CN110501559A - 一种电流采集装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电流采集装置，包括：用于将输入至电流采集装置本体的目标电流进行分压，得到2N+1个电压值的分压模块；与分压模块相连，用于分别对2N+1个电压值进行信号放大，得到2N+1个放大信号的差值放大模块；与差值放大模块相连，用于按照预设转换标准分别对2N+1个放大信号进行模数转换，得到2N+1个转换信号的转换器；与转换器相连，用于当2N+1个转换信号中存在大于或等于N+1个信号值均相等的目标转换信号时，则将目标转换信号所对应的电流值判定为电流采集装置本体的采集电流的控制器；其中，N≥1，差值放大模块为基于分压模块的分压原理，能够将分压模块所输出的2N+1个电压值放大为2N+1个放大信号均相等的放大模块。通过该电流采集装置可以相对提高采集电流的准确性与可靠性。

Description

一种电流采集装置

技术领域

本发明涉及信号采集技术领域，特别涉及一种电流采集装置。

背景技术

随着社会经济的不断发展，电流采集装置在工业自动化领域中的应用越来越广泛。目前，市场上所使用的电流采集装置通常是由一路采集电路所组成，由此就无法保证电流采集装置采集结果的准确性。在此情况下，为了提高电流采集装置采集电流的可靠性，通常会将两个电流采集装置进行并联，并在两个电流采集装置的前端设置同样的采样电阻，以利用采样电阻将采集到的电流信号转换为电压信号，并以此来采集作业现场的电流。但是，在采集作业现场电流的过程中，如果采样电阻阻值出现漂移，则无法确定出这两个电流采集装置中到底哪一个是正确的采集电流，由此便无法保证采集电流的准确性与可靠性。目前，针对这一技术问题，还没有较为有效的解决办法。

由此可见，如何提高在对作业现场中电流进行采集时的准确性与可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电流采集装置，以进一步提高在对作业现场中电流进行采集时的准确性与可靠性。其具体方案如下：

一种电流采集装置，包括：用于将输入至电流采集装置本体的目标电流进行分压，得到2N+1个电压值的分压模块；与所述分压模块相连，用于分别对2N+1个电压值进行信号放大，得到2N+1个放大信号的差值放大模块；与所述差值放大模块相连，用于按照预设转换标准分别对2N+1个放大信号进行模数转换，得到2N+1个转换信号的转换器；与所述转换器相连，用于当2N+1个转换信号中存在大于或等于N+1个信号值均相等的目标转换信号时，则将所述目标转换信号所对应的电流值判定为所述电流采集装置本体的采集电流的控制器；其中，N≥1，所述差值放大模块为基于所述分压模块的分压原理，能够将所述分压模块所输出的2N+1个电压值放大为2N+1个放大信号均相等的放大模块。

优选的，所述分压模块包括：

用于将输入至所述电流采集装置本体的所述目标电流进行分压，得到第一电压值、第二电压值和第三电压值的电阻分压电路。

优选的，所述差值放大模块包括：

用于对所述第一电压值进行信号放大，得到第一放大信号的第一差分放大器；

用于对所述第二电压值进行信号放大，得到第二放大信号的第二差分放大器；

用于对所述第三电压值进行信号放大，得到第三放大信号的第三差分放大器。

优选的，所述转换器包括：

用于按照所述预设转换标准对所述第一放大信号进行模数转换，得到第一转换信号的第一ADC；

用于按照所述预设转换标准对所述第二放大信号进行模数转换，得到第二转换信号的第二ADC；

用于按照所述预设转换标准对所述第三放大信号进行模数转换，得到第三转换信号的第三ADC。

优选的，还包括：

用于对所述第一ADC和所述控制器的供电电压进行隔离的第一隔离芯片；

用于对所述第二ADC和所述控制器的供电电压进行隔离的第二隔离芯片；

用于对所述第三ADC和所述控制器的供电电压进行隔离的第三隔离芯片。

优选的，所述第一隔离芯片和/或所述第二隔离芯片和/或所述第三隔离芯片具体为光耦或磁耦。

优选的，还包括：

用于接收所述控制器发送的第一数字检测信号，将所述第一数字检测信号转换为第一模拟信号，并将所述第一模拟信号通过所述第一ADC发送至所述控制器，以使所述控制器对所述第一数字检测信号进行自检的第一DAC；

