CN105929218A - 一种双通道非接触式1000v以下电压测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置，电路包括传感器、运放电路、差分电路、测量电路、电压信号观测器、数据存储于输出模块，所述传感器的输出端依次通过电流回路、差分电路、测量电路进而与电压信号观测器的输入端连接，电压信号观测器的输出端数据存储于输出模块的输入端连接。本发明避免了由于需要建立电气连接所花费的人力物力，采用非接触式的电压检测技术，极大的简化了电压采集装置的安装过程。同时结合ZigBee无线通信模块，使得该装置支持远距离、宽范围、多检测点的无线远程监控功能，具备高效性和直观性等诸多优点，方便电力部门实时掌握低压配电网的运行状态，具有广泛的社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子测量仪器领域，尤其涉及一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置。
背景技术
电能作为当前广泛使用的清洁能源,在城市家居生活和工业生产中都起着举足轻重的作用。随着我国进入新型工业化时代，用电需求在不断加大，低压配电网的规模也随之逐年扩大，供电的稳定性就显得尤为重要。
然而大量非线性功率设备的不正规接入和电弧炉等冲击性负载的使用，直接导致供电电压波动,电压波形发生畸变,严重降低了低压配电网运行的稳定性。这使得供电部门需要采集低压配电网的电压参数进行分析并作出判决响应，最大限度地减小外界对配电网的污染。
但是，当前的电压检测设备多为接触式测量，即要求将导线引出来接入设备进行电压测量，这种测量方法存在以下问题：
1、安装非常不方便，布设检测点的成本较高；
2、被测导线与测试设备之间存在电气接触，如果操作失误，可能会造成短路或触电事故；
3、导线引出来需要破坏输电线绝缘层，产生安全隐患。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种安装方便、有一定测量精度且可以支持无线远程监控的双通道非接触式低电压测量装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置，包括：
微小信号检测器：用于检测数量级为μA的微小电流信号，并对其进行放大及差分运算；
电压信号观测器：用于将微小信号检测器输出的电压信号进行数据处理，利用微小电流与待测电压的数量关系运算求得待测导线中的电压有效值；
数据存储和输出模块：将电压信号观测器输出的数据进行存储，并通过有线或无线的方式进行数据输出。
进一步地，所述微小信号检测器包括：
传感器：包括第一金属板和第二金属板，所述第一金属板直接连接运放电路输入端，第二金属板粘贴厚度一定且介电常数已知的云母片后与运放电路另一输入端连接，所述第一金属板和第二金属板并排置于一个钳子上，使用时通过钳子固定于待测导线上，为微小的泄漏电流提供通路；
运放电路：用于将流过所述传感器的两个微小电流信号放大并转换为电压信号；
差分电路：用于抵消共同受到的外界干扰，将运放电路得到的2个电压信号进行相减；
测量电路：用于将差分电路输出的电压之差进行测量并进行模数转换。
进一步地，所述的运放电路采用LM324。
进一步地，所述差分电路由采样电阻和减法电路组成，所述减法电路由运算放大器、电阻和电容组成。
进一步地，所述数据存储和输出模块包括ZigBee无线通信模块。
进一步地，所述数据存储和输出模块包括USB输出模块。
进一步地，所述数据存储和输出模块包括SD卡存储模块。
相比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明提供的双通道非接触式低电压测量装置的安装方便，只需将钳子夹住待测导线，使传感器紧紧贴合于导线之上即可，就可以得到线路的电压数据，因为无需再建立电气连接，设备的安装和使用变得非常方便，可以以较低的人力成本布设大量的检测点，并可以记录各个时间点的电压值；同时由于安装有ZigBee无线通信模块，所以该装置支持远距离、宽范围、多检测点的无线远程监控功能，具备高效性和直观性等诸多优点，方便电力部门实时掌握低压配电网的运行状态，具有广泛的社会效益。
附图说明
图1为本发明一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置的系统原理图；
图2为本发明一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置的微小信号检测器的构成。
图3为本发明一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置的数据存储与输出模块的构成。
图4为传感器结构示意图。
图5为运放电路，差分电路的电路示意图。
图中所示为：1-第一金属板；2-待测导线；3-钳子；4-第二金属板。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
参照图1和图2所示，一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置，包括微小信号检测器、电压信号观测器、数据存储和输出模块，所述微小信号检测器的输出端与电压信号观测器的输入端连接，所述微小信号检测器的电路在一个PCB板上实现，所述电压信号观测器与数据存储和输出模块集成在一个FPGA板上。
所述微小信号检测器包括：
