CN103487643A - 一种智能非接触式电压传感器及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能非接触电压传感器，它包括壳体、放大校准单元和感测单元，所述壳体内安装有放大校准单元，壳体两相对侧壁分别设有同轴通孔，所述感测单元两端装置在两相对侧壁的同轴通孔上，感测单元与放大校准单元连接；本发明的非接触式电压传感器通过采用封闭管式感应管和屏蔽管能够充分屏蔽外电场对感应管的干扰，通过本地数字化避免了信号传输途中产生的衰减和干扰，通过自校准功能避免了由于被测对象、安装环境等的不同造成的影响，使得传感器的实测值更准确的反映被测对象的真实值，因而使传感器能够应用在电磁环境更恶劣，电压更微弱的场合。

Description

一种智能非接触式电压传感器及其校准方法

技术领域

本发明涉及传感器，特别是涉及一种智能非接触式电压传感器及其校准方法。

背景技术

现有的利用电场感应原理制成的非接触式电压传感器，其电场感应板采用板式结构，只能感应导线产生电场的一部分，且为了感应被测导线的电压产生的电场，屏蔽罩还要留有开口，不能完全屏蔽其他非被测电场的干扰，而且没有放大和隔离电路，没有校准电路，只能应用于对高压交流电压的检测，无法准确检测中低压和直流电压，无法克服由于感应板与被测对象之间寄生电容随感应板与被测对象距离、充填介质的变化引起的实测值与理论值之间比例关系的变化造成的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能非接触式电压传感器，用以解决上述现有技术的缺陷。

为了达到上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种智能非接触式电压传感器，它包括壳体、放大校准单元和感测单元，所述壳体内安装有放大校准单元，壳体两相对侧壁分别设有同轴通孔，所述感测单元两端装置在两相对侧壁的同轴通孔上，感测单元与放大校准单元连接；

所述放大校准单元包括电荷放大器、电容、电子开关和校准模块，所述电荷放大器的负输入端与输出端之间分别连接有电容和电子开关，所述校准模块分别与电荷放大器输出端和电子开关连接；

所述感测单元包括感应管、绝缘管和屏蔽管，所述感应管穿装在绝缘管内，所述绝缘管穿装在屏蔽管内，所述感应管与电荷放大器负输入端连接，所述屏蔽管与电荷放大器的正输入端连接。

进一步的，所述校准模块包括信号调整电路、A/D转换器、计算控制电路、通信适配器和D/A转换器，所述信号调整电路与A/D转换器连接，所述A/D转换器与计算控制器连接，所述计算控制器分别连接通信适配器和D/A转换器。

进一步的，所述通信适配器为有线通信或无线通信。

进一步的，所述壳体上分别设有参考电压正极接线柱、参考电压负极接线柱、接地接线柱和模拟输出接线柱，所述参考电压正极接线柱与电荷放大器的+Vs端连接，所述参考电压负极接线柱与电荷放大器的-Vs端连接，所述接地接线柱与电荷放大器的+IN输入端连接，所述模拟输出接线柱与电荷放大器的Vout输出端连接。

进一步的，所述壳体上设有数据通信接口，所述数据通信接口与通信适配器连接。

用于权利要求1-6的智能非接触式电压传感器的校准方法，其具体包括如下步骤：

步骤一、进行电压检测之前断开电源（给被测点加零电压），放大校准单元控制电子开关闭合，使电容放电并记录此时电荷放大器的输出电压Vo；

步骤二、给被测点加上已知电压Vr，然后记录此时电荷放大器的输出电压Vro;

步骤三、求出校正系数K=(Vro-Vo)/Vr或其倒数L=Vr/(Vro-Vo)；

步骤四、用校正系数K或L 对传感器检测结果进行校正和标定：被测电压Vt=(放大器实际输出值Vc-Vo)/K或被测电压Vt=(放大器实际输出值Vc-Vo)*L。

采用上述技术方案，本发明的技术效果有：本发明的智能非接触式电压传感器，通过采用封闭管式感应管和屏蔽管能够充分屏蔽外电场对感应管的干扰，通过本地数字化避免了信号传输途中产生的衰减和干扰，通过自校准功能避免了由于被测对象、安装环境不同等因素造成的影响，使得传感器的实测值更准确的反映被测对象的真实值，因而使传感器能够应用在电磁环境更恶劣，电压更微弱的场合。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明壳体的结构示意图；

图3是本发明校准模块的结构示意图；

图4是本发电荷放大器的结构示意图；

其中：1、壳体，2、放大校准单元，3、感测单元，11、通孔，12、参考电压正极接线柱，13、参考电压负极接线柱，14、接地接线柱，15、模拟输出接线柱，16、数据通信接口，21、电荷放大器，22、电容，23、电子开关，24、校准模块，31、感应管，32、绝缘管，33、屏蔽管，241、信号调整电路，242、A/D转换器，243、计算控制器，244、通信适配器、245、D/A转换器。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。                

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的结构示意图，它包括壳体1、放大校准单元2和感测单元3，壳体1内安装有放大校准单元2，壳体1两相对侧壁分别设有同轴通孔11，感测单元3两端装置在两相对侧壁的同轴通孔11上，感测单元3与放大校准单元2连接，壳体1的尺寸为长45mm、宽35mm、高33mm的长方体；

放大校准单元2包括电荷放大器21、电容22、电子开关23和校准模块24，电荷放大器21负输入端与输出端之间分别连接有电容22和电子开关23，校准模块24分别与电荷放大器21输出端和电子开关23连接，电荷放大器21为ANALOG DEVICES公司的AD8083高输入阻抗运算放大器，电子开关为23为TE公司生产的IMC型继电器。

