CN107656119B - 一种无源无线的电流传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无源无线的电流传感器装置，利用谐振取电技术，提高取电效率，并通过整流倍压电路给电容充电，在取得足够的电量之后，唤醒处于待机状态的单片机，单片机将另一个互感器电路获得的电压转换成电缆电流值，并利用无线传输模块将数据发送出去。本发明无需外部电源供电，很好地解决了电缆电流监测问题，无高压电击危险，有效降低供电和维护成本。

Description

一种无源无线的电流传感器装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种无源无线的电流传感器装置。
背景技术
对输电线缆开展在线实时监测，不仅对电力系统安全稳定具有重要意义，也是发展智能电网的必要条件，人工检测方式不仅费时费力，而且缺乏实时性，并可能带来潜在危险。目前虽有分布在电缆上的自动检测设备，但是为大量自动检测设备供能的电源不易获取，设备可靠性无法保证。
发明内容
针对现有技术所存在的技术问题，本发明提供了一种无源无线电流传感器装置，该装置利用谐振取电电路，从交流输电线缆周围的交变磁场产生感应电能并为单片机供电，单片机通过检测获取电压电路输出的电压大小，转换得到电缆内的电流值并无线发送出去。保证安全的同时还实现了实时电流数据的采集和无线传输。具体技术方案如下：
一种无源无线的电流传感器装置，其特征在于，该装置包括谐振取电模块、获取电压模块、单片机待机唤醒模块、无线模块、电源模块和单片机，谐振取电模块的输出接单片机待机唤醒模块和电源模块，单片机待机唤醒模块、无线模块和获取电压模块均与单片机相连，电源模块连接单片机和获取电压模块，用于给两者供电；
所述的谐振取电模块包括第一电流互感器L1、谐振电容C1、储能电容C3以及由多个二极管和电容构成的倍压整流电路，第一电流互感器L1、谐振电容C1和倍压整流电路并联，储能电容C3连接在倍压整流电路的输出端；
所述的单片机待机唤醒模块包括带使能端的稳压芯片和第一电阻R1、第二电阻R2，两个电阻R1、R2串联，带使能端的稳压芯片的使能端EN接在两个电阻R1、R2之间，串联的电阻R1、R2和带使能端的稳压芯片的输入端Vin与储能电容C3的输出端连接，带使能端的稳压芯片的输出端Vout接单片机；
所述的单片机包括电源输入引脚、待机唤醒引脚、SPI接口和其他IO口，所述的带使能端的稳压芯片的输出端接所述的待机唤醒引脚；
所述的获取电压模块包括第二电流互感器L2、第三电阻R3、电压放大器，第二电流互感器L2和第三电阻R3并联，所述的电压放大器包括输入端、供电端和输出端，电压放大器的输入端接电阻R3两端，电压放大器的输出端接单片机；
所述的无线模块连接所述的SPI接口和其他所需的IO口；
所述的电源模块包括稳压芯片，所述的稳压芯片的输入端接储能电容C3的输出端，稳压芯片的输出端接单片机的电源输入引脚和所述的电压放大器的供电端。
进一步地，所述的倍压整流电路为五倍压整流电路。
进一步地，所述的第一电流互感器L1和第二电流互感器L2一体制作，独立工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)利用谐振取电电路，在传统磁芯取电的基础上加上谐振电容使得取电效率提高，并通过倍压电路整流倍压，通过电容存储电能。使得传感器的工作不需要外部电源，极大降低了安装维护成本，可以大规模应用于智能电网的监测。
(2)利用两个电流互感器，使得供电电路和电流检测电路独立，保证数据准确性。
