一種無導線連接電流傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種無導線連接電流傳感器，在供電和變電設備的電流測量和控 巧||、高壓和超高壓交流輸送方面具有特殊用途，也可廣泛用于工業產品和設備的電流測量、 控制、校準W及過流保護和監控，包括鐵路機動車輛瞬時電流檢測W及金屬冶煉和化工等 行業大電流的測量、控制與保護。
【背景技術】
[0002] 電流傳感和測量是工程技術W及科學研究中廣泛涉及的一個研究課題，如供電和 變電設備的電流測量和控制，工業產品和設備的電流測量、控制、校準W及過流保護和監 控。目前傳統的電流傳感器有電阻法、基于霍爾效應的電流傳感器和基于法拉第效應的光 纖電流傳感器。電阻法使用簡單，是將一電阻串聯在電路內，根據歐姆定律（Ohm's law), 串聯電阻兩斷的電動勢之差正比于通過的電流。采用電阻法需要通電導體與電阻串聯，在 大電流的情況下由于電阻發熱而產生大的功耗。基于霍爾效應的電流傳感器的結構簡單、 但溫度特性不佳，受溫度漂移的影響大、大電流導致鐵芯磁飽和。基于霍爾效應的電流傳 感器為有源傳感器，工作時需要供電。本技術發明人已獲授權的一種基于通電導體受壓形 變的壓電式電流傳感器(專利號；2001120038603. 2)，采用壓電器件測量導體形變和通電 導體電流，具有結構簡單、高絕緣隔離、受電磁干擾小、溫度特性好的特點，為一種無源電流 傳感器。本技術發明人已獲授權的另外一種電流傳感器(專利號；2001320706404. 3)是基 于電流在導體內部產生垂直于電流方向的磁場。導體內運動的栽流子受到由于磁場而引 起的洛倫茲（Lorentz)力的作用，在導體內栽流的電子向導體表面移動，因而形成徑向電 場。在垂直電流方向的平面內，通電導體中也沿徑向至導體表面間電動勢之差正比于通過 導體電流的平方。該種新型電流傳感器的測量范圍廣、響應時間短，可W檢測傳統電流傳 感器所不能檢測的大的直流和交變電流。但該兩種電流傳感器的信號放大與傳輸均需外 部供電。對于高壓和超高壓交變輸電系統，外部為傳感器供電成為高壓絕緣的一個技術瓶 頸。基于法拉第效應的光纖電流傳感器能夠克服高壓絕緣的技術問題，而且受電磁干擾小。 但光纖電流傳感器受溫度漂移的影響大，精度較低，且結構復雜，成本較高，目前市場還少 見成熟的光纖電流傳感器。本技術發明人近期已獲授權的一種交變電流傳感器(專利號： 201420520717. 4)能夠在位獲取電能，信號通過光纖傳輸，實現信號傳輸的高絕緣隔離，具 有結構簡單、無磁飽和的特點，能夠在大的范圍內測量交變和瞬變電流。但是該一電流傳感 器需要一變壓器供電，只適用于對交變電流的測量。
[0003] 本實用新型提供一種無導線連接電流傳感器。本實用新型是基于通電導體產生垂 直于電流方向的磁場。導體內運動的電子受到由于磁場而引起的洛倫茲力的作用，在導體 內電子向導體表面移動，因而形成徑向電場。在垂直電流方向的平面內，通電導體中也沿徑 向至導體表面間電動勢之差正比于通過導體電流的平方。采用電極測量通電導體中徑向電 動勢差。兩個電極之間的電壓信號經由數據處理系統放大并轉換成數字信號。電脈沖數字 信號經由光纖傳輸模塊系統轉換成光脈沖數字信號并由光纖引出，或者經由無線傳輸模塊 福射發送。電源采用光纖電源。光纖電源由光纖和光電轉換器組成。光能經由光纖傳輸至 光電轉換器并由光電轉換器轉換成電能，為數據處理系統和數據傳輸系統供電。由于無導 線與被測通電導體連接，因此本實用新型為一無導線連接電流傳感器。本實用新型可實現 信號傳輸的高絕緣隔離，具有結構簡單、無磁飽和的特點，能夠在大的范圍內測量交變和直 流電流。
【發明內容】
[0004] 本實用新型提供一種無導線連接電流傳感器，通過光纖傳輸光能，光能通過光電 轉換為數據處理系統和數據傳輸系統供電。電脈沖數字信號經由光纖傳輸模塊系統轉換成 光脈沖數字信號并由光纖引出，或者經由無線傳輸模塊福射發送。本實用新型是基于通電 導體產生垂直于電流方向的磁場。導體內運動的電子受到由于磁場而引起的洛倫茲力的作 用，在導體內電子向導體表面移動，因而形成徑向電場。在垂直電流方向的平面內，通電導 體中也沿徑向至導體表面間電動勢之差正比于通過導體電流的平方。采用電極測量通電導 體中徑向電動勢差。兩個電極之間的電壓信號經由數據處理系統放大并轉換成數字信號。 電脈沖數字信號經由光纖傳輸模塊系統轉換成光脈沖數字信號并由光纖引出，或者經由無 線傳輸模塊福射發送。
[0005] 本實用新型提供一種無導線連接電流傳感器，由于無導線與被測通電導體連接， 本實用新型可實現信號傳輸的高絕緣隔離，具有結構簡單、無磁飽和的特點。本實用新型通 過測量固定在通電導體不同部位的兩電極間的電動勢之差來確定通過導體的電流，能夠在 大的范圍內測量交變和直流電流。該種新型電流傳感器的測量范圍廣、響應時間短，能為高 壓和超高壓輸電系統的電流測量和控制提供一種可靠技術手段。
