CN109541283A - 一种非接触式电压测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非接触式电压测量系统及方法，所述非接触式电压测量系统包括差分式探测模块、信号处理模块和数据处理模块。该非接触式电压测量系统及方法不需要破坏待测线路的绝缘层即可实现电压测量，且只需单线测量，安装作业较为简便；通过差分式探测模块与待测线路形成寄生电容的设置，可以根据实际情况获取待测线路的电场信号，测量精度较高；此外，该系统能够远程监控测量点电压，便于数据汇总和统计，具有良好的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及到电压测量领域，具体涉及到一种非接触式电压测量系统及方法。
背景技术
传统的接触式电表在安装时首先需要破坏导线绝缘层，在一些不能破坏绝缘层的测量点就无法获取电压值，因此急需一种低成本、安装简易、精度较高、适应环境能力较强的非接触式电压测量系统对配电网进行大规模的电压监控。
在不破坏导线绝缘层的前提下，待测线路的绝缘层厚度随实际情况是变化的，一些传统的固定参数式的非接触式测量方式只能提供一个误差较大的估测值，不能精确的测量出待测线路的电压值。
此外，还有一些非接触式电表根据火线和零线之间电压差值的方式测量待测线路电压，由于需要同时在两根电线上作业，该类电表的尺寸较大，不方便作业。
发明内容
为了解决现有电表存在的问题，本发明提供了一种非接触式电压测量系统及方法，该系统不需要破坏待测线路的绝缘层即可实现电压测量，且只需单线测量，安装作业较为简便；通过差分式探测模块与待测线路形成寄生电容的设置，可以根据实际情况获取待测线路的电场信号，测量精度较高；系统结构简单，零件数量较少，制作成本低，有利于大面积推广使用；同时，该系统能够远程监控测量点电压，便于数据汇总和统计，具有良好的实用性。
相应的，本发明提供了一种非接触式电压测量系统，所述非接触式电压测量系统包括
差分式探测模块：用于在进行非接触式电压测量时与待测线路形成两个不相等的寄生电容，并基于所述两个不相等的寄生电容感应所述待测线路输入电压Vi(s)产生的电场信号；
信号处理模块：用于通过多个具有不同传递函数特性的拓扑单元分别处理所述电场信号，形成多个不同的输出电压；
数据处理模块：用于基于所述多个不同的输出电压建立所对应的多个不同的传递函数方程式，基于所述多个不同的传递函数方程式计算出所述输入电压Vi(s)。
所述信号处理模块包括拓扑切换单元和多个拓扑单元；
所述拓扑切换单元分别与所述差分式探测模块和所述多个拓扑单元连接，用于切换所述多个拓扑单元与差分式探测模块之间的连接；
所述多个拓扑单元中的每一拓扑单元具有传递函数特性，所述每一拓扑单元在所述拓扑切换单元的控制下形成所对应的输出电压。
所述数据处理模块包括模数转换单元；
所述模数转换单元与多个拓扑单元的输出端连接，用于将所述多个拓扑单元的电压输出转换为数字信号电压输出。
所述数据处理模块还包括巴特沃斯高通滤波单元；所述巴特沃斯高通滤波单元用于所述数字信号电压输出的直流滤波。
所述数据处理模块还包括小波降噪单元；所述小波降噪单元用于所述数字信号电压输出的电磁噪声降噪。
所述非接触式电压测量系统还包括数显模块；
所述数显模块与所述数据处理模块连接，用于接收并显示所述数据处理模块计算得出的输入电压Vi(s)。
所述非接触式电压测量系统还包括无线传输模块；
所述无线传输模块与所述数据处理模块连接，用于接收所述数据处理模块计算得出的输入电压Vi(s)并将所述输入电压Vi(s)上传至与服务器。
相应的，本发明还提供了一种非接触式电压测量方法，所述非接触式电压测量方法包括以下步骤：
在进行非接触式电压测量时，基于差分式探测模块与待测线路形成两个不相等的寄生电容，并基于所述两个不相等的寄生电容感应由所述待测线路的输入电压Vi(s)产生的电场信号；通过多个具有不同传递函数特性的拓扑单元对所述电场信号进行处理，形成多个不同的输出电压；
基于所述多个不同的输出电压建立所对应的多个不同的传递函数方程式，计算出所述输入电压Vi(s)。
所述通过多个具有不同传递函数特性的拓扑单元对所述电场信号进行处理，形成多个不同的输出电压包括以下步骤：
