CN112362981A - 夹持式微型故障录波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种夹持式微型故障录波器，所述装置包括：二分支电阻电流检测电路模块，所述二分支电阻电流检测电路模块用于测量待测装置的电源电流；蓝牙串口芯片，所述蓝牙串口芯片用于单片机与上位机进行无线通信；单片机，所述单片机用于待测装置电流、电压的测量以及功率的计算；信号滤波放大模块，所述信号滤波放大模块用于将输入的电流信号进行滤波和放大处理后输入所述单片机中进行测量和计算；分压电路，所述分压电路用于将待测装置的电源电压信号降压后输入单片机中进行测量和计算。本发明能够在待测装置的原有电路保持不变的情况下实现电流、电压、功率和信号的测量，装置现场使用方便，测量准确，安全可靠。

Description

夹持式微型故障录波器
技术领域
本发明涉及自动化测量仪表技术领域，尤其涉及一种夹持式微型故障录波器。
背景技术
在自动化装置的缺陷处理工作中，运维人员经常会遇到一些设备间歇性故障，如：电量采集时断时续、同一安装地点的路由器多次损坏、变电站遥测数据经常跳变、频发的误遥信等，运维人员到现场进行处理时，故障又消失了，发现不了故障的真正原因。因此需要研制一款可方便在现场进行临时安装使用的夹持式微型故障录波器，用于长时间连续记录缺陷现场的电压、电流、功率及信号变化情况的装置。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种可长时间工作、便于现场安装使用的夹持式微型故障录波器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种夹持式微型故障录波器，包括：二分支电阻电流检测电路模块，所述二分支电阻电流检测电路模块的输入端通过微型电流互感器的一次线圈与电流引入K1+鳄鱼夹线缆相连，所述二分支电阻电流检测电路模块的输出端与旁路输出K1-鳄鱼夹线缆相连；蓝牙串口芯片，所述蓝牙串口芯片通过串口与单片机相连且用于单片机与上位机进行无线通信；单片机，所述单片机用于待测装置电流、电压的测量以及功率的计算，所述单片机通过SPI接口与SD卡套相连并以标准录波文件格式向SD卡套中的SD卡写入录波数据；信号滤波放大模块，所述信号滤波放大模块的输入端与微型电流互感器的二次线圈相连，所述信号滤波放大模块的输出端与单片机的AD1电压采样端脚相连，所述信号滤波放大模块用于将输入的电流信号进行滤波和放大处理后输入所述单片机中进行测量和计算；分压电路，所述分压电路的输出端与单片机的AD2电压采样端脚相连，所述分压电路的两个输入端分别与电流引入K1+鳄鱼夹线缆、接地K2-鳄鱼夹线缆相连，所述分压电路用于将待测装置的电源电压信号降压后输入单片机中进行测量和计算。
优选方式下，所述二分支电阻电流检测电路模块由第一分支电路、第二分支电路并联组成，所述第一分支电路由电子开关K1和精密小电阻R1串联组成，所述第二分支电路由电子开关K2和精密小电阻R2串联组成，所述二分支电阻电流检测电路模块的输入端为电子开关K1、电子开关K2的公共端，所述二分支电阻电流检测电路模块的输出端为精密小电阻R1、精密小电阻R2的公共端，所述二分支电阻电流检测电路模块用于测量待测装置的电源电流。