[0006] 本實用新型的目的是通過如下途徑實現的：
[0007] -種無導線連接電流傳感器，其特征在于：電流傳感器由通電導體1、電極2、數據 處理系統3、數據傳輸系統4和光纖電源5組成；兩個電極2與通電導體1的接觸點分布并 固定在離導體1的軸線不同距離的徑向位置上；兩個電極2之間的電壓信號經由數據處理 系統3放大并轉換成數字信號；電脈沖數字信號經由數據傳輸系統4實現對外數據傳輸； 電源5對數據處理系統3和數據傳輸系統4供電。
[0008] 更進一步的，光纖電源由光纖和光電轉換器組成。光能經由光纖傳輸至光電轉換 器并由光電轉換器轉換成電能。
[0009] 更進一步的，數據傳輸系統4為光纖傳輸模塊系統，或者為無線傳輸模塊。在數據 傳輸系統4為光纖傳輸模塊系統的情況下，光纖傳輸模塊系統由光纖和傳輸模塊構成，
[0010] 電脈沖數字信號經由傳輸模塊轉換成光脈沖數字信號并由光纖引出。在數據傳輸 系統4為無線傳輸模塊的情況下，電脈沖數字信號經由無線傳輸模塊福射發送。
[0011] 更進一步的，通電導體1為圓柱狀，或者為筒狀，或者為帶狀。在通電導體1為圓 柱狀的情況下，兩個電極2與通電導體1的接觸點分布在離導體1的軸線不同距離的徑向 位置上。在通電導體1為筒狀的情況下，兩個電極2與通電導體1的接觸點分布于筒狀通 電導體1的內外兩側。在通電導體1為帶狀的情況下，兩個電極2與通電導體1的接觸點 分布在寬的帶面和窄的側面上。
[0012] 本實用新型的原理如下：
[0013] 本實用新型的原理是基于電流在導體內部產生垂直于電流方向的磁場。導體內運 動的電子受到由于磁場而引起的洛倫茲力的作用，使電子向導體表面移動，因而形成徑向 電場。在垂直電流方向的平面內，通電導體從軸線沿徑向至導體表面間電動勢之差正比于 通過導體電流的平方。設電流/通過一長導體，導體截面積為5；且截面的法向與電流方向 平行，如圖1所示。徑向平均電動勢差為：
[0014]
【主權項】
1. 一種無導線連接電流傳感器，其特征在于：電流傳感器由通電導體（1)、電極（2)、數 據處理系統（3)、數據傳輸系統（4)和光纖電源（5)組成；兩個電極（2)與通電導體（1)的接 觸點分布并固定在離導體（1)的軸線不同距離的徑向位置上；兩個電極（2)之間的電壓信 號經由數據處理系統（3)放大并轉換成數字信號；電脈沖數字信號經由數據傳輸系統（4) 對外傳輸數據；光纖電源（5)對數據處理系統（3)和數據傳輸系統（4)供電。
2. 如權利要求1所述的無導線連接電流傳感器，其特征在于：光纖電源（5)由光纖和光 電轉換器組成；光能經由光纖傳輸至光電轉換器并由光電轉換器轉換成電能。
3. 如權利要求1所述的無導線連接電流傳感器，其特征在于：數據傳輸系統（4)為光纖 傳輸模塊系統；光纖傳輸模塊系統由光纖和傳輸模塊構成；電脈沖數字信號經由傳輸模塊 轉換成光脈沖數字信號并由光纖引出。
4. 如權利要求1所述的無導線連接電流傳感器，其特征在于：數據傳輸系統（4)為無線 傳輸模塊；電脈沖數字信號經由無線傳輸模塊輻射發送。
5. 如權利要求1所述的無導線連接電流傳感器，其特征在于：通電導體（1)為圓柱狀， 兩個電極（2)與通電導體（1)的接觸點分布在距離圓柱狀導體（1)的軸線不同距離的徑向 位置上。
6. 如權利要求1所述的無導線連接電流傳感器，其特征在于：通電導體（1)為筒狀，兩 個電極⑵與通電導體⑴的接觸點分布于筒狀通電導體⑴的內外兩側。
7. 如權利要求1所述的無導線連接電流傳感器，其特征在于：通電導體（1)為帶狀，兩 個電極（2)與通電導體（1)的接觸點分布在帶狀通電導體（1)寬的帶面和窄的側面上。
【專利摘要】一種無導線連接電流傳感器，其特征在于：電流傳感器由通電導體(1)、電極(2)、數據處理系統(3)、光纖或無線數據傳輸系統(4)和光纖電源(5)組成；兩個電極(2)與通電導體(1)的接觸點分布并固定在離導體(1)的軸線不同距離的徑向位置上；兩個電極(2)之間的電壓信號經由數據處理系統(3)放大并轉換成數字信號；電脈沖數字信號經由光纖或無線數據傳輸系統(4)對外傳輸數據；光纖電源(5)對數據處理系統(3)和光纖或無線數據傳輸系統(4)供電。新型電流傳感器無導線與被測通電導體連接，可實現信號傳輸的高絕緣隔離，具有結構簡單、無磁飽和的特點，能夠在大的范圍內測量交變和直流電流。
【IPC分類】G08C23-06, G01R19-25, G08C17-02
【公開號】CN204330876
【申請號】CN201520018430
【發明人】譚成忠
【申請人】譚成忠
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月12日