控制拓扑切换单元切换多个具有不同传递函数特性的拓扑电路，相应形成多个输出电压。
基于所述多个不同的输出电压建立所对应的多个不同的传递函数方程式，计算出所述输入电压Vi(s)还包括以下步骤：
基于多个不同的传递函数及相对应的输出值，建立有关所述两个不相等的寄生电容和所述待测线路的输入电压Vi(s)的方程组，计算得出所述待测线路的输入电压Vi(s)。
所述非接触式电压测量方法还包括以下步骤：
基于数显模块显示计算得出的输入电压Vi(s)。
其特征在于，所述非接触式电压测量方法还包括以下步骤：
基于无线传输模块将所述输入电压Vi(s)上传至云服务器。
本发明提供了一种非接触式电压测量系统及方法，该系统不需要破坏待测线路的绝缘层即可实现电压测量，且只需单线测量，安装作业较为简便；通过差分式探测模块与待测线路形成寄生电容的设置，可以根据实际情况获取待测线路的电场信号，测量精度较高；系统结构简单，零件数量较少，制作成本低，有利于大面积推广使用；同时，该系统能够远程监控测量点电压，便于数据汇总和统计，具有良好的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了实施例一的非接触式电压测量系统结构图；
图2示出了实施例一的信号处理模块的拓扑单元原理图；
图3示出了实施例二的信号处理模块结构图；
图4示出了实施例四的信号处理模块结构图；
图5示出了INA332仪表放大器的封装结构图；
图6示出了实施例六的非接触式电压测量系统结构图；
图7示出了实施例七的数据处理模块结构图；
图8示出了实施例八的非接触式电压测量系统结构图；
图9示出了实施例九的非接触式电压测量方法流程图；
图10示出了实施例十的非接触式电压测量方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种非接触式电压测量系统，用于测量单根通有交流电的电线电压，该系统不需要破坏待测线路的绝缘层即可实现电压测量，且只需单线测量，安装作业较为简便；通过差分式探测模块与待测线路形成寄生电容的设置，可以根据实际情况获取待测线路的电场信号，测量精度较高；系统结构简单，零件数量较少，制作成本低，有利于大面积推广使用；同时，该系统能够远程监控测量点电压，便于数据汇总和统计，具有良好的实用性。
实施例一：
图1示出了本发明实施例的非接触式电压测量系统结构图。本发明实施例的非接触式电压测量系统包括有差分式探测模块、信号处理模块和数据处理模块，差分式探测模块、信号处理模块和数据处理模块依次连接。
其中，本发明实施例的差分式探测模块用于与待测线路形成两个不相等的第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2，并基于第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2获取所述待测线路的输入电压Vi(s)。
一般的，任意两个绝缘金属体之间总能构成一个电容，尤其在绝缘距离较小的情况下，电容特性较为明显。在本发明实施例中，待测线路绝缘层内的金属导线与差分式探测模块之间形成寄生电容。一般的，差分式探测模块包括有两个探测电极，为了便于区分，分别命名为第一电极201和第二电极202。因此，第一电极201和第二电极201分别与待测线路形成两个寄生电容，分别为第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2。
由于待测线路的输入电压Vi(s)为交流电压，因此，由电容的物理性质可知，待测线路(相当于寄生电容的其中一块电极)的电流方向变化会引起寄生电容的另一块电极的电流发生变化，因此，差分式探测模块将待测线路的输入电压Vi(s)以电流形式输入系统，供信号处理模块进行处理。
总的来说，差分式探测模块用于以电容耦合的方式，获取待测线路的电压值并以双路差分的形式输入至系统中，作为系统的输入。
其中，本发明实施例的信号处理模块用于根据信号处理模块中包含的多种拓扑单元结构，处理差分式探测模块获取的待测线路的输入电压Vi(s)(指待测线路的输入值，输入形式可以为电压、电流等多种方式)，并输出至数据处理模块进行处理。
