CN110470900A - 一种无源用电感知设备及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无源用电感知设备及系统，涉及电流检测设备技术领域，设备外壳设置有活动开口，设备外壳中间设置有套孔，套孔对应的设备壳体与其他设备壳体构成一环形密闭空间，环形密闭空间内设置有取电磁芯、电流采集磁芯和电路板，取电磁芯和电流采集磁芯活动套接在套孔对应的设备壳体的内壁上，电流采集磁芯与取电磁芯活动连接，电流采集磁芯和取电磁芯均与电路板电连接。通过活动开口可以将设备直接卡在线路上，取电磁芯可以当线路存在电流时生成提供设备运行的电能，电路采集磁芯将一次侧大电流转换成二次侧小电流，供外接设备测量，实现线路电流的测量。进而无需为设备提供额外的工作电源，降低了操作的风险性。

Description

一种无源用电感知设备及系统

技术领域

本申请涉及电流检测设备技术领域，具体涉及一种无源用电感知设备及系统。

背景技术

近年来随着对环境的重视，对部分污染严重的企业一般进行生产阶段性控制，例如在冬季生产污染严重的企业一般需要阶段性停止生产，一般生产作业需要生产用电，因此在其电力线路上设置电流检测设备。

传统的电流检测设备一般包括一个检测主体和工作电源，将检测主体设置在电力线路上，然后通过工作电源为其供电实现正常的工作。因此不论电力线路是否有电流流过，电流检测设备都是处于通电工作状态。

但是随着工作时间的延长，检测主体可能会出现松动，进而无法实现电力线路内电流的准确检测，因此需要人工对检测主体进行二次固定。但是由于检测主体是带电的，因此在固定过程中可能会给操作人员带来安全风险。而且如果安装场地存在易燃易爆的气体，在固定过程中一旦产生电弧，还会引起气体爆炸等安全事故。因此，传统技术中的电流检测设备虽然可以实现电流的检测，但是存在一定的安全风险。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种无源用电感知设备，包括：设置有活动开口的设备外壳，所述设备外壳中间设置有套孔，所述套孔对应的设备壳体与其他设备壳体构成一环形密闭空间，所述环形密闭空间内设置有取电磁芯、电流采集磁芯和电路板，所述取电磁芯和所述电流采集磁芯活动套接在所述套孔对应的设备壳体的内壁上，所述电流采集磁芯与所述取电磁芯活动连接，所述电流采集磁芯和所述取电磁芯均与所述电路板电连接。