优选方式下，所述分压电路为电阻R3、电阻R4的串联电路，所述电阻R3、电阻R4的公共端为分压电路的输出端且与单片机的AD2电压采样端脚相连，所述电阻R3的另一端为分压电路的输入端且通过电流接入端子I+与电流引入K1+鳄鱼夹线缆相连，所述电阻R4的另一端为分压电路的另一输入端且通过接地端子Gd与接地K2-鳄鱼夹线缆相连，所述单片机通过分压电路采样、计算得到待测装置的电源电压UL。
优选方式下，所述鳄鱼夹线缆包括电流引入K1+鳄鱼夹线缆、旁路输出K1-鳄鱼夹线缆和接地K2-鳄鱼夹线缆；所述鳄鱼夹线缆由接线端子、导线和鳄鱼夹依次串联组成，所述电流引入K1+鳄鱼夹线缆的鳄鱼夹为与待测装置电源线的上游裸露点相连的接线夹，所述旁路输出K1-鳄鱼夹线缆的鳄鱼夹为与待测装置电源线的下游裸露点相连的接线夹，所述接地K2-鳄鱼夹线缆的鳄鱼夹为与待测装置电源线的接地线端子相连的接线夹；所述电流引入K1+鳄鱼夹线缆的接线端子与电流接入端子I+相连，所述旁路输出K1-鳄鱼夹线缆的接线端子与电流输出端子I-相连，所述接地K2-鳄鱼夹线缆的接线端子与接地端子Gd相连，所述电流接入端子I+与二分支电阻电流检测电路模块的输入端相连，所述电流输出端子I-与二分支电阻电流检测电路模块的输出端相连，所述接地端子Gd与分压电路的电阻R4相连。
优选方式下，所述第一分支电路中电子开关K1的控制端与单片机IO1端脚相连，当1O1端脚输出高电平时K1闭合，当IO1端脚输出低电平时K1断开；第二分支电路中电子开关K2的控制端与所述单片机IO2端脚相连，当IO2端脚输出高电平时K2闭合，当IO2端脚输出低电平时K2断开。
优选方式下，所述第一分支电路的等效电阻阻值R5为第二分支电路的等效电阻阻值R6的一半，所述第一分支电路的等效电阻由精密小电阻R1、电子开关K1的导通电阻、K1+鳄鱼夹线缆电阻、第一分支电路连接电阻相加得到，第二分支电路的等效电阻由精密小电阻R2、电子开关K2的导通电阻、K1-鳄鱼夹线缆电阻、第二分支电路连接电阻相加得到；第一分支电路等效电阻阻值R5和第二分支电路等效电阻阻值R6存储在单片机中且用于所述单片机计算待测装置的电源电流。
优选方式下，所述单片机测量待测装置的电源电流的过程为：首先断开K2、合上K1，通过单片机的AD1电压采样端脚测量得到I1；再断开K1、合上K2，通过单片机的AD1电压采样端脚测量得到I2，待测装置的电源电流IL可由公式IL＝I1*I2/(R6/R5*I2-I1)计算得到，待测装置的电源功率PL可由公式PL＝UL*IL计算得到。
本发明的有益效果是：本发明能够在待测装置的原有电路保持不变的情况下实现电流、电压、功率和信号的测量，测量过程中不需采用夹钳式电流测量装置，直接用三条鳄鱼夹线缆夹住待测装置电源线上的两个裸漏点和一个接地线端子即可以实现电流、电压、功率的测量，使用方便，测量准确，安全可靠。
附图说明
图1为夹持式微型故障录波器工作原理图；
图2为二分支电阻电流检测方法K1闭合K2断开等效电路图；
图3为二分支电阻电流检测方法K1断开K2闭合等效电路图；
图4为二分支电阻电流检测方法待测装置正常供电电路图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种夹持式微型故障录波器，包括：二分支电阻电流检测电路模块IC5，所述二分支电阻电流检测电路模块IC5的输入端通过微型电流互感器CT1的一次线圈与电流引入K1+鳄鱼夹线缆相连，所述二分支电阻电流检测电路模块IC5的输出端与旁路输出K1-鳄鱼夹线缆相连，所述二分支电阻电流检测电路模块IC5采用并联