(3)利用具有待机唤醒功能的单片机，间歇性工作，单片机大部分时间处于待机状态，实现低功耗。
(4)利用无线传输功能，可以对电缆电流进行实时监控，并能解决电缆地处偏远，高度较高，有线通信架设困难的问题，减少通信成本，降低通信难度。同时可以解决高压危险的问题，保证仪器安全。
附图说明
图1为无源无线的电流传感器原理示意图；
图2为单片机待机唤醒模块的示意图；
图3为单片机与无线模块的连接示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，一种无源无线的电流传感器，包括谐振取电模块、获取电压模块、单片机待机唤醒模块、无线模块、电源模块和单片机，谐振取电模块的输出接单片机待机唤醒模块和电源模块，单片机待机唤醒模块、无线模块和获取电压模块均与单片机相连，电源模块连接单片机和获取电压模块；
谐振取电模块包括第一电流互感器L1、谐振电容C1、储能电容C3以及由五个二极管D1、D2、D3、D4、D5和五个电容C4、C5、C6、C7、C8构成的五倍压整流电路，电流互感器L1、谐振电容C1和五倍压整流电路并联，第一电流互感器L1、谐振电容C1的谐振频率是50Hz工频，储能电容C3连接在五倍压整流电路的输出端；
单片机待机唤醒模块如图2所示，包括带使能端的稳压芯片和第一电阻R1、第二电阻R2，两个电阻R1、R2串联，带使能端的稳压芯片的使能端EN接在电阻R1、R2之间，串联的电阻R1、R2和带使能端的稳压芯片的输入端Vin与储能电容C3的输出端连接，带使能端的稳压芯片的输出端Vout接单片机；
单片机采用STM32F103ZET6，包括待机唤醒引脚PA0、SPI接口、PG6、7、8、PB13、14、15、3.3V电源输入引脚，带使能端的稳压芯片的输出端Vout接待机唤醒引脚PA0；
获取电压模块包括电流互感器L2、第三电阻R3、电压放大器，第二电流互感器L2和第三电阻R3并联，电压放大器包括输入端、供电端和输出端，电压放大器的输入端接第三电阻R3两端，电压放大器的输出端接单片机，第二电流互感器L2和谐振取电模块中的电流互感器L1一体制作，独立工作；
电源模块包括稳压芯片，稳压芯片的输入端接储能电容C3的输出端，稳压芯片的输出端接单片机的3.3V电源输入引脚和电压放大器供电端；
如图3所示，无线模块采用NRF24L01模块，其包括3.3V输入端、GND、CE、CS、SCK、MOSI、MISO、INT，3.3V输入端接电源模块的稳压芯片的输出端，GND接地，CE、CS、INT分别接单片机PG6、7、8，SCK、MISO、MOSI分别接单片机PB13、14、15。
本发明的无源无线的电流传感器装置的工作原理如下：
首先，将电流传感器装置中的第一和第二电流互感器L1、L2套在电缆上，此时第一电流互感器L1和谐振电容C1产生谐振，谐振电压经过五倍压电路整流放大，给储能电容C3充电；储能电容C3的输出电压经过第一和第二电阻R1、R2的分压接入带使能端的稳压芯片的使能端EN，当电容电压未达到下面的电压值U时，
U＝带使能端的稳压芯片的使能端EN有效电压*(R1+R2)/R2
则使能端EN无效，此时带使能端的稳压芯片输出低电平；当储能电容C3的电压达到电压值U时,带使能端的稳压芯片输出高电平，唤醒单片机；同时，第二电流互感器L2获得电缆中的互感电流，在第三电阻R3两端获得电压，经过电压放大器输出电压；单片机采集电压放大器输出的电压值，并根据电缆内电流值与电压放大器的输出电压值的关系，转换成相应的电流值，无线发送出去，单片机则再次进入待机状态，等待下一次储能电容C3的电压达到电压值U，从而实现安全工作和低功耗。