图2示出了信号处理模块的一种拓扑单元原理图。图2为本发明实施例信号处理模块其中一种拓扑单元结构，第一电极201和第二电极202分别接入差分放大单元的负极输入端和正极输入端；为了保证差分放大单元的正常工作，首先通过接地电阻R将待测线路的输入电压Vi(s)引起探测电极的电流变化转化为电压值，并通过并联接地电容C防止对地电容对线路造成的影响；差分放大单元的输出端输出值vo(s)。
通过图2所示的拓扑单元电路结构，构建传递函数
其中，s为复频域算子。
具体实施中，当C＞＞Cp1、C＞＞Cp2时，图2所示的拓扑单元电路的传递函数可以简化为其中，s为复频域算子。
从传递函数中可以看出，无论是通用的传递函数公式还是简化的传递函数公式，存在着三个未知的代数，分别为待测电路的输入值vo(s)、第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2。
实际上，第一寄生电容CP1、第二寄生电容CP2与待测线路的绝缘层材料、绝缘层厚度、差分探测模块距待测线路金属线之间的距离(当差分探测模块并未紧贴待测线路绝缘层时，差分探测模块距待测线路金属线之间的距离并不等于绝缘层厚度)、探测电极的面积、探测电极的形状等众多因素相关，正是由于寄生电容计算的复杂性，传统固定参数式的非接触式测量装置精度不高。虽然可以通过预设参数来获取第一寄生电容CP1、第二寄生电容CP2的大概范围，但由于实际作业中，待测线路的绝缘层厚度、测量系统的作业方式差异等各方面情况的影响，实测值往往与预设参数差别较大，根据固定参数所求出的第一寄生电容CP1、第二寄生电容CP2和实际值相差较大，最终求出的待测线路的输入电压vi(s)与实际值相差较大，测量精度较低。
一方面，从图2所示的拓扑单元的传递函数公式中可知，为了使差分探测模块以及信号处理模块起作用，第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2的值不相同；要使第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2的值不相同，可参考上文提到的寄生电容组成影响因素，不要重复介绍。
因此，本发明实施例的信号处理模块包括有多个拓扑单元，每个拓扑单元具有不同的有关于第一寄生电容CP1、第二寄生电容CP2、待测线路的输入电压vi(s)的传递函数。实质上，至少只需三个有关待测线路的输入电压vi(s)、第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2的拓扑单元(包括图2所述的拓扑单元)，即可根据相对应的传递函数求解出输入电压vi(s)、第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2三个未知数。
需要说明的是，除了第一寄生电容CP1、第二寄生电容CP2、待测线路的输入电压vi(s)以外，所构建的拓扑单元内的各个零件的参数均为已知的，避免引入新的未知量，加大计算难度，具体的信号处理模块结构组成方式在后面的实施例再详细介绍。
其中，本发明实施例的数据处理模块用于根据信号处理模块中多个拓扑单元的传递函数以及拓扑单元的输出值，构建有关输入电压vi(s)、第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2的方程式，并求出输入电压vi(s)、第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2。
具体的，数据处理模块内预设有信号处理模块中多个拓扑单元的传递函数G1＝f1(Cp1,Cp2)、G2＝f2(Cp1,Cp2)、G3＝f3(Cp1,Cp2)……，然后根据多个拓扑单元对应的输出值vi(s1)、vi(s2)、vi(s3)……构建方程组
联立方程组中的多个方程，求出输入电压vi(s)、第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2。