感测单元3包括感应管31、绝缘管32和屏蔽管33，感应管31穿装在绝缘管内32，绝缘管32穿装在屏蔽管33内，屏蔽管33用于采集被测电压信号时屏蔽其它电场信号，感应管31通过导线与电荷放大器21负输入端连接，屏蔽管33通过导线与电荷放大器21的正输入端连接。

校准模块24包括信号调整电路241、A/D转换器242、计算控制器243、通信适配器244和D/A转换器245，信号调整电路241与A/D转换器242连接，A/D转换器242与计算控制器243连接，计算控制器243分别连接通信适配器244和D/A转换器245；D/A转换器245与模拟输出接线柱15连接；信号调整电路241可以适配-12V到+12V的信号输入，A/D转换器242为16位、采样率可达250k/秒的模数转换器件，计算控制器243为频率达到500MHz的单片机，通信适配器244内设有以太网接口和WiFi通信模块，可以通过以太网或WiFi无线通信输出测量数据，从而实现有线通信或无线通信，D/A转换器245为16位数模转换器件，输出模拟信号电压范围为-12V到+12V。

电容22为15pF的钽电容。

壳体1上分别设有参考电压正极接线柱12、参考电压负极接线柱13、接地接线柱14和模拟输出接线柱15，参考电压正极接线柱12通过导线与电荷放大器21的+Vs端连接，参考电压负极接线柱13通过导线与电荷放大器21的-Vs端连接，接地接线柱14通过导线与电荷放大器21的+IN输入端连接，模拟输出接线柱15通过导线与电荷放大器21的Vout输出端连接，参考电压选为15V。

壳体1上设有数据通信接口16作为有线数据通信接口，数据通信接口16与通信适配器244连接。

本发明的传感器，提供了两种信号输出方式，一种是是通过数据通信接口16或WiFi输出给电压检测设备；另一种是通过模拟输出端输出给电压检测设备。

本发明的电压传感器的校准方法包括如下步骤：

步骤一、进行电压检测之前断开电源，放大校准单元（2）控制电子开关（23）闭合，使电容（22）放电并记录此时电荷放大器（21）的输出电压Vo；

步骤二、给被测点加上已知电压Vr，然后记录此时电荷放大器（21）的输出电压Vro;

步骤三、求出校正系数K=(Vro-Vo)/Vr或其倒数L=Vr/(Vro-Vo)；

步骤四、用校正系数K或L 对传感器检测结果进行校正和标定：被测电压Vt=(放大器实际输出值Vc-Vo)/K或被测电压Vt=(放大器实际输出值Vc-Vo)*L。    

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种智能非接触式电压传感器，其特征在于：它包括壳体（1）、放大校准单元（2）和感测单元（3），所述壳体（1）内安装有放大校准单元（2），壳体（1）两相对侧壁分别设有同轴通孔（11），所述感测单元（3）两端装置在两相对侧壁的同轴通孔（11）上，感测单元（3）与放大校准单元（2）连接；

所述放大校准单元（2）包括电荷放大器（21）、电容（22）、电子开关（23）和校准模块（24），所述电荷放大器（21）负输入端与输出端之间分别连接有电容（22）和电子开关（23），所述校准模块（24）分别与电荷放大器（21）输出端和电子开关（23）连接；

所述感测单元（3）包括感应管（31）、绝缘管（32）和屏蔽管（33），所述感应管（31）穿装在绝缘管内（32），所述绝缘管（32）穿装在屏蔽管（33）内，所述感应管（31）与电荷放大器（21）负输入端连接，所述屏蔽管（33）与电荷放大器（21）的正输入端连接。

2.根据权利要求1所述的智能非接触式电压传感器，其特征在于：所述校准模块（24）包括信号调整电路（241）、A/D转换器（242）、计算控制器（243）、通信适配器（244）和D/A转换器（245），所述信号调整电路（241）与A/D转换器（242）连接，所述A/D转换器（242）与计算控制器（243）连接，所述计算控制器（243）分别连接通信适配器（244）和D/A转换器（245）。

3.根据权利要求2所述的智能非接触式电压传感器，其特征在于：所述通信适配器（244）为有线通信或无线通信。

4.根据权利要求1所述的智能非接触式电压传感器，其特征在于：所述壳体（1）上分别设有参考电压正极接线柱（12）、参考电压负极接线柱（13）、接地接线柱（14）和模拟输出接线柱（15），所述参考电压正极接线柱（12）与电荷放大器（21）的+Vs端连接，所述参考电压负极接线柱（13）与电荷放大器（21）的-Vs端连接，所述接地接线柱（14）与电荷放大器（21）的+IN输入端连接，所述模拟输出接线柱（15）与电荷放大器（21）的Vout输出端连接。

5.根据权利要求1或4所述的智能非接触式电压传感器，其特征在于：所述壳体（1）上设有数据通信接口（16），所述数据通信接口（16）与通信适配器（244）连接。

6.一种用于权利要求1-5的智能非接触式电压传感器的校准方法，其特征在于：其具体包括如下步骤：

步骤一、进行电压检测之前断开电源，放大校准单元（2）控制电子开关（23）闭合，使电容（22）放电并记录此时电荷放大器（21）的输出电压Vo；

步骤二、给被测点加上已知电压Vr，然后记录此时电荷放大器（21）的输出电压Vro;

步骤三、求出校正系数K=(Vro-Vo)/Vr或其倒数L=Vr/(Vro-Vo)；

步骤四、用校正系数K或L 对传感器检测结果进行校正和标定：被测电压Vt=(放大器实际输出值Vc-Vo)/K或被测电压Vt=(放大器实际输出值Vc-Vo)*L。

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