用于接收所述控制器发送的第二数字检测信号，将所述第二数字检测信号转换为第二模拟信号，并将所述第二模拟信号通过所述第二ADC发送至所述控制器，以使所述控制器对所述第二数字检测信号进行自检的第二DAC；

用于接收所述控制器发送的第三数字检测信号，将所述第三数字检测信号转换为第三模拟信号，并将所述第三模拟信号通过所述第三ADC发送至所述控制器，以使所述控制器对所述第三数字检测信号进行自检的第三DAC。

优选的，所述控制器具体为集成有MCU和FPGA的控制器。

可见，在本发明中，首先是利用分压模块对输入至电流采集装置本体的目标电流进行分压，得到2N+1个电压值；然后，再利用预先所设置好的差值放大模块分别对2N+1个电压值进行信号放大，得到2N+1个放大信号；之后，再利用转换器按照预设转换标准分别对2N+1个放大信号进行模数转换，得到2N+1个转换信号；最后，当控制器判断得到这2N+1个转换信号中存在大于或等于N+1个信号值均相等的目标转换信号时，则将目标转换信号所对应的电流值判定为电流采集装置本体的采集电流。显然，通过本发明所提供的电流采集装置，相当于是利用分压模块、差值放大模块与转换器将输入至电流采集装置本体的目标电流分成了2N+1个电流采集通道，因为差值放大模块是基于分压模块的分压原理所设计的，所以，如果电流采集装置在没有受到采样电阻阻值漂移影响的情况下，差值放大模块就能够将分压模块所输出的2N+1个电压值放大为2N+1个数值均相等的放大信号。并且，控制器是在检测到这2N+1个电流采集通道中存在大于或等于N+1个电流采集通道采集转换得到的转换信号均相等时，才将目标转换信号所对应的电流值判定为电流采集装置本体的采集电流，这样就可以避免现有技术当中所出现的采样电阻阻值出现漂移，而无法确定正确采集电流的现象，由此就可以进一步提高在对作业现场中电流进行采集时的准确性与可靠性。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种电流采集装置的结构图；

图2为本发明实施例所提供的另一种电流采集装置的结构图。

图3为本发明实施例所提供的又一种电流采集装置的结构图；

图4为本发明实施例所提供的一种开关量采集装置的结构图。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例所提供的一种电流采集装置的结构图，该电流采集装置包括：用于将输入至电流采集装置本体的目标电流进行分压，得到2N+1个电压值的分压模块11；与分压模块11相连，用于分别对2N+1个电压值进行信号放大，得到2N+1个放大信号的差值放大模块12；与差值放大模块12相连，用于按照预设转换标准分别对2N+1个放大信号进行模数转换，得到2N+1个转换信号的转换器13；与转换器13相连，用于当2N+1个转换信号中存在大于或等于N+1个信号值均相等的目标转换信号时，则将目标转换信号所对应的电流值判定为电流采集装置本体的采集电流的控制器14；

其中，N≥1，差值放大模块12为基于分压模块11的分压原理，能够将分压模块11所输出的2N+1个电压值放大为2N+1个放大信号均相等的放大模块。

在本实施例中，为了提高电流采集装置采集结果的准确性与可靠性，是在电流采集装置中设置了分压模块11、差值放大模块12、转换器13以及控制器14。具体的，当电流采集装置采集目标电流时，首先会利用分压模块11将输入至电流采集装置本体的目标电流进行分压，得到2N+1个电压值；然后，再利用差值放大模块12分别对2N+1个电压值进行信号放大，得到2N+1个放大信号；之后，再利用转换器13按照预设转换标准分别对2N+1个放大信号进行模数转换，得到2N+1个转换信号；最后，再利用控制器14判断这2N+1个转换信号中是否存在大于或等于N+1个信号值均相等的目标转换信号，如果这2N+1个转换信号中存在大于或等于N+1个信号值均相等的目标转换信号时，则将目标转换信号所对应的电流值判定为电流采集装置的输出电流，也即，电流采集装置的实际采集电流。