本发明实施例提供的非接触式电压测量系统，通过差分探测模块与待测电路形成的寄生电容获取输入信号，通过信号处理模块中多个不同的拓扑单元对输入信号的处理并生成输出信号，数据处理模块结合传递函数以及对应的输出信号的关系构建有关输入电压vi(s)、第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2的方程组进行求解，并最终求出所需的输入电压vi(s)。该系统通过单线完成非接触式的电压测量工作，方便作业，具有良好的实用性。
实施例二：
图3示出了本发明实施例的信号处理模块结构图，一般的，信号处理模块包括多个拓扑单元和一个拓扑切换单元。
拓扑切换单元分别与所述差分式探测模块和所述多个拓扑单元连接，用于切换所述多个拓扑单元与差分式探测模块之间的连接状态；
所述多个拓扑单元分别具有不同的传递函数，用于处理所述待测线路的输入电压Vi(s)，生成对应的输出值。
本发明实施例提供了一种信号处理模块的实施方式，本发明实施例的信号处理模块包括一个拓扑切换单元和三个拓扑单元，拓扑切换单元可选用双刀三掷开关(双路三相控制开关)，三个拓扑单元分别为G1、G2、G3，双刀三掷开关分别控制差分式探测模块与三个拓扑单元之间的连接，差分式探测模块同一时间内只与其中一个拓扑单元进行连接。
根据图2所示的拓扑电路的推导方式，分别推导出G1、G2、G3的传递函数，G1、G2、G3的传递函数如下：
其中，
A＝2CaCb+Cb 2+Cb 2C2R2s2+2C2CaCbR2s2
B＝2Cb 2CR+4CRCaCb
D＝CaCp1+CaCP2+CbCP1+Cp1CP2
vi(s)为系统的输入电压，即待测线路电压；Cp1、CP2分别为第一寄生电容和第二寄生电容；Ca为第一电极和第二电极之间形成的电容；Cb1、Cb2为拓扑变换模块中的投切电容，Cb＝Cb1＝Cb2；R、C分别为接地电阻和接地电容；s为复频域算子。
需要说明的时，由于差分探测模块的两个电极由金属制成，因此，两个电极之间会产生寄生，本发明实施例以Ca表示。
在本发明实施例中，差分探测模块同一时间与G1、G2、G3其中一个拓扑单元连接，在G1、G2、G3对应的输出端上会产生相应的输出值vo1(s)、vo2(s)、vo3(s)。数据处理模块接收输出值vo1(s)、vo2(s)、vo3(s)，并结合G1、G2、G3的传递函数vo1(s)、vo2(s)、vo3(s)构建有关第一寄生电容CP1、第二寄生电容CP2和输入电压vi(s)的函数，最终求出所需的输入电压vi(s)。
具体的，在本发明实施例中，G1、G2可视为在G3的基础上，增加零器件，利用差分放大单元的数据处理，使拓扑单元的传递函数发生改变，利用不同的传递函数构建函数关系，求解出第一寄生电容CP1、第二寄生电容CP2和输入电压vi(s)。
实施例三：
在实施例二的基础上，为了简化模块结构，由信号处理模块的信号处理方式可知，同一时间内，只有一个差分放大单元在工作。因此，G1、G2、G3可以公用一差分放大单元，以节省成本。
实施例四：
在实施例三的基础上，结合G1、G2、G3的结构可知，G1、G2、G3的结构差异性较少，可以在一定程度上进行简化。
图4示出了本发明实施例的信号处理模块结构图。具体的，第一电极201和第二电极202分别经第一投切电容Cb1和第二投切电容Cb2后连接至差分放大单元的反向输入段和正向输入端，第一投切电容Cb1和第二投切电容Cb2上分别并联有第一继电开关301和第二继电开关302；在差分放大单元的反向输入段和正向输入端上，分别并联有接地电容和接地电阻，用于减少不同测量场景下对地电容变化造成的测量精度影响以及为差分放大器提供直流通路，形成稳定的直流工作点。
需要说明的时，在本发明实施例中，当第一继电开关301和第二继电开关302同时断开、或第一继电开关301闭合、第二继电开关302断开、或第一继电开关301和第二继电开关302同时闭合时，分别对应的结构为实施例二中的G1、G2、G3拓扑单元。
第一继电开关301和第二继电开关302的作用与实施例二的双刀三掷开关相同。一般的，第一继电开关301和第二继电开关302由数据处理模块进行控制，数据处理模块内预设有传递函数G1、G2、G3，通过控制第一继电开关301和第二继电开关302，数据处理模块可以区分信号处理模块的拓扑单元情况，便于数据处理模块进行运算。
