一種三通道非接觸式1000v以下電壓測量裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置，電路包括傳感器、運放電路、差分電路、測量電路、電壓信號觀測器、數據存儲和輸出模塊，所述傳感器的輸出端依次通過電流回路、差分電路、測量電路進而與電壓信號觀測器的輸入端連接，電壓信號觀測器的輸出端與數據存儲和輸出模塊的輸入端連接。本發明避免了由于需要建立電氣連接所花費的人力物力，采用非接觸式的電壓檢測技術，極大的簡化了電壓采集裝置的安裝過程。同時結合ZigBee無線通信模塊，使得該裝置支持遠距離、寬范圍、多檢測點的無線遠程監控功能，具備高效性和直觀性等諸多優點，方便電力部門實時掌握低壓配電網的運行狀態，具有廣泛的社會效益。
【專利說明】
一種三通道非接觸式10OOV以下電壓測量裝置
技術領域
[0001]本發明涉及電力電子測量儀器領域，尤其涉及一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置。
【背景技術】
[0002]電能作為當前廣泛使用的清潔能源，在城市家居生活和工業生產中都起著舉足輕重的作用。隨著我國進入新型工業化時代，用電需求在不斷加大，低壓配電網的規模也隨之逐年擴大，供電的穩定性就顯得尤為重要。
[0003]然而大量非線性功率設備的不正規接入和電弧爐等沖擊性負載的使用，直接導致供電電壓波動，電壓波形發生畸變，嚴重降低了低壓配電網運行的穩定性。這使得供電部門需要采集低壓配電網的電壓參數進行分析并作出判決響應，最大限度地減小外界對配電網的污染。
[0004]但是，當前的電壓檢測設備多為接觸式測量，即要求將導線引出來接入設備進行電壓測量，這種測量方法存在以下問題:
1、安裝非常不方便，布設檢測點的成本較高；
2、被測導線與測試設備之間存在電氣接觸，如果操作失誤，可能會造成短路或觸電事故；
3、導線引出來需要破壞輸電線絕緣層，產生安全隱患。
【發明內容】
[0005]為了解決上述技術問題，本發明的目的是:提供一種安裝方便、有一定測量精度且可以支持無線遠程監控的三通道非接觸式低電壓測量裝置。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置，包括:
微小信號檢測器:用于檢測數量級為μΑ的微小電流信號，并對其進行放大及差分運算；電壓信號觀測器:用于將微小信號檢測器輸出的電壓信號進行數據處理，利用微小電流與待測電壓的數量關系運算求得待測導線中的電壓有效值；
數據存儲和輸出模塊:將電壓信號觀測器輸出的數據進行存儲，并通過有線或無線的方式進行數據輸出；
進一步地，所述微小信號檢測器包括:
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已知的云母片后與運放電路另兩個輸入端連接，所述第一金屬板和第二金屬板、第三金屬板并排置于一個鉗子上，使用時通過鉗子固定于待測導線上，為微小的泄漏電流提供通路；
運放電路:用于將流過所述傳感器的三個微小電流信號放大并轉換為電壓信號；
差分電路:將由運放電路放大的電壓信號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；
測量電路:用于將差分電路輸出的電壓之差進行測量并進行模數轉換。
[0007]進一步地，所述的運放電路采用LM324。
[0008]進一步地，所述差分電路由采樣電阻和減法電路組成，所述減法電路由運算放大器、電阻和電容組成。
[0009]進一步地，所述數據存儲和輸出模塊包括ZigBee無線通信模塊。
[0010]進一步地，所述數據存儲和輸出模塊包括USB輸出模塊。
[0011 ]進一步地，所述數據存儲和輸出模塊包括SD卡存儲模塊。
[0012]相比現有技術，本發明的有益效果是:
本發明提供的三通道非接觸式低電壓測量裝置的安裝方便，只需將鉗子夾住待測導線，使傳感器緊緊貼合于導線之上即可，就可以得到線路的電壓數據，因為無需再建立電氣連接，設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大量的檢測點，并可以記錄各個時間點的電壓值；同時由于安裝有ZigBee無線通信模塊，所以該裝置支持遠距離、寬范圍、多檢測點的無線遠程監控功能，具備高效性和直觀性等諸多優點，方便電力部門實時掌握低壓配電網的運行狀態，具有廣泛的社會效益。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置的系統原理圖；
圖2為本發明一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置的微小信號檢測器的構成。
[0014]圖3為本發明一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置的數據存儲與輸出模塊的構成。
[0015]圖4為傳感器結構示意圖。
[0016]圖5為運放電路，差分電路的電路示意圖。
[0017]圖中所不為:1-第一金屬板;2-待測導線;3-鉗子;4-第二金屬板;5-第三金屬板。
【具體實施方式】
[0018]下面通過具體實施例對本發明的目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發明的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0019]參照圖1和圖2所示，一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置，包括微小信號檢測器、電壓信號觀測器、數據存儲和輸出模塊，所述微小信號檢測器的輸出端與電壓信號觀測器的輸入端連接，所述微小信號檢測器的電路在一個PCB板上實現，所述電壓信號觀測器與數據存儲和輸出模塊集成在一個FPGA板上。
[0020]所述微小信號檢測器包括:
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已知的云母片后與運放電路另兩個輸入端連接，所述第一金屬板I和第二金屬板