值得注意的是，在本实施例中，差值放大模块12为基于分压模块11的分压原理，能够将分压模块11所输出的2N+1个电压值放大为2N+1个放大信号均相等的放大模块，也即，是预先通过对差值放大模块12进行设置，以使得差值放大模块12在对2N+1个电压值进行信号放大之后，可以在理论上输出2N+1个放大值均相等的放大信号。也就是说，通过电流采集装置中所设置的分压模块11对目标电流进行分压，得到2N+1个电压值之后，这2N+1个电压值的数值可以相同，也可以不同；如果2N+1个电压值数值相同，则通过差值放大模块对2N+1个电压值放大相同倍数，即可得到2N+1个数值相同的放大信号；如果2N+1个电压值数值不相同，则通过差值放大模块对2N+1个电压值放大不同倍数，并最终使得差值放大模块输出得到2N+1个数值相同的放大信号即可。

能够想到的是，如果电流采集装置没有受到采样电阻阻值漂移的影响，在此情况下，通过分压模块11和差值放大模块12会将输入至电流采集本体的目标电流分离为2N+1个放大值均相等的放大信号，此时，再利用转换器13按照预设转换标准对这2N+1个放大信号进行模数转换时，理论上就会得到2N+1个转换信号均相等的转换信号，那么，控制器14在判定电流采集装置采集电流的过程中，就会将这2N+1个转换信号中的任意一个转换信号所对应的电流值判定为电流采集装置的采集电流。

但是，如果电流采集装置受到采样电阻阻值漂移的影响，那么，在此情况下，通过分压模块11和差值放大模块12虽然会将输入至电流采集装置本体的目标电流分离为2N+1个放大信号，但是，这2N+1个放大信号可能不会完全相等，此时，转换器13会通过预设转换标准对这2N+1个放大信号进行模数转换，并得到2N+1个转换信号，在此情况下，控制器14会判断这2N+1个转换信号中是否存在大于或等于N+1个信号值均相等的目标转换信号，如果这2N+1个转换信号中存在目标转换信号，则将目标转换信号判定为电流采集装置的采集电流，也即，会将2N+1个转换信号中数量更多，并且，数值相同的转换信号所对应的电流值判定为电流采集装置的采集电流，并以此来保证电流采集装置采集结果的可靠性与可信度；如果这2N+1个转换信号中不存在目标转换信号时，则说明此时电流采集装置的采集结果受到采样电阻阻值漂移的干扰较为严重，这样获取到的采集结果并不可靠，此时，可以重新进行采集。

可见，在本实施例中，首先是利用分压模块对输入至电流采集装置本体的目标电流进行分压，得到2N+1个电压值；然后，再利用预先所设置好的差值放大模块分别对2N+1个电压值进行信号放大，得到2N+1个放大信号；之后，再利用转换器按照预设转换标准分别对2N+1个放大信号进行模数转换，得到2N+1个转换信号；最后，当控制器判断得到这2N+1个转换信号中存在大于或等于N+1个信号值均相等的目标转换信号时，则将目标转换信号所对应的电流值判定为电流采集装置本体的采集电流。显然，通过本实施例所提供的电流采集装置，相当于是利用分压模块、差值放大模块与转换器将输入至电流采集装置本体的目标电流分成了2N+1个电流采集通道，因为差值放大模块是基于分压模块的分压原理所设计的，所以，如果电流采集装置在没有受到采样电阻阻值漂移影响的情况下，差值放大模块就能够将分压模块所输出的2N+1个电压值放大为2N+1个数值均相等的放大信号。并且，控制器是在检测到这2N+1个电流采集通道中存在大于或等于N+1个电流采集通道采集转换得到的转换信号均相等时，才将目标转换信号所对应的电流值判定为电流采集装置本体的采集电流，这样就可以避免现有技术当中所出现的采样电阻阻值出现漂移，而无法确定正确采集电流的现象，由此就可以进一步提高在对作业现场中电流进行采集时的准确性与可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，分压模块11包括：