通过共用零器件，大大的减少了信号处理模块的设置难度，制造成本大大降低，具有良好的经济效益；同时，零器件的减少有利于缩减系统体积，便于携带与作业。
实施例五：
图5示出了INA332仪表放大器的封装结构图，具体实施中，信号处理模块的差分放大单元可选用选用INA332仪表放大器，仪表放大器是一种精密差分电压放大器，具有超高输入阻抗、极其良好的CMRR、低输入偏移、低输出阻抗等优点，能够很好的放大在共模电压下的信号，在微小信号处理上具有独特优势。仪表放大器的增益可通过内部预置，也可由使用者通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻预置。
输出端VOUT可表示为VOUT＝(VIN+-VIN-)*G，G为仪表放大器增益，一般的，增益设置可参照下表进行设置：
实施例六：
实施例一至实施例五介绍了信号处理模块的实施例，本发明实施例介绍数据处理模块的实施方式。
图6示出了本发明实施例的非接触式电压测量系统结构图，其中，带箭头连线为数据信号传输连接，无箭头连线为控制信号传输连接。
本发明实施例的数据处理模块包括模数转换单元和运算单元，一般的，为了能获取信号处理模块的拓扑单元连接状态的实时情况，数据处理模块中还会包括拓扑切换控制单元。信号处理模块中的拓扑切换单元受拓扑切换控制单元控制，数据处理模块从而能根据拓扑切换控制单元的控制情况来获取信号处理模块的拓扑单元连接状态，便于运算单元提取拓扑单元的传递函数。
实施例七：
图7示出了本发明实施例的数据处理模块结构图。在实施例五中，由于仪表放大器INA332具有直流失调电压，因此，可以在数据处理模块中设置巴特沃斯高通滤波单元和小波降噪单元。在运算单元进行运算前，可通过巴特沃斯高通滤波单元滤除直流分量；由于测量环境存在电磁噪声，噪声对输出结果将造成干扰，因此在巴特沃斯高通滤波单元后方，可利用小波降噪单元对信号进行小波降噪，并将经小波降噪处理后信号传递至运算单元进行运算。
实施例八：
图8示出了本发明实施例的非接触式电压测量系统结构图。为了更直观的读取待测线路的电压，本发明实施例在非接触式电压测量系统增加数显模块，数据处理模块驱动数显模块显示最终计算得出的输入电压vi(s)。
进一步的，在非接触式电压测量系统增加无线传输模块，将数据处理模块计算得出的输入电压vi(s)上传至原服务器进行备份和处理。
实施例九：
相应的，本发明实施例还提供了一种非接触式电压测量方法，通过差分探测模块分别与待测线路形成第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2，利用寄生电容的特性完成待测线路的校正，并结合信号处理模块不同拓扑单元的的传递函数，求出第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2的电容值，并求出最终待测线路的电压Vi(s)。
图9示出了本发明实施例的非接触式电压测量方法流程图，本发明实施例提供的非接触式电压测量方法包括以下步骤：
S101：在进行非接触式电压测量时，基于差分式探测模块与待测线路形成两个不相等的的第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2，并基于所述两个不相等的寄生电容感应由所述待测线路的输入电压Vi(s)产生的电场信号；
差分式探测模块中的两个探测电极分别与待测线路形成两个不相等的第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2，第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2分别以电容耦合的方式，获取待测线路的输入电压Vi(s)。
具体的，寄生电容通过感应待测线路的输入电压Vi(s)产生的电场信号，将待测线路的输入电压Vi(s)转换成差分式探测模块电极上的电流信号。
需要说明的是，待测线路为单根导线，导线内通有交流电。
S102：通过多个具有不同传递函数特性的拓扑单元对所述电场信号进行处理，形成多个不同的输出电压；