电阻分流的原理测量待测装置的电源电流；蓝牙串口芯片IC4，所述蓝牙串口芯片IC4通过串口与单片机IC1相连且用于单片机IC1与上位机进行无线通信，通过蓝牙与智能手机或笔记本电脑等上位机交互通信，向上位机上传测量数据或接收上位机的操作指令和设定值；单片机IC1，所述单片机IC1用于待测装置电流、电压的测量以及功率的计算，所述单片机IC1通过SPI接口与SD卡套IC3相连并以标准录波文件格式COMTRADE向SD卡套IC3中的SD卡写入录波数据，SD卡用于记录所述单片机的测量数据，所述单片机IC1通过IOn端脚采样待测装置的信号变化情况，IOn端脚可以有多个；信号滤波放大模块IC2，所述信号滤波放大模块IC2的输入端与微型电流互感器CT1的二次线圈相连，所述微型电流互感器CT1用于测量鳄鱼夹线缆中流过的电流，所述信号滤波放大模块IC2的输出端与单片机IC1的AD1电压采样端脚相连，所述信号滤波放大模块IC2用于将输入的电流信号进行滤波和放大处理后输入所述单片机IC1中进行测量和计算；分压电路，所述分压电路的输出端与单片机的AD2电压采样端脚相连，所述分压电路的两个输入端分别与电流引入K1+鳄鱼夹线缆、接地K2-鳄鱼夹线缆相连，所述分压电路用于将待测装置的电源电压信号降压后输入单片机中进行测量和计算。
如图1所示，所述二分支电阻电流检测电路模块IC5由第一分支电路、第二分支电路并联组成，所述第一分支电路由电子开关K1和精密小电阻R1串联组成，所述第二分支电路由电子开关K2和精密小电阻R2串联组成，所述二分支电阻电流检测电路模块的输入端为电子开关K1、电子开关K2的公共端，所述二分支电阻电流检测电路模块IC5的输出端为精密小电阻R1、精密小电阻R2的公共端，所述二分支电阻电流检测电路模块IC5用于测量待测装置的电源电流。所述二分支电阻电流检测电路模块IC5中第一分支电路的等效电阻阻值和第二分支电路的等效电阻的阻值通过选择适当的精密小电阻，或改变所述鳄鱼夹线缆的长度进行调整，来保证所述二分支电阻电流检测电路模块IC5中的第一分支电路的等效电阻的阻值为第二分支电路的等效电阻的阻值的一半。
如图1所示，所述分压电路为电阻R3、电阻R4的串联电路，所述电阻R3、电阻R4的公共端为分压电路的输出端且与单片机IC1的AD2电压采样端脚相连，所述电阻R3的另一端为分压电路的输入端且通过电流接入端子I+与电流引入K1+鳄鱼夹线缆相连，所述电阻R4的另一端为分压电路的另一输入端且通过接地端子Gd与接地K2-鳄鱼夹线缆相连，所述单片机IC1通过分压电路采样、计算得到待测装置的电源电压UL。
如图1所示，所述鳄鱼夹线缆包括电流引入K1+鳄鱼夹线缆、旁路输出K1-鳄鱼夹线缆和接地K2-鳄鱼夹线缆；所述鳄鱼夹线缆由接线端子、导线和鳄鱼夹依次串联组成，所述电流引入K1+鳄鱼夹线缆的鳄鱼夹为与待测装置电源线的上游裸露点相连的接线夹，所述旁路输出K1-鳄鱼夹线缆的鳄鱼夹为与待测装置电源线的下游裸露点相连的接线夹，所述接地K2-鳄鱼夹线缆的鳄鱼夹为与待测装置电源线的接地线端子相连的接线夹；所述电流引入K1+鳄鱼夹线缆从所述微型电流互感器CT1的一次侧磁感应套管中穿过，所述电流引入K1+鳄鱼夹线缆的接线端子与电流接入端子I+相连，所述旁路输出K1-鳄鱼夹线缆的接线端子与电流输出端子I-相连，所述接地K2-鳄鱼夹线缆的接线端子与接地端子Gd相连，所述电流接入端子I+与二分支电阻电流检测电路模块IC5的输入端相连，所述电流输出端子I-与二分支电阻电流检测电路模块IC5的输出端相连，所述接地端子Gd与分压电路的电阻R4相连。