采用上述实现方式，由于设备外壳设置有活动开口，在使用时可以将无源用电感知设备直接卡在线路上。设置在内部的取电磁芯可以当线路存在电流时生成提供设备运行的电能，电路采集磁芯将一次侧大电流转换成二次侧小电流，供外接设备测量，实现线路电流的测量。进而无需为设备提供额外的工作电源，设备工作与否完全取决于线路中是否存在电流，进而在保证对线路电流进行检测的前提下，降低了操作的风险性。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述设备外壳包括对称设置的第一设备外壳和第二设备外壳，所述第一设备外壳包括第一子设备外壳和第二子设备外壳，所述第二设备外壳包括第三子设备外壳和第四子设备外壳，所述第一子设备外壳的第一端、所述第二子设备外壳的第一端、所述第三子设备外壳的第一端和所述第四子设备外壳的第一端通过一转轴活动连接，所述第一子设备外壳的第二端和所述第二子设备外壳的第二端构成第一活动开口，所述述第三子设备外壳的第二端和所述第四子设备外壳的第二端构成第二活动开口。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述第一活动开口处设置有第一铅封结构，所述第二活动开口处第二铅封结构，所述第一铅封结构包括第一铅封固定座和第一铅封固定卡，所述第二铅封结构包括第二铅封固定座和第二铅封固定卡，所述第一铅封固定座与所述第一子设备外壳的第二端固定连接，所述第一铅封固定卡与所述第二子设备外壳的第二端固定连接，所述第二铅封固定座与所述第三子设备外壳的第二端固定连接，所述第二铅封固定卡与所述第四子设备外壳的第二端固定连接，所述铅封固定座和所述铅封固定卡对应设置有铅封孔。当设备固定在线路后，利用铅封结构将设备封装，因此使用时在不破坏铅封的情况下无法打开此设备，进而保证了设备的安全性。也防止了人为对设备的破坏，保障了人员的安全。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述第一子设备外壳的第二端设置有第一凸台，所述第一铅封固定卡对应所述第一凸台设置有第一密封槽，所述第一凸台与所述第一密封槽活动连接；第三子设备外壳的第二端设置有第二凸台，所述第二铅封固定卡对应所述第二凸台设置有第二密封槽，所述第二凸台和所述第二密封槽活动连接。在活动开口处设置密封槽和凸台阶梯结构，使得设备闭合后可以有效防止灰尘、水滴侵入磁芯接触面，有效的提高了设备测量精确度及稳定可靠性。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述第一设备外壳和第二设备外壳均设置有开口限位结构，所述开口限位结构用于限制活动开口的开口范围。开口限位结构的设置有效防止了因使用过程中开口过大，导致的设备损坏。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述取电磁芯包括第一取电磁芯和第二取电磁芯，所述第一取电磁芯设置在所述第一子设备外壳内，所述第二取电磁芯设置在所述第二子设备外壳内，所述第一取电磁芯和所述第二取电磁对应端交错啮合连接。第一取电磁芯和第二取电磁芯间为交错啮合结构，此结构大大加强了磁芯间的接触面积，使结合更可靠。同时保证了良好的磁导率，具有更好的取电性能。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述电流采集磁芯包括第一电流采集磁芯和第二电流采集磁芯，所述第一电流采集磁芯设置在所述第三子设备外壳内，所述第二电流采集磁芯设置在所述第四子设备外壳内，所述第一电流采集磁芯和所述第二电流采集磁对应端交错啮合连接。同样的，第一电流采集磁芯和第二电流采集磁芯为交错啮合结构，此结构大大加强了磁芯间的接触面积，使结合更可靠。同时保证了良好的磁导率，使得相比其他开口互感器具有更好测量的精度。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述第一设备外壳对应所述套孔处设置有固定卡扣，所述固定卡扣的一端固定设置在所述套孔处的壳体上，所述固定卡扣的另一端为活动端。固定卡扣的设置，使得设备固定在线路上时更加稳定，不会因为线路的摇晃上下晃动。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述第一设备外壳上固定设置有一通信线缆，所述通信线缆的一端与所述电路板电连接，所述通信线缆的另一端与红外探头活动连接。红外探头的设置，可以采集电路温度，进而通过通信线缆传输给内部的电路板，同时进行上报。

第二方面，本申请实施例提供了一种无源用电感知系统，所述系统基于第一方面或第一方面任一可能实现方式所述的无源用电感知设备，所述系统包括：设置在电路板上的中央处理器、电量存储模块、电量收集模块、电量管理模块、信号调理模块和射频模块，所述信号调理模块分别与所述中央处理器和电流采集磁芯电连接，所述电量收集模块和所述射频模块均匀所述中央处理器通信连接，所述电量收集模块还分别与所述电量存储模块、所述电量管理模块和取电磁芯电连接。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种无源用电感知设备的爆炸图；

图2为本申请实施例提供的无源用电感知设备内部磁芯结构示意图；

图3为本申请实施例提供的无源用电感知设备铅封结构处示意图；

图4为本申请实施例提供的无源用电感知设备开口处结构示意图；

图5为本申请实施例提供的无源用电感知设备限位结构处示意图；

图6为本申请实施例中两个取电磁芯连接处结构示意图；

图7为本申请实施例提供的红外探头的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种无源用电感知系统的结构示意图；

图1-8中，符号表示为：

1-设备壳体，2-套孔，3-电路板，4-第一设备外壳，41-第一子设备外壳，42-第二子设备外壳，5-第二设备外壳，51-第三子设备外壳，52-第四子设备外壳，6-第一铅封固定座，7-第一铅封固定卡，8-第二铅封固定座，9-第二铅封固定卡，10-铅封孔，11-第一取电磁芯，12-第二取电磁芯，13-第一电流采集磁芯，14-第二电流采集磁芯，15-固定卡扣，16-通信线缆，17-红外探头，18-RJ11水晶头，19-RJ11接口，20-扎带槽，A-插槽结构，B-密封槽和凸台阶梯结构，C-开口限位结构，D-交错啮合连接结构。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本申请实施例提供的一种无源用电感知设备的爆炸图，参见图1，本申请实施例中的无源用电感知设备包括设备壳体1，所述设备壳体1设置有活动开口。所述设备外壳中间设置有套孔2，所述套孔2用于将无源用电感知设备套设在线路上进行电流的检测。所述套孔2对应的设备壳体与其他设备壳体构成一环形密闭空间，所述环形密闭空间内设置有取电磁芯、电流采集磁芯和电路板3，所述取电磁芯和所述电流采集磁芯活动套接在所述套孔对应的设备壳体的内壁上，所述电流采集磁芯与所述取电磁芯活动连接，所述电流采集磁芯和所述取电磁芯均与所述电路板3电连接。