用于将输入至电流采集装置本体的目标电流进行分压，得到第一电压值、第二电压值和第三电压值的电阻分压电路。

具体的，可以将分压模块11设置为电阻分压电路，也即，利用电阻分压电路来将输入至电流采集装置本体的目标电流进行分压，并以此来将输入至电流采集装置本体的目标电流进行分压处理。这样不仅保证了分压模块11在实际应用当中的可实施性，而且，由于电阻分压电路相比于其它分压装置而言，造价成本相对低廉，所以，当将分压模块11设置为电阻分压电路时，就可以相对降低分压模块的造价成本。

作为一种优选的实施方式，差值放大模块12包括：

用于对第一电压值进行信号放大，得到第一放大信号的第一差分放大器；

用于对第二电压值进行信号放大，得到第二放大信号的第二差分放大器；

用于对第三电压值进行信号放大，得到第三放大信号的第三差分放大器。

在本实施例中，是将差值放大模块12设置为第一差分放大器、第二差分放大器和第三差分放大器，并利用第一差分放大器来对第一电压值进行信号放大，得到第一放大信号，利用第二差分放大器来对第二电压值进行信号放大，得到第二放大信号，利用第三差分放大器来对第三电压值进行信号放大，得到第三放大信号。能够想到的是，当利用三个差分放大器分别来对第一电压值、第二电压值和第三电压值进行信号放大时，就可以避免在对第一电压值、第二电压值和第三电压值进行信号放大过程中的相互干扰，由此就能够进一步提升在对第一电压值、第二电压值和第三电压值进行信号放大时，信号放大结果的准确性以及可靠性。

可见，通过本实施例所提供的技术方案，可以进一步提高电流采集装置检测结果的准确性。

作为一种优选的实施方式，转换器13包括：

用于按照预设转换标准对第一放大信号进行模数转换，得到第一转换信号的第一ADC；

用于按照预设转换标准对第二放大信号进行模数转换，得到第二转换信号的第二ADC；

用于按照预设转换标准对第三放大信号进行模数转换，得到第三转换信号的第三ADC。

可以理解的是，在利用控制器14对输入至电流采集装置本体中的目标电流进行分析的过程中，控制器14是通过对数字信号进行分析才得出最终的分析结果，所以，在本实施例中，为了与上述实施例中所提供分压模块11和差值放大模块12相适应，是在转换器13中设置了三路ADC(Analog to Digital Converter，模/数转换器)，因为ADC能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，所以，第一ADC、第二ADC和第三ADC就能够按照预设转换标准分别将第一放大信号、第二放大信号和第三放大信号进行模数转换，相应得到第一转换信号、第二转换信号以及第三转换信号，也即，第一放大信号、第二放大信号和第三放大信号均为数字信号，这样控制器14就可以对电流采集装置所采集到的电流进行分析与判断。

作为一种优选的实施方式，上述电流采集装置还包括：

用于对第一ADC和控制器14的供电电压进行隔离的第一隔离芯片；

用于对第二ADC和控制器14的供电电压进行隔离的第二隔离芯片；

用于对第三ADC和控制器14的供电电压进行隔离的第三隔离芯片。

可以理解的是，在实际应用当中，对第一ADC和控制器14进行供电的供电电压各不相同，由此就会导致电流采集装置在采集电流的过程中，可能会出现相互干扰的现象。

在本实施例中，为了避免上述情况的发生，是在电流采集装置中设置了用于对第一ADC和控制器14的供电电压进行隔离的第一隔离芯片，这样就可以相对保证电流采集装置在使用过程中的安全性以及可靠性。基于同样的理由，在本实施例中，还在电流采集装置中设置了用于对第二ADC和控制器14的供电电压进行隔离的第二隔离芯片以及用于对第三ADC和控制器14的供电电压进行隔离的第三隔离芯片。