一般的，信号处理模块包括拓扑切换单元和多个拓扑单元，拓扑切换单元用于控制差分式探测模块与多个拓扑单元之间的连接，多个拓扑单元分别具有不同的传递函数，待测线路的输入电压Vi(s)经不同的拓扑单元处理后会相应的生成不同的输出电压值输出至数据处理模块。
S103：基于所述多个不同的输出电压建立所对应的多个不同的传递函数方程式，计算出所述输入电压Vi(s)。
数据处理模块根据不同拓扑电路的传递函数和其对应的输出值，构建有关第一寄生电容CP1、第二寄生电容CP2和所述待测线路的电压Vi(s)的方程组，求解得出第一寄生电容CP1、第二寄生电容CP2和所述待测线路的电压Vi(s)。
一般的，由于信号处理模块的输出值为模拟信号，为了便于计算，需要基于模数转换单元，将所述输出值转换为数字信号。
实施例十：
信号处理模块中不同的拓扑单元具有不同的传递函数，当信号处理模块的结构确定后，其对应的传递函数关系也相应确定，当差分式金属模块获取的电场信号(即通过第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2获取的信号)经信号处理模块中不同的拓扑单元处理后，会生成不同的输出值；利用信号处理模块的传递函数以及对应的输出值，至少只需建立三个有关第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2、待测线路的电压Vi(s)的代数式，即可求出最终的待测线路的电压Vi(s)。
本发明实施例以图4所示的信号处理模块为例对非接触式电压测量方法进行说明。图10示出了本发明实施例的非接触式电压测量方法流程图，本发明实施例的非接触式电压测量方法包括：
S201：基于差分式探测模块与待测线路形成两个不相等的第一寄生电容CP1和第二寄生电容CP2，获取待测线路的输入电压Vi(s)；
差分式探测模块的两个探测电极之间产生寄生，形成电容Ca。
S202：同时断开第一继电开关和第二继电开关，数据处理模块获取信号处理模块的输出值并结合对应的传递函数G1构建函数；
S203：闭合第一继电开关并断开第二继电开关，数据处理模块获取信号处理模块的输出值并结合对应的传递函数G2构建函数；
S204：同时闭合第一继电开关和第二继电开关，数据处理模块获取信号处理模块的输出值并结合对应的传递函数G3构建函数；
在步骤S202￣204中，信号处理模块共包括三种拓扑单元结构。在本发明实施例中，当第一继电开关301和第二继电开关302，当第一继电开关301和第二继电开关302同时闭合、或第一继电开关301打开第二继电开关302关闭、或第一继电开关301和第二继电开关302同时断开，可构建以下三条方程
其中，
A＝2CaCb+Cb 2+Cb 2C2R2s2+2C2CaCbR2s2
B＝2Cb 2CR+4CRCaCb
D＝CaCp1+CaCP2+CbCP1+Cp1CP2
vi(s)为系统的输入电压，即待测线路电压；Cp1、CP2分别为第一寄生电容和第二寄生电容；Ca为第一电极和第二电极之间形成的电容；Cb1、Cb2为拓扑变换模块中的投切电容，Cb＝Cb1＝Cb2；R、C分别为接地电阻和接地电容；s为复频域算子。
S205：基于数据处理模块计算待测线路的输入电压Vi(s)；
步骤S202￣204所建立的函数方程组，联立求解，最终求出待测线路的输入电压Vi(s)。
S206：基于数显模块显示待测线路的输入电压Vi(s)；
S207：基于无线传输模块上传待测线路的输入电压Vi(s)至云服务器。
步骤S206和步骤S207建立在实施例八的系统基础上，数显模块显示基于数据处理模块计算的输入电压Vi(s)，无线传输模块将输入电压Vi(s)上传至云服务器进行备份处理。
本发明实施例提供了一种非接触式电压测量系统，用于测量单根通有交流电的电线电压，该系统不需要破坏待测线路的绝缘层即可实现电压测量，且只需单线测量，安装作业较为简便；通过差分式探测模块与待测线路形成寄生电容的设置，可以根据实际情况获取待测线路的电场信号，测量精度较高；系统结构简单，零件数量较少，制作成本低，有利于大面积推广使用；同时，该系统能够远程监控测量点电压，便于数据汇总和统计，具有良好的实用性。