参见图2，本实施例中电流采集磁芯与取电磁芯之间具有插槽结构A保证两个磁芯结合稳固可靠，本实施例中电流采集磁芯与取电磁芯均由数个1J22磁芯片构成。取电磁芯可以当线路存在电流时生成提供设备运行的电能，电路采集磁芯将一次侧大电流转换成二次侧小电流，供外接设备测量，实现线路电流的测量。取电磁芯使用坡莫合金1J22材料作为导磁材料,坡莫合金在大电流情况下极易磁饱合，使本产品取电部分取到适量的能量后可以饱合不再获取能量,保证了产品在低电流到上千安培的高电流都有适用性不发热,在特殊环境下使用更安全，提供更宽的使用范围。

进一步参见图1，所述设备外壳1包括对称设置的第一设备外壳4和第二设备外壳5，所述第一设备外壳4包括第一子设备外壳41和第二子设备外壳42，所述第二设备外壳5包括第三子设备外壳51和第四子设备外壳52，所述第一子设备外壳41的第一端、所述第二子设备外壳42的第一端、所述第三子设备外壳51的第一端和所述第四子设备外壳52的第一端通过一转轴活动连接，所述第一子设备外壳41的第二端和所述第二子设备外壳42的第二端构成第一活动开口，所述述第三子设备外壳51的第二端和所述第四子设备外壳52的第二端构成第二活动开口。

所述第一活动开口处设置有第一铅封结构，所述第二活动开口处第二铅封结构，所述第一铅封结构包括第一铅封固定座6和第一铅封固定卡7，所述第二铅封结构包括第二铅封固定座8和第二铅封固定卡9，所述第一铅封固定座6与所述第一子设备外壳41的第二端固定连接，所述第一铅封固定卡7与所述第二子设备外壳42的第二端固定连接，所述第二铅封固定座8与所述第三子设备外壳51的第二端固定连接，所述第二铅封固定卡9与所述第四子设备外壳52的第二端固定连接，所述铅封固定座和所述铅封固定卡对应设置有铅封孔10。参见图3，当设备固定在线路后，利用铅封结构将设备封装，因此使用时在不破坏铅封的情况下无法打开此设备，进而保证了设备的安全性。也防止了人为对设备的破坏，保障了人员的安全。

传统的电流检测设备活动开口处一般存在一定的缝隙，可能使得检测设备容易进灰尘和水。参见图4，本申请实施例中所述第一子设备外壳41的第二端设置有第一凸台，所述第一铅封固定卡7对应所述第一凸台设置有第一密封槽，所述第一凸台与所述第一密封槽活动连接。同样的第三子设备外壳51的第二端设置有第二凸台，所述第二铅封固定卡9对应所述第二凸台设置有第二密封槽，所述第二凸台和所述第二密封槽活动连接，图中未示出。在活动开口处设置密封槽和凸台阶梯结构，使得设备闭合后可以有效防止灰尘、水滴侵入磁芯接触面，有效的提高了设备测量精确度及稳定可靠性。

进一步地，由于本申请中的无源用电感知设备可能需要进行拆开维护或检修，如果操作人员在操作时开口过大则可能会使得设备损坏。参见图5，所述第一设备外壳4和第二设备外壳5均设置有开口限位结构，所述开口限位结构用于限制活动开口的开口范围。开口限位结构的设置有效防止了因使用过程中开口过大，导致的设备损坏。

进一步参见图1，本实施例中的所述取电磁芯包括第一取电磁芯11和第二取电磁芯12，所述第一取电磁芯11设置在所述第一子设备外壳41内，所述第二取电磁芯12设置在所述第二子设备外壳42内，参见图6，所述第一取电磁芯11和所述第二取电磁12对应端交错啮合连接。第一取电磁芯11和第二取电磁芯12间为交错啮合结构，此结构大大加强了磁芯间的接触面积，使结合更可靠。同时保证了良好的磁导率，具有更好的取电性能。