可见，通过本实施例所提供的技术方案，进一步保证了电流采集装置在使用过程中的整体可靠性。

作为一种优选的实施方式，第一隔离芯片和/或第二隔离芯片和/或第三隔离芯片具体为光耦或磁耦。

具体的，可以将第一隔离芯片和/或第二隔离芯片和/或第三隔离芯片设置为光耦(Opticalcoupler Equipment，OCEP)，因为光耦不仅具有单向传输信号的能力，而且，在光耦的输入端和输出端能够完全实现电气隔离，由此就保证了信号在传输过程中的整体可靠性。

或者，还可以将隔离芯片和/或第二隔离芯片和/或第三隔离芯片设置为磁耦，因为磁耦不仅能够消除不确定的电流传送比率以及随时间漂移和随温度漂移的问题，而且，磁耦还能够在低功耗的情况下实现150Mbps的高速数据隔离，由此就能够使得第一ADC、第二ADC和第三ADC可以直接与各种高速的控制芯片直接连接。

基于上述实施例所公开的内容，本实施例通过一个具体例子进行说明。请参见图2，图2为本发明实施例所提供的另一种电流采集装置的结构图。在该电流采集装置中，分压模块11具体为由电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16所组成的电阻分压电路，差值放大模块12包括第一差分放大器、第二差分放大器以及第三差分放大器，转换器13包括第一ADC、第二ADC和第三ADC，还包括第一隔离芯片、第二隔离芯片、第三隔离芯片和控制器；

其中，电阻R11的第一端分别与电阻R13的第一端、电阻R14的第一端和电流采集装置的第一接线端子相连，电阻R11的第二端分别与电阻R12的第一端、电阻R15的第一端和电阻R16的第一端相连，电阻R12的第二端与电流采集装置的第二接线端子相连，并接地，电阻R13的第二端与第一差分放大器的正相输入端相连，第一差分放大器的负相输入端与第七电阻的第一端相连，第七电阻的第二端接地，电阻R14的第二端和电阻R15的第二端分别与第二差分放大器的正相输入端和负相输入端相连，电阻R16的第二端与第三差分放大器的正相输入端相连，第三差分放大器的负相输入端与第八电阻的第一端相连，第八电阻的第二端接地；第一差分放大器的输出端、第二差分放大器的输出端以及第三差分放大器的输出端分别与第一ADC的输入端、第二ADC的输入端和第三ADC的输入端相连，第一ADC的输出端、第二ADC的输出端和第三ADC的输出端分别与第一隔离芯片的输入端、第二隔离芯片的输入端以及第三隔离芯片的输入端相连，第一隔离芯片的输出端、第二隔离芯片的输出端以及第三隔离芯片的输出端与控制器14相连。

具体的，当目标电压通过电流采集装置中的限流防护电路进入二线制供电端子时，目标电压会对工业现场中的仪表进行供电，此时，目标电流从电流采集装置的第一接线端子流入，并从电流采集装置的第二接线端子流出，在此情况下，目标电流会经由电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15以及电阻R16所组成的电阻分压电路分成三路电压，在此可以将其分别标记为V1、V2和V3，然后，再分别通过第一差分放大器、第二差分放大器和第三差分放大器对V1、V2和V3进行差值放大，得到三路放大信号，在此可以将其分别标记为A1、A2和A3，之后，再经由第一ADC、第二ADC和第三ADC分别按照预设转换标准对A1、A2和A3进行模数转换，得到三路转换信号，在此将其分别标记为B1、B2和B3，最后，控制器14通过对B1、B2和B3进行比较，判断B1、B2和B3中是否存在两路信号值相等的目标转换信号，如果存在，则将该目标转换信号判定为该电流采集装置的采集电流。显然，通过该电流采集装置可以将错误的电流采集值进行剔除，由此就可以相对保证电流采集装置采集结果的准确性与可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，请参见图3，图3为本发明实施例所提供的又一种电流采集装置的结构图。具体的，上述电流采集装置还包括：

用于接收控制器14发送的第一数字检测信号，将第一数字检测信号转换为第一模拟信号，并将第一模拟信号通过第一ADC发送至控制器14，以使控制器14对第一数字检测信号进行自检的第一DAC；