Claims (1)

1.一种无源无线的电流传感器装置，其特征在于，该装置包括谐振取电模块、获取电压模块、单片机待机唤醒模块、无线模块、电源模块和单片机，谐振取电模块的输出接单片机待机唤醒模块和电源模块，单片机待机唤醒模块、无线模块和获取电压模块均与单片机相连，电源模块连接单片机和获取电压模块，用于给两者供电；
所述的谐振取电模块包括第一电流互感器（L1）、谐振电容（C1）、储能电容（C3）以及由多个二极管和电容构成的倍压整流电路，第一电流互感器（L1）、谐振电容（C1）和倍压整流电路并联，储能电容（C3）连接在倍压整流电路的输出端；
所述的单片机待机唤醒模块包括带使能端的稳压芯片和第一电阻（R1）、第二电阻（R2），两个电阻（R1、R2）串联，带使能端的稳压芯片的使能端（EN）接在两个电阻（R1、R2）之间，串联的电阻（R1、R2）和带使能端的稳压芯片的输入端（Vin）与储能电容（C3）的输出端连接，带使能端的稳压芯片的输出端（Vout）接单片机；
所述的单片机包括电源输入引脚、待机唤醒引脚、SPI接口和其他IO口，所述的带使能端的稳压芯片的输出端接所述的待机唤醒引脚；
所述的获取电压模块包括第二电流互感器（L2）、第三电阻（R3）、电压放大器，第二电流互感器（L2）和第三电阻（R3）并联，所述的电压放大器包括输入端、供电端和输出端，电压放大器的输入端接第三电阻（R3）两端，电压放大器的输出端接单片机；
所述的无线模块连接所述的SPI接口和其他所需的IO口；
所述的电源模块包括稳压芯片，所述的稳压芯片的输入端接储能电容（C3）的输出端，稳压芯片的输出端接单片机的电源输入引脚和所述的电压放大器的供电端；
所述的倍压整流电路为五倍压整流电路；
所述的第一电流互感器（L1）和第二电流互感器（L2）一体制作，独立工作。
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5539300A (en) * 1994-06-16 1996-07-23 Mathieu; Serge Power supply device
US6496391B1 (en) * 2001-08-07 2002-12-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power supply unit utilizing a current transformer
DE202004001621U1 (de) * 2004-02-04 2005-03-31 Brose Fahrzeugteile Aufweck-Schaltungsanordnung und Steuerungsvorrichtung
JP2007135277A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Sanken Electric Co Ltd スイッチング電源装置
CN202111534U (zh) * 2011-06-09 2012-01-11 山东鲁亿通智能电气股份有限公司 用于开关柜在线监测的感应取电装置
JP2012037508A (ja) * 2010-07-12 2012-02-23 Sumida Corporation 電流センサ
CN202815054U (zh) * 2012-10-10 2013-03-20 天津赛思科技发展有限公司 数字电子式无线零序互感器
CN103346686A (zh) * 2013-05-29 2013-10-09 浙江大学 一种基于电流互感器谐振取电的直流源
CN105515219A (zh) * 2014-12-05 2016-04-20 浙江图维电力科技有限公司 一种基于电流互感器串联谐振取电的直流源
CN105548675A (zh) * 2015-12-09 2016-05-04 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 高压电缆护套环流一体化监测终端
CN106199139A (zh) * 2016-08-30 2016-12-07 浙江图维科技股份有限公司 一种自取电式感应环流监测装置及方法
WO2017020189A1 (zh) * 2015-07-31 2017-02-09 常州明石晶电科技有限公司 开关电源
CN106448376A (zh) * 2016-09-28 2017-02-22 中国科学院合肥物质科学研究院 一种单片机控制的无线电能传输教学实训装置
CN207336608U (zh) * 2017-10-23 2018-05-08 浙江大学 一种无源无线的电流传感器装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6963178B1 (en) * 1998-12-07 2005-11-08 Systel Development And Industries Ltd. Apparatus for controlling operation of gas discharge devices
NZ526109A (en) * 2003-05-26 2006-09-29 Auckland Uniservices Ltd Parallel-tuned pick-up system with multiple voltage outputs
US8587148B2 (en) * 2008-04-22 2013-11-19 Belkin International, Inc. Electric power supply and related methods
US20160087687A1 (en) * 2008-09-27 2016-03-24 Witricity Corporation Communication in a wireless power transmission system
JP5853366B2 (ja) * 2010-12-24 2016-02-09 富士通株式会社 電源装置、情報処理装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5539300A (en) * 1994-06-16 1996-07-23 Mathieu; Serge Power supply device
US6496391B1 (en) * 2001-08-07 2002-12-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power supply unit utilizing a current transformer
DE202004001621U1 (de) * 2004-02-04 2005-03-31 Brose Fahrzeugteile Aufweck-Schaltungsanordnung und Steuerungsvorrichtung
JP2007135277A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Sanken Electric Co Ltd スイッチング電源装置
JP2012037508A (ja) * 2010-07-12 2012-02-23 Sumida Corporation 電流センサ
CN202111534U (zh) * 2011-06-09 2012-01-11 山东鲁亿通智能电气股份有限公司 用于开关柜在线监测的感应取电装置
CN202815054U (zh) * 2012-10-10 2013-03-20 天津赛思科技发展有限公司 数字电子式无线零序互感器
CN103346686A (zh) * 2013-05-29 2013-10-09 浙江大学 一种基于电流互感器谐振取电的直流源
CN105515219A (zh) * 2014-12-05 2016-04-20 浙江图维电力科技有限公司 一种基于电流互感器串联谐振取电的直流源
WO2017020189A1 (zh) * 2015-07-31 2017-02-09 常州明石晶电科技有限公司 开关电源
CN105548675A (zh) * 2015-12-09 2016-05-04 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 高压电缆护套环流一体化监测终端
CN106199139A (zh) * 2016-08-30 2016-12-07 浙江图维科技股份有限公司 一种自取电式感应环流监测装置及方法
CN106448376A (zh) * 2016-09-28 2017-02-22 中国科学院合肥物质科学研究院 一种单片机控制的无线电能传输教学实训装置
CN207336608U (zh) * 2017-10-23 2018-05-08 浙江大学 一种无源无线的电流传感器装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Scoping Study of Electric and Magnetic Field Energy Harvesting for Wireless Sensor Networks in Power System Applications;Rohit Moghe and Yi Yang;《2009 IEEE energy conversion congress and exposition》;全文 *
高压电缆感应式取电电源分析及设计;李华阳等;《电力电子技术》;全文 *

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Publication number Publication date
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