同样地，所述电流采集磁芯包括第一电流采集磁芯13和第二电流采集磁芯14，所述第一电流采集磁芯13设置在所述第三子设备外壳51内，所述第二电流采集磁芯14设置在所述第四子设备外壳52内，所述第一电流采集磁芯13和所述第二电流采集磁14对应端交错啮合连接。第一电流采集磁芯13和第二电流采集磁芯14为交错啮合结构，此结构大大加强了磁芯间的接触面积，使结合更可靠。同时保证了良好的磁导率，使得相比其他开口互感器具有更好测量的精度。

所述第一设备外壳4对应所述套孔2处设置有固定卡扣15，所述固定卡扣15的一端固定设置在所述套孔2处的壳体上，所述固定卡扣15的另一端为活动端。固定卡扣15的设置，使得设备固定在线路上时更加稳定，不会因为线路的摇晃上下晃动。

进一步地，本实施例中所述第一设备外壳4上固定设置有一通信线缆16，所述通信线缆16的一端与所述电路板3电连接，所述通信线缆16的另一端与红外探头17活动连接。红外探头17的设置，可以采集电路温度，进而通过通信线缆传输给内部的电路板，同时进行上报。

具体地，所述通信线缆16的另一端固定设置一RJ11水晶头18，参见图7，所述红外探头17上设置有RJ11接口19，所述通信线缆和所述红外探头17通过RJ11水晶头18和RJ11接口19活动连接。本申请实施例中红外探头17可使用扎带绑于线缆上，红外探头17的外壳上采用专门的扎带槽20，保证扎带扎紧后不脱落。红外探头17下表面为带凸棱的圆弧面，可保证与线缆贴合紧密并可靠固定。

由上述实施例可知，本实施例提供了一种无源用电感知设备，由于设备壳体1设置有活动开口，在使用时可以将无源用电感知设备直接卡在线路上。设置在内部的取电磁芯可以当线路存在电流时生成提供设备运行的电能，电路采集磁芯将一次侧大电流转换成二次侧小电流，供外接设备测量，实现线路电流的测量。进而无需为设备提供额外的工作电源，设备工作与否完全取决于线路中是否存在电流，进而在保证对线路电流进行检测的前提下，降低了操作的风险性。

与上述实施例提供的一种一种无源用电感知设备相对应，本申请还提供了一种无源用电感知系统。参见图8，所述系统包括：设置在电路板上的中央处理器101、电量存储模块102、电量收集模块103、电量管理模块104、信号调理模块105和射频模块106。

所述信号调理模块105分别与所述中央处理器101和电流采集磁芯电连接，所述电量收集模块103和所述射频模块106均匀所述中央处理器101通信连接，所述电量收集模块103还分别与所述电量存储模块102、所述电量管理模块104和取电磁芯电连接，所述中央处理器101还设置一串口107。

通过取电磁芯上的线圈通过电流感应能量，由电能收集模块103收集转化为稳定的电源供给整个系统使用。电流经过互感器感应电流经采样电阻转换为电压信号，通过运放处理至MCU的AD通道采集。通信方式采用433M无线方式通信，射频功率10dbm，采用MCU自带无线控制模块每10S发送电流数据。

中央处理器101，通过三个核心(超低功耗核心SC、主低功耗核心Cortex-M0、无线传输管理核心Cortex-M3)相互协作，完成超低功耗。电能存储模块102使用若干多电容并联方案提高储能电容容量。电量收集模块103采用特殊的低功耗电压限制电路，限制取电部分不稳定的电压(主要是过压)输入到后级，对后级电量管理和储能部分产生损坏。电量管理模块104通过电量管理芯片实现多路电源的动态管理以及稳压输出。信号调理模块105通过电流采样互感器，电流的正弦信号进入运算放大器中调理成主cpu可以采集的(0-4.3V)电压范围。射频模块106主要是射频发送和接受电路(10dBm433M)。串口107通过ttl电平提供配置接口，可以配置ID和传输速率等信号。