以上对本发明实施例所提供的一种非接触式电压测量系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (12)
1.一种非接触式电压测量系统，其特征在于，所述非接触式电压测量系统包括
差分式探测模块：用于在进行非接触式电压测量时与待测线路形成两个不相等的寄生电容，并基于所述两个不相等的寄生电容感应所述待测线路输入电压Vi(s)产生的电场信号；
信号处理模块：用于通过多个具有不同传递函数特性的拓扑单元分别处理所述电场信号，形成多个不同的输出电压；
数据处理模块：用于基于所述多个不同的输出电压建立所对应的多个不同的传递函数方程式，基于所述多个不同的传递函数方程式计算出所述输入电压Vi(s)。
2.如权利要求1所述的非接触式电压测量系统，其特征在于，所述信号处理模块包括拓扑切换单元和多个拓扑单元；
所述拓扑切换单元分别与所述差分式探测模块和所述多个拓扑单元连接，用于切换所述多个拓扑单元与差分式探测模块之间的连接；
所述多个拓扑单元中的每一拓扑单元具有传递函数特性，所述每一拓扑单元在所述拓扑切换单元的控制下形成所对应的输出电压。
3.如权利要求1所述的非接触式电压测量系统，其特征在于，所述数据处理模块包括模数转换单元；
所述模数转换单元与多个拓扑单元的输出端连接，用于将所述多个拓扑单元的电压输出转换为数字信号电压输出。
4.如权利要求3所述的非接触式电压测量系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括巴特沃斯高通滤波单元；所述巴特沃斯高通滤波单元用于所述数字信号电压输出的直流滤波。
5.如权利要求3所述的非接触式电压测量系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括小波降噪单元；所述小波降噪单元用于所述数字信号输出电压的电磁噪声降噪。
6.如权利要求1至5任一项所述的非接触式电压测量系统，其特征在于，所述非接触式电压测量系统还包括数显模块；
所述数显模块与所述数据处理模块连接，用于接收并显示所述数据处理模块计算得出的输入电压Vi(s)。
7.如权利要求1至5任一项所述的非接触式电压测量系统，其特征在于，所述非接触式电压测量系统还包括无线传输模块；
所述无线传输模块与所述数据处理模块连接，用于接收所述数据处理模块计算得出的输入电压Vi(s)并将所述输入电压Vi(s)上传至与服务器。
8.一种非接触式电压测量方法，其特征在于，所述非接触式电压测量方法包括以下步骤：
在进行非接触式电压测量时，基于差分式探测模块与待测线路形成两个不相等的寄生电容，并基于所述两个不相等的寄生电容感应由所述待测线路的输入电压Vi(s)产生的电场信号；
通过多个具有不同传递函数特性的拓扑单元对所述电场信号进行处理，形成多个不同的输出电压；
基于所述多个不同的输出电压建立所对应的多个不同的传递函数方程式，计算出所述输入电压Vi(s)。
9.如权利要求8所述的非接触式电压测量方法，其特征在于，所述通过多个具有不同传递函数特性的拓扑单元对所述电场信号进行处理，形成多个不同的输出电压包括以下步骤：
控制拓扑切换单元切换多个具有不同传递函数特性的拓扑电路，相应形成多个输出电压。
10.如权利要求9所述的非接触式电压测量方法，其特征在于，基于所述多个不同的输出电压建立所对应的多个不同的传递函数方程式，计算出所述输入电压Vi(s)还包括以下步骤：
基于多个不同的传递函数及相对应的输出值，建立有关所述两个不相等的寄生电容和所述待测线路的输入电压Vi(s)的方程组，计算得出所述待测线路的输入电压Vi(s)。
11.如权利要求8至10任一项所述的非接触式电压测量方法，其特征在于，所述非接触式电压测量方法还包括以下步骤：
基于数显模块显示计算得出的输入电压Vi(s)。
12.如权利要求8至10任一项所述的非接触式电压测量方法，其特征在于，其特征在于，所述非接触式电压测量方法还包括以下步骤：
基于无线传输模块将所述输入电压Vi(s)上传至云服务器。
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