換控制電路603，其主要功能有以下4個方面1、對經(jīng)電信號整理電路處理后的模擬量信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換并存儲；2、對經(jīng)電信號整理電路處理后的開關(guān)量信號進行檢測并存儲；3、通過通訊信號接收電路接收來自采集器的控制信號；4、通過通訊信號發(fā)送電路發(fā)送該電量測量器的地址信息和采樣后的電量信息。電量測量器2的供電方式多種多樣，可以是自帶電池，或者是外接電源等方式，本 方案中最佳采用的是來自采集器1的射頻電能供電來啟動電量測量器2工作，這樣電量測 量器2內(nèi)無電池或無外接電源，安裝相對簡單，還可以通過采集器1智能化控制電量測量器 2的工作狀態(tài)；其具體方案是在電量測量器2內(nèi)還包括射頻電能轉(zhuǎn)換電路8，通過所述射頻 收發(fā)單元5接收來自采集器1的射頻電能，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后給所述射頻收發(fā)單元5、取樣單元7和處理器6供電。 綜上所述，本方案的電量采集裝置采集方法和原理便攜式采集器1進入采集狀 態(tài)后，采集控制器3啟動射頻讀寫器4，通過射頻天線1405向外輻射電磁能量，當采集器1 上的射頻天線1405靠近電量測量器2上的射頻天線II501時，兩個天線之間形成確定的能 量耦合關(guān)系(通常用耦合系數(shù)表示)，當耦合系數(shù)達到一定值時，電量測量器2就可獲得足 夠的電能，從而進入工作狀態(tài)，其工作流程是從射頻天線耦合來的電信號經(jīng)電能轉(zhuǎn)換電路 8形成可供其它電路使用的工作電源，低功耗處理器6上電后首先通過通信信號發(fā)送電路 503向采集器1循環(huán)發(fā)送本機地址，同時通過通信信號接收電路502接收采集器1發(fā)來的控 制命令，如果收到命令則循環(huán)回傳命令中要求檢測的電量數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求一種電量采集裝置，包括采集器和安裝在需測量電氣回路中的電量測量器，所述電量測量器與采集器進行數(shù)據(jù)通訊，其特征在于，所述采集器包括用于數(shù)據(jù)讀、寫控制的采集控制器；射頻讀寫器，受所述采集控制器控制可產(chǎn)生射頻信號，用于將數(shù)據(jù)發(fā)送給電量測量器和接收電量測量器返回的測量數(shù)據(jù)；所述電量測量器包括與所述射頻讀寫器相適配的射頻收發(fā)單元；用于對被測電量信號進行取樣并處理的取樣單元；以及處理器，用于接受來自采集器的控制信號，且對電量信號進行檢測和轉(zhuǎn)換后并存儲；所述采集器中的采集控制器通過射頻讀寫器發(fā)送控制信號，通過射頻收發(fā)單元接受該控制信號再發(fā)送至處理器內(nèi)，所述處理器對來自取樣單元的被測電量信號進行檢測以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并將處理后的電量信號回傳給采集器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電量采集裝置，其特征在于，所述電量測量器還包括射 頻電能轉(zhuǎn)換電路，通過所述射頻收發(fā)單元接收來自采集器的射頻電能，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn) 壓后給所述射頻收發(fā)單元、取樣單元和處理器供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電量采集裝置，其特征在于，所述射頻讀寫器包括 產(chǎn)生射頻信號的射頻信號發(fā)生電路；數(shù)據(jù)發(fā)送電路，對采集控制器需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行調(diào)制和功率控制并發(fā)送至功率驅(qū)動 電路；接收所述電量測量器返回的測量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收電路； 對射頻信號進行放大的功率驅(qū)動電路； 以及與功率驅(qū)動電路相連接的射頻天線I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電量采集裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)接收電路和功率 驅(qū)動電路共用射頻天線I。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電量采集裝置，其特征在于，所述射頻收發(fā)單元包括與所述射頻天線I相耦合通訊的射頻天線II ；通信信號接收電路，用于接收來自采集器的控制信號，經(jīng)整形、解調(diào)后傳給處理器； 通信信號發(fā)送電路，用于向采集器發(fā)送本機地址和采樣后的測量數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電量采集裝置，其特征在于，所述處理器包括單片 機以及與所述單片機適配連接的A/D轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換控制電路，轉(zhuǎn)換控制電路連接于A/D轉(zhuǎn) 換器對數(shù)據(jù)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換進行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電量采集裝置，其特征在于，所述取樣單元包括 用于開關(guān)量信號取樣的開關(guān)量輸入電路；用于模擬量信號取樣的模擬量輸入電路；以及與開關(guān)量輸入電路和模擬量輸入電路相連接的電信號整理電路，用于將被測電量信號 轉(zhuǎn)換成符合所述A/D轉(zhuǎn)換器量程的電量信號。
專利摘要本實用新型公開了一種非電極接觸、準確率高、智能化的電量采集裝置。該采集裝置包括便攜式的采集器和電量測量器兩部分，采集器可以是加裝了射頻讀寫頭的筆記本電腦、PDA或微機防誤電腦鑰匙或自制的便攜式控制器，主要用于數(shù)據(jù)的讀、寫控制以及特定應(yīng)用的流程控制。電量測量器是安裝在需測量電氣回路中的電量測量器，主要用于電量測量和與采集器進行數(shù)據(jù)通訊，采集器可以通過磁耦合通訊發(fā)出控制信號以及為電量測量器提供工作電源，電量測量器可以通過磁耦合通訊將測量數(shù)據(jù)回傳給采集器。本實用新型可在電力、石油、化工、交通等領(lǐng)域廣泛使用。
文檔編號G08C17/02GK201689537SQ20102021465
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者栗新 申請人:珠海理想科技有限公司