本实实施例中中央处理器101使用三个核心处理器协调工作，分时分片段使用不同工作频率来降低整个系统功耗。微低功耗处理核心主要完成数据的采集(长时间运行)，主Cortex-M0核心完成外设初始化和数据处理运算(间歇运行)，无线Cortex-M3核心主要完成无线的处理和发送数据(发送数据时运行)，最后采用方均根算法来计算电流有效值。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种无源用电感知设备，其特征在于，包括：设置有活动开口的设备外壳，所述设备外壳中间设置有套孔，所述套孔对应的设备壳体与其他设备壳体构成一环形密闭空间，所述环形密闭空间内设置有取电磁芯、电流采集磁芯和电路板，所述取电磁芯和所述电流采集磁芯活动套接在所述套孔对应的设备壳体的内壁上，所述电流采集磁芯与所述取电磁芯活动连接，所述电流采集磁芯和所述取电磁芯均与所述电路板电连接。

2.根据权利要求1所述的无源用电感知设备，其特征在于，所述设备外壳包括对称设置的第一设备外壳和第二设备外壳，所述第一设备外壳包括第一子设备外壳和第二子设备外壳，所述第二设备外壳包括第三子设备外壳和第四子设备外壳，所述第一子设备外壳的第一端、所述第二子设备外壳的第一端、所述第三子设备外壳的第一端和所述第四子设备外壳的第一端通过一转轴活动连接，所述第一子设备外壳的第二端和所述第二子设备外壳的第二端构成第一活动开口，所述述第三子设备外壳的第二端和所述第四子设备外壳的第二端构成第二活动开口。

3.根据权利要求2所述的无源用电感知设备，其特征在于，所述第一活动开口处设置有第一铅封结构，所述第二活动开口处第二铅封结构，所述第一铅封结构包括第一铅封固定座和第一铅封固定卡，所述第二铅封结构包括第二铅封固定座和第二铅封固定卡，所述第一铅封固定座与所述第一子设备外壳的第二端固定连接，所述第一铅封固定卡与所述第二子设备外壳的第二端固定连接，所述第二铅封固定座与所述第三子设备外壳的第二端固定连接，所述第二铅封固定卡与所述第四子设备外壳的第二端固定连接，所述铅封固定座和所述铅封固定卡对应设置有铅封孔。

4.根据权利要求3所述的无源用电感知设备，其特征在于，所述第一子设备外壳的第二端设置有第一凸台，所述第一铅封固定卡对应所述第一凸台设置有第一密封槽，所述第一凸台与所述第一密封槽活动连接；第三子设备外壳的第二端设置有第二凸台，所述第二铅封固定卡对应所述第二凸台设置有第二密封槽，所述第二凸台和所述第二密封槽活动连接。

5.根据权利要求2所述的无源用电感知设备，其特征在于，所述第一设备外壳和第二设备外壳均设置有开口限位结构，所述开口限位结构用于限制活动开口的开口范围。

6.根据权利要求5所述的无源用电感知设备，其特征在于，所述取电磁芯包括第一取电磁芯和第二取电磁芯，所述第一取电磁芯设置在所述第一子设备外壳内，所述第二取电磁芯设置在所述第二子设备外壳内，所述第一取电磁芯和所述第二取电磁对应端交错啮合连接。

7.根据权利要求6所述的无源用电感知设备，其特征在于，所述电流采集磁芯包括第一电流采集磁芯和第二电流采集磁芯，所述第一电流采集磁芯设置在所述第三子设备外壳内，所述第二电流采集磁芯设置在所述第四子设备外壳内，所述第一电流采集磁芯和所述第二电流采集磁对应端交错啮合连接。

8.根据权利要求2所述的无源用电感知设备，其特征在于，所述第一设备外壳对应所述套孔处设置有固定卡扣，所述固定卡扣的一端固定设置在所述套孔处的壳体上，所述固定卡扣的另一端为活动端。

9.根据权利要求8所述的无源用电感知设备，其特征在于，所述第一设备外壳上固定设置有一通信线缆，所述通信线缆的一端与所述电路板电连接，所述通信线缆的另一端与红外探头活动连接。

10.一种无源用电感知系统，其特征在于，所述系统基于权利要求1-9任一项所述的无源用电感知设备，所述系统包括：设置在电路板上的中央处理器、电量存储模块、电量收集模块、电量管理模块、信号调理模块和射频模块，所述信号调理模块分别与所述中央处理器和电流采集磁芯电连接，所述电量收集模块和所述射频模块均匀所述中央处理器通信连接，所述电量收集模块还分别与所述电量存储模块、所述电量管理模块和取电磁芯电连接。