如图1所示，所述第一分支电路中电子开关K1的控制端与单片机IC1的IO1端脚相连，当IO1端脚输出高电平时K1闭合，当IO1端脚输出低电平时K1断开；第二分支电路中电子开关K2的控制端与所述单片机IC1的IO2端脚相连，当IO2端脚输出高电平时K2闭合，当IO2端脚输出低电平时K2断开。
如图1所示，所述第一分支电路的等效电阻阻值R5为第二分支电路的等效电阻阻值R6的一半，所述第一分支电路的等效电阻由精密小电阻R1、电子开关K1的导通电阻、K1+鳄鱼夹线缆电阻、第一分支电路连接电阻相加得到，第二分支电路的等效电阻由精密小电阻R2、电子开关K2的导通电阻、K1-鳄鱼夹线缆电阻、第二分支电路连接电阻相加得到；第一分支电路等效电阻阻值R5和第二分支电路等效电阻阻值R6存储在单片机IC1中且用于所述单片机IC1计算待测装置的电源电流。
如图1所示，所述单片机IC1测量待测装置的电源电流的过程为：首先断开K2、合上K1，通过单片机IC1的AD1电压采样端脚测量得到I1；再断开K1、合上K2，通过单片机IC1的AD1电压采样端脚测量得到I2，待测装置的电源电流IL可由公式IL＝I1*I2/(R6/R5*I2-I1)计算得到，待测装置的电源功率PL可由公式PL＝Uk*IL计算得到，待测装置正常供电时，K1和K2断开。
如图2、3、4所示，二分支电阻电流检测电路测量原理如下，R0、R5、R6的电阻很小，远小于待测装置的等效电阻RL，R0与“R0和R5并联”与“R0和R6并联”回路连接状态切换时的电阻的变化对装置电源电流的影响很小，既IL1＝IL2＝IL。
当断开K2、合上K1时，等效电路如图2所示，可列如下等式：
I01+I1＝IL (1)
I01*R0＝I1*R5 (2)
当断开K1、合上K2时，等效电路如图3所示，可列如下等式：
I02*R0＝I2*R6 (3)
I02+I2＝IL (4)
R6＝2*R5 (5)
(1)、(2)、(3)、(4)、(5)联立求得待测装置电源电流：
IL＝IL＝I1*I2/(R6/R5*I2-I1)＝I1*I2/(2I2-I1)
本发明夹持式微型故障录波器能够在待测装置的电路保持原状的情况下实现电流、电压和功率的测量，不采用夹钳式电流测量装置，直接用3条鳄鱼夹线缆夹住待测装置电源线上的两个裸露点和一个接地线端子，便可以实现电流、电压和功率的测量及信号状态的记录。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种夹持式微型故障录波器，其特征在于，包括：二分支电阻电流检测电路模块，所述二分支电阻电流检测电路模块的输入端通过微型电流互感器的一次线圈与电流引入K1+鳄鱼夹线缆相连，所述二分支电阻电流检测电路模块的输出端与旁路输出K1-鳄鱼夹线缆相连；蓝牙串口芯片，所述蓝牙串口芯片通过串口与单片机相连且用于单片机与上位机进行无线通信；单片机，所述单片机用于待测装置电流、电压的测量以及功率的计算，所述单片机通过SPI接口与SD卡套相连并以标准录波文件格式向SD卡套中的SD卡写入录波数据；信号滤波放大模块，所述信号滤波放大模块的输入端与微型电流互感器的二次线圈相连，所述信号滤波放大模块的输出端与单片机的AD1电压采样端脚相连，所述信号滤波放大模块用于将输入的电流信号进行滤波和放大处理后输入所述单片机中进行测量和计算；分压电路，所述分压电路的输出端与单片机的AD2电压采样端脚相连，所述分压电路的两个输入端分别与电流引入K1+鳄鱼夹线缆、接地K2-鳄鱼夹线缆相连，所述分压电路用于将待测装置的电源电压信号降压后输入单片机中进行测量和计算。