传感器：如图4所示，传感器包括第一金属板1和第二金属板4，所述第一金属板直接连接运放电路输入端，第二金属板4粘贴厚度一定且介电常数已知的云母片后与运放电路另一输入端连接，所述第一金属板1和第二金属板4并排置于一个钳子3上，使用时通过钳子3固定于待测导线2上，为微小的泄漏电流提供通路；
运放电路：用于将流过传感器的2个微小电流信号放大并转换为电压信号，由运放LM324实现；
差分电路：为抵消共同受到的外界干扰，将运放电路得到的2个电压信号进行相减；
测量电路：用于将差分电路输出的电压之差进行测量并进行模数转换。
其中，图中C0为导线与传感器间固有等效电容，C1传感器上的已知电容，也即云母片。
如图5所示，所述运放电路、差分电路由采样电阻和减法电路组成，所述减法电路由运算放大器、电阻组成。
参照图3，所述数据存储和输出模块包括ZigBee无线通信模块，USB输出模块，SD卡存储模块。
在本发明的一个实施例中，一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置由微小信号检测器、电压信号观测器、数据存储和输出模块构成。
其中，微小信号检测器测量出由待测导线与传感器之间电压差引起的微信电流信号，进行放大及差分运算，实现模数转换；并把转换后的数字信号发送到电压信号观测器。电压信号观测器将接收到的数字信号进行数据处理，根据微小电流信号与待测电压的数量关系运算求得待测导线中的电压有效值，并将数据发送到数据存储和输出模块，所述数据存储和输出模块将电压信号观测器输出的数据存储于SD卡。
在本发明的另一实施例中，一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置由微小信号检测器、电压信号观测器、数据存储和输出模块构成。
其中，微小信号检测器测量出由待测导线与传感器之间电压差引起的微信电流信号，进行放大及差分运算，实现模数转换。并把转换后的数字信号发送到电压信号观测器。电压信号观测器将接收到的数字信号进行数据处理，根据微小电流信号与待测电压的数量关系运算求得待测导线中的电压有效值，并将数据发送到数据存储和输出模块。数据存储和输出模块将电压信号观测器输出的数据通过USB有线方式传输出去。
在本发明的另一实施例中，一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置由微小信号检测器、电压信号观测器、数据存储和输出模块构成。
其中，微小信号检测器测量出由待测导线与传感器之间电压差引起的微信电流信号，进行放大及差分运算，实现模数转换。并把转换后的数字信号发送到电压信号观测器。电压信号观测器将接收到的数字信号进行数据处理，根据微小电流信号与待测电压的数量关系运算求得待测导线中的电压有效值，并将数据发送到数据存储和输出模块。数据存储和输出模块将电压信号观测器输出的数据通过Zigbee无线方式传输出去。
其中，微小信号检测器的工作原理如下：
包含2个金属板的传感器通过钳子3固定于待测导线2上，由于传感器与待测导线间存在电压差，金属板上将流过数量级为μA的微小电流；运放电路将2个金属板上流过电流信号放大并转换为电压信号；再通过差分电路将2个电压信号相减以抵消共同受到的外界干扰；最后由测量电路对差分电路输出的电压之差进行测量。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置，其特征在于，包括：
微小信号检测器：用于检测数量级为μA的微小电流信号，并对其进行放大及差分运算；
电压信号观测器：用于将微小信号检测器输出的电压信号进行数据处理，利用微小电流与待测电压的数量关系运算求得待测导线中的电压有效值；
数据存储和输出模块：将电压信号观测器输出的数据进行存储，并通过有线或无线的方式进行数据输出。
2.根据权利要求1所述的一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置，其特征在于，所述微小信号检测器包括：
传感器：包括第一金属板和第二金属板，所述第一金属板直接连接运放电路输入端，第二金属板粘贴厚度一定且介电常数已知的云母片后与运放电路另一输入端连接，所述第一金属板和第二金属板并排置于一个钳子上，使用时通过钳子固定于待测导线上，为微小的泄漏电流提供通路；
运放电路：用于将流过所述传感器的两个微小电流信号放大并转换为电压信号；
差分电路：用于抵消共同受到的外界干扰，将运放电路得到的2个电压信号进行相减；
测量电路：用于将差分电路输出的电压之差进行测量并进行模数转换。
3.根据权利要求2所述的一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置，其特征在于：所述的运放电路采用LM324。
4.根据权利要求2所述的一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置，其特征在于：所述差分电路由采样电阻和减法电路组成，所述减法电路由运算放大器、电阻和电容组成。
5.根据权利要求1所述的一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置，其特征在于：所述数据存储和输出模块包括ZigBee无线通信模块。
6.根据权利要求1所述的一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置，其特征在于：所述数据存储和输出模块包括USB输出模块。
7.根据权利要求1所述的一种双通道非接触式1000V以下电压测量装置，其特征在于：所述数据存储和输出模块包括SD卡存储模块。
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