用于接收控制器14发送的第二数字检测信号，将第二数字检测信号转换为第二模拟信号，并将第二模拟信号通过第二ADC发送至控制器14，以使控制器14对第二数字检测信号进行自检的第二DAC；

用于接收控制器14发送的第三数字检测信号，将第三数字检测信号转换为第三模拟信号，并将第三模拟信号通过第三ADC发送至控制器14，以使控制器14对第三数字检测信号进行自检的第三DAC。

为了进一步保证电流采集装置采集电流的准确性与可靠性，还在电流采集装置中分别设置了第一DAC、第二DAC和第三DAC。由于第一DAC、第二DAC和第三DAC的工作原理相类似，所以，在本实施例中，是以第一DAC为例进行说明。具体的，在本实施例中，是利用第一DAC来接收控制器14发送的第一数字检测信号，并将第一数字检测信号转换为第一模拟信号，之后，第一DAC会将第一模拟信号通过第一ADC发送至控制器14，以使控制器14可以对第一数字检测信号进行自检。具体的，当第一ADC接收到第一DAC所发送的第一模拟信号时，第一ADC会将第一模拟信号转换成与第一模拟信号相对应的第一数字信号，然后，第一ADC会将第一数字信号发送至控制器，这样控制器就可以将反馈回来的第一数字信号与第一数字检测信号进行比较，以对第一数字检测信号进行自检，由此就可以进一步保证模拟信号和/或数字信号在转换过程中的准确性与可信度。

请参见图3，在实际应用当中，还可以分别在第一ADC、第二ADC和第三ADC的前端添加模拟开关和滤波模块来辅助第一数字检测信号、第二数字检测信号和第三数字检测信号的自检过程。此处，以第一ADC前端所设置的模拟开关和滤波模块为例进行说明。也即，通过第一ADC前端的模拟开关将第一DAC与第一ADC接通，再通过第一ADC前端的滤波模块对第一检测信号进行滤波，这样就可以使得电流采集装置的自检过程更加准确与可靠，比如：如果第一DAC输出的是阶梯方波信号，那么，第一ADC也应该采集到的是阶梯方波信号。同理，第二ADC和第三ADC前端的模拟开关和滤波模块与第一ADC前端的模拟开关和滤波模块的作用相类似，故在此不再一一赘述。

此外，还可以在第一差值放大器、第二差值放大器和第三差值放大器的前端分别设置防护电路和共模电感来进一步提高电流采集装置在运行过程中的整体可靠性。并且，在实际应用当中，还可以将控制器14设置为多个子控制器，也即，分别在第一隔离芯片、第二隔离芯片和第三隔离芯片的后级设置相互独立的第一子控制器、第二子控制器和第三子控制器，以避免采集信号之间的相互串扰，由此就可以进一步提高电流采集装置采集结果的精确程度。

可见，通过本实施例所提供的技术方案，可以进一步保证电流采集装置采集结果的整体可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，控制器14具体为集成有MCU和FPGA的控制器。

具体的，在本实施例中，是将控制器14设置为集成有MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)和FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)的控制器。因为MCU和FPGA都是具有强大逻辑计算功能的逻辑计算芯片，所以，当将控制器14设置为集成有MCU和FPGA的控制器时，就可以使得控制器14具有更强的计算处理功能，由此就可以进一步加快电流采集装置在判定有效电流值时的速度。

可见，通过本实施例所提供的技术方案，可以相对提高控制器的处理速度。

目前，在市场上见到的开关量采集装置通常是由一条采集电路组成，在此背景下，为了满足作业现场采集开关量的可靠性，通常会将两个开关量采集装置进行并联，然后，通过判断两个开关量采集装置的采集量是否一致，再来决定作业现场当中开关量的取值。如果两个开关量采集装置采集到的信号不一致时，就无法确认哪一路开关量才是正确的取值，由此就无法保证采集开关量的准确性与可靠性。针对此类问题，还可以根据上述实施例所提供电流采集装置的工作原理来重新设置开关量采集装置的结构，并以此来进一步提高开关量采集装置采集结果的准确性与可靠性。