4、第三金屬板5并排置于一個鉗子3上，使用時通過鉗子3固定于待測導線2上，為微小的泄漏電流提供通路； 運放電路:用于將流過傳感器的三個微小電流信號放大并轉換為電壓信號，由運放LM324實現；
差分電路:將由運放電路放大的電壓信號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；
測量電路:用于將差分電路輸出的電壓之差進行測量并進行模數轉換。
[0021]其中，圖中Co為導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。
[0022]如圖5所示，所述運放電路、差分電路由采樣電阻和減法電路組成，所述減法電路由運算放大器、電阻組成。
[0023]參照圖3，所述數據存儲和輸出模塊接有ZigBee無線通信模塊，USB輸出模塊，SD卡存儲模塊。
[0024]在本發明的一個實施例中，一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置由微小信號檢測器、電壓信號觀測器、數據存儲和輸出模塊構成。
[0025]其中，微小信號檢測器測量出由待測導線與傳感器之間電壓差引起的微信電流信號，進行放大及差分運算，實現模數轉換。并把轉換后的數字信號發送到電壓信號觀測器。電壓信號觀測器將接收到的數字信號進行數據處理，根據微小電流信號與待測電壓的數量關系運算求得待測導線中的電壓有效值，并將數據發送到數據存儲和輸出模塊。數據存儲和輸出模塊將電壓信號觀測器輸出的數據存儲于SD卡。
[0026]在本發明的另一個實施例中，一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置由微小信號檢測器、電壓信號觀測器、數據存儲和輸出模塊構成。
[0027]其中，微小信號檢測器測量出由待測導線與傳感器之間電壓差引起的微信電流信號，進行放大及差分運算，實現模數轉換。并把轉換后的數字信號發送到電壓信號觀測器。電壓信號觀測器將接收到的數字信號進行數據處理，根據微小電流信號與待測電壓的數量關系運算求得待測導線中的電壓有效值，并將數據發送到數據存儲和輸出模塊。數據存儲和輸出模塊將電壓信號觀測器輸出的數據通過USB有線方式傳輸出去。
[0028]在本發明的另一個實施例中，一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置由微小信號檢測器、電壓信號觀測器、數據存儲和輸出模塊構成。
[0029]其中，微小信號檢測器測量出由待測導線與傳感器之間電壓差引起的微信電流信號，進行放大及差分運算，實現模數轉換。并把轉換后的數字信號發送到電壓信號觀測器。電壓信號觀測器將接收到的數字信號進行數據處理，根據微小電流信號與待測電壓的數量關系運算求得待測導線中的電壓有效值，并將數據發送到數據存儲和輸出模塊。數據存儲和輸出模塊將電壓信號觀測器輸出的數據通過Zigbee無線方式傳輸出去。
[0030]其中，微小信號檢測器的工作原理如下:
包含3個金屬板的傳感器通過鉗子固定于待測導線上，由于傳感器與待測導線間存在電壓差，金屬板上將流過數量級為從的微小電流;運放電路將3個金屬板上流過的微小電流信號放大并轉換為電壓信號;再通過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;最后由測量電路對差分電路輸出的電壓之差進行測量。
[0031]本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種三通道非接觸式100V以下電壓測量裝置，其特征在于，包括: 微小信號檢測器:用于檢測數量級為μΑ的微小電流信號，并對其進行放大及差分運算； 電壓信號觀測器:用于將微小信號檢測器輸出的電壓信號進行數據處理，利用微小電流與待測電壓的數量關系運算求得待測導線中的電壓有效值； 數據存儲和輸出模塊:將電壓信號觀測器輸出的數據進行存儲，并通過有線或無線的方式進行數據輸出。2.根據權利要求1所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置，其特征在于，所述微小信號檢測器包括: 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已知的云母片后與運放電路另兩個輸入端連接，所述第一金屬板和第二金屬板、第三金屬板并排置于一個鉗子上，使用時通過鉗子固定于待測導線上，為微小的泄漏電流提供通路； 運放電路:用于將流過所述傳感器的三個微小電流信號放大并轉換為電壓信號； 差分電路:將由運放電路放大的電壓信號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； 測量電路:用于將差分電路輸出的電壓之差進行測量并進行模數轉換。3.根據權利要求2所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置，其特征在于:所述的運放電路采用LM324。4.根據權利要求2所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置，其特征在于:所述差分電路由采樣電阻和減法電路組成，所述減法電路由運算放大器、電阻和電容組成。5.根據權利要求1所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置，其特征在于:所述數據存儲和輸出模塊包括ZigBee無線通信模塊。6.根據權利要求1所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置，其特征在于:所述數據存儲和輸出模塊包括USB輸出模塊。7.根據權利要求1所述的一種三通道非接觸式1000V以下電壓測量裝置，其特征在于:所述數據存儲和輸出模塊包括SD卡存儲模塊。
【文檔編號】G01R19/25GK105974188SQ201610442430
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】劉希喆, 郭嘉華, 陳臻
【申請人】華南理工大學