请参见图4，图4为本发明实施例所提供的一种开关量采集装置的结构图。该开关量采集装置包括电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27和电阻R28，MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q3，第一逻辑器件、第二逻辑器件、第三逻辑器件、第一4-16译码器、第二4-16译码器、第三4-16译码器、第一选择开关、第二选择开关、第三选择开关、隔离芯片21、隔离芯片22、隔离芯片23、第一控制器、第二控制器和第三控制器；

其中，开关量采集装置的第一接线端子与二极管的正极相连，二极管的负极与电阻R21的第一端相连，电阻R21的第二端分别与电阻R22的第一端、电阻R23的第一端、电阻R24的第一端和电阻R25的第一端相连，电阻R22的第二端接地；电阻R23的第二端分别与电阻R26的第一端和MOS管Q1的栅极相连，电阻R26的第二端与第一逻辑器件的第一端相连，第一逻辑器件的第二端与第一选择开关的第一端相连，第一选择开关的第二端与隔离芯片21的第一输入端相连，隔离芯片21的第二输入端与第一控制器相连，隔离芯片21的输出端与第一4-16译码器的输入端相连，第一4-16译码器的输出端与MOS管Q1的源极相连，MOS管Q1的漏极接地；电阻R24的第二端分别与电阻R27的第一端和MOS管Q2的栅极相连，电阻R27的第二端与第二逻辑器件的第一端相连，第二逻辑器件的第二端与第二选择开关的第一端相连，第二选择开关的第二端与隔离芯片22的第一输入端相连，隔离芯片22的第二输入端与第二控制器相连，隔离芯片22的输出端与第二4-16译码器的输入端相连，第二4-16译码器的输出端与MOS管Q2的源极相连，MOS管Q2的漏极接地；电阻R25的第二端分别与电阻R28的第一端和MOS管Q3的栅极相连，电阻R28的第二端与第三逻辑器件的第一端相连，第三逻辑器件的第二端与第三选择开关的第一端相连，第三选择开关的第二端与隔离芯片23的第一输入端相连，隔离芯片23的第二输入端与第三控制器相连，隔离芯片23的输出端与第三4-16译码器的输入端相连，第三4-16译码器的输出端与MOS管Q3的源极相连，MOS管Q3的漏极接地。

在该开关量采集装置中，当目标电压通过开关量采集装置中的限流防护电路经过二极管进入开关量采集装置的第二接线端子，并通过与第二接线端子相连的第一接线端子进入开关量采集装置的内部时，会通过电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24和电阻R25所组成的分压电路将目标电压送入三条独立的采集通道，并根据采集结果判断各自采集通道上的开关量，其中，各个采集通道中MOS管的栅极电压会受与之相连的4-16译码器的控制，也即，MOS管Q1的栅极电压受第一4-16译码器的控制、MOS管Q2的栅极电压受第二4-16译码器的控制、MOS管Q3的栅极电压受第三4-16译码器的控制。

在该开关量采集装置采集现场的开关量时，MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q3的栅极电压为低电平，MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q3的源极和漏极高阻抗隔离，此时，第一逻辑芯片、第二逻辑芯片和第三逻辑芯片采集各自采集通道上的开关量。

其中，现场开关量信号默认为高电平“1”，当现场开关因为某种原因被闭合时，现场开关量信号才为低电平“0”，所以，第一选择开关、第二选择开关、第三选择开关、第一4-16译码器、第二4-16译码器、第三4-16译码器、MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q3通过相互配合用于完成信号的采集以及周期性的诊断开关量通道是否为低电平“0”，也即，在开关量采集装置正常采集的空闲周期，MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q3的栅极电压均为高电平，MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q3的源极和漏极低阻抗导通，此时，电阻R26与电阻R23连接处的电压为低电平(约为0V)，在此情况下，第一逻辑芯片采集到的电平值为低电平。换言之，也就是通过此种方式来检测开关量采集装置中的电子元器件是否处于正常工作状态。

当第一控制器采集得到第一采集通道的电平值、第二控制器采集得到第二采集通道的电平值、第三控制器采集得到第三采集通道的电平值之后，第一控制器、第二控制器和第三控制器通过信息交互，判断第一采集通道、第二采集通道和第三采集通道采集到的电平值中是否存在两路相等的目标电平值，如果存在，则认为目标电平值为该开关量采集装置的采集结果，如果不存在，则认为该开关量采集装置的此次采集结果并不可靠，在此情况下，就可以重新对现场中的开关量进行采集。

具体的，可以将电阻R21和电阻R22的阻值设置为5KΩ，电阻R23、电阻R24和电阻R25的阻值设置为90KΩ，电阻R26、电阻R27和电阻R28的阻值设置为10KΩ；并将MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q3设置为N沟道增强型MOS管。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

最后，还需要说明的是，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。

以上对本发明所提供的一种电流采集装置进行了详细介绍，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 (8)

1.一种电流采集装置，其特征在于，包括：用于将输入至电流采集装置本体的目标电流进行分压，得到_2N+1个电压值的分压模块；与所述分压模块相连，用于分别对_2N+1个电压值进行信号放大，得到_2N+1个放大信号的差值放大模块；与所述差值放大模块相连，用于按照预设转换标准分别对_2N+1个放大信号进行模数转换，得到_2N+1个转换信号的转换器；与所述转换器相连，用于当_2N+1个转换信号中存在大于或等于_N+1个信号值均相等的目标转换信号时，则将所述目标转换信号所对应的电流值判定为所述电流采集装置本体的采集电流的控制器；其中，_N≥1，所述差值放大模块为基于所述分压模块的分压原理，能够将所述分压模块所输出的_2N+1个电压值放大为_2N+1个放大信号均相等的放大模块。

2.根据权利要求1所述的电流采集装置，其特征在于，所述分压模块包括：

用于将输入至所述电流采集装置本体的所述目标电流进行分压，得到第一电压值、第二电压值和第三电压值的电阻分压电路。

3.根据权利要求2所述的电流采集装置，其特征在于，所述差值放大模块包括：

用于对所述第一电压值进行信号放大，得到第一放大信号的第一差分放大器；

用于对所述第二电压值进行信号放大，得到第二放大信号的第二差分放大器；

用于对所述第三电压值进行信号放大，得到第三放大信号的第三差分放大器。

4.根据权利要求3所述的电流采集装置，其特征在于，所述转换器包括：

用于按照所述预设转换标准对所述第一放大信号进行模数转换，得到第一转换信号的第一ADC；

用于按照所述预设转换标准对所述第二放大信号进行模数转换，得到第二转换信号的第二ADC；

用于按照所述预设转换标准对所述第三放大信号进行模数转换，得到第三转换信号的第三ADC。

5.根据权利要求4所述的电流采集装置，其特征在于，还包括：

用于对所述第一ADC和所述控制器的供电电压进行隔离的第一隔离芯片；

用于对所述第二ADC和所述控制器的供电电压进行隔离的第二隔离芯片；

用于对所述第三ADC和所述控制器的供电电压进行隔离的第三隔离芯片。

6.根据权利要求5所述的电流采集装置，其特征在于，所述第一隔离芯片和/或所述第二隔离芯片和/或所述第三隔离芯片具体为光耦或磁耦。

7.根据权利要求4所述的电流采集装置，其特征在于，还包括：

用于接收所述控制器发送的第一数字检测信号，将所述第一数字检测信号转换为第一模拟信号，并将所述第一模拟信号通过所述第一ADC发送至所述控制器，以使所述控制器对所述第一数字检测信号进行自检的第一DAC；

用于接收所述控制器发送的第二数字检测信号，将所述第二数字检测信号转换为第二模拟信号，并将所述第二模拟信号通过所述第二ADC发送至所述控制器，以使所述控制器对所述第二数字检测信号进行自检的第二DAC；

用于接收所述控制器发送的第三数字检测信号，将所述第三数字检测信号转换为第三模拟信号，并将所述第三模拟信号通过所述第三ADC发送至所述控制器，以使所述控制器对所述第三数字检测信号进行自检的第三DAC。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电流采集装置，其特征在于，所述控制器具体为集成有MCU和FPGA的控制器。