2.根据权利要求1所述夹持式微型故障录波器，其特征在于，所述二分支电阻电流检测电路模块由第一分支电路、第二分支电路并联组成，所述第一分支电路由电子开关K1和精密小电阻R1串联组成，所述第二分支电路由电子开关K2和精密小电阻R2串联组成，所述二分支电阻电流检测电路模块的输入端为电子开关K1、电子开关K2的公共端，所述二分支电阻电流检测电路模块的输出端为精密小电阻R1、精密小电阻R2的公共端，所述二分支电阻电流检测电路模块用于测量待测装置的电源电流。
3.根据权利要求1所述夹持式微型故障录波器，其特征在于，所述分压电路为电阻R3、电阻R4的串联电路，所述电阻R3、电阻R4的公共端为分压电路的输出端且与单片机的AD2电压采样端脚相连，所述电阻R3的另一端为分压电路的输入端且通过电流接入端子I+与电流引入K1+鳄鱼夹线缆相连，所述电阻R4的另一端为分压电路的另一输入端且通过接地端子Gd与接地K2-鳄鱼夹线缆相连，所述单片机通过分压电路采样、计算得到待测装置的电源电压UL。
4.根据权利要求1所述夹持式微型故障录波器，其特征在于，所述鳄鱼夹线缆包括电流引入K1+鳄鱼夹线缆、旁路输出K1-鳄鱼夹线缆和接地K2-鳄鱼夹线缆；所述鳄鱼夹线缆由接线端子、导线和鳄鱼夹依次串联组成，所述电流引入K1+鳄鱼夹线缆的鳄鱼夹为与待测装置电源线的上游裸露点相连的接线夹，所述旁路输出K1-鳄鱼夹线缆的鳄鱼夹为与待测装置电源线的下游裸露点相连的接线夹，所述接地K2-鳄鱼夹线缆的鳄鱼夹为与待测装置电源线的接地线端子相连的接线夹；所述电流引入K1+鳄鱼夹线缆的接线端子与电流接入端子I+相连，所述旁路输出K1-鳄鱼夹线缆的接线端子与电流输出端子I-相连，所述接地K2-鳄鱼夹线缆的接线端子与接地端子Gd相连，所述电流接入端子I+与二分支电阻电流检测电路模块的输入端相连，所述电流输出端子I-与二分支电阻电流检测电路模块的输出端相连，所述接地端子Gd与分压电路的电阻R4相连。
5.根据权利要求1、2所述夹持式微型故障录波器，其特征在于，所述第一分支电路中电子开关K1的控制端与单片机IO1端脚相连，当IO1端脚输出高电平时K1闭合，当IO1端脚输出低电平时K1断开；第二分支电路中电子开关K2的控制端与所述单片机IO2端脚相连，当IO2端脚输出高电平时K2闭合，当IO2端脚输出低电平时K2断开。
6.根据权利要求1、2所述夹持式微型故障录波器，其特征在于，所述第一分支电路的等效电阻阻值R5为第二分支电路的等效电阻阻值R6的一半，所述第一分支电路的等效电阻由精密小电阻R1、电子开关K1的导通电阻、K1+鳄鱼夹线缆电阻、第一分支电路连接电阻相加得到，第二分支电路的等效电阻由精密小电阻R2、电子开关K2的导通电阻、K1-鳄鱼夹线缆电阻、第二分支电路连接电阻相加得到；第一分支电路等效电阻阻值R5和第二分支电路等效电阻阻值R6存储在单片机中且用于所述单片机计算待测装置的电源电流。
7.根据权利要求1、2、5所述夹持式微型故障录波器，其特征在于，所述单片机测量待测装置的电源电流的过程为：首先断开K2、合上K1，通过单片机的AD1电压采样端脚测量得到I1；再断开K1、合上K2，通过单片机的AD1电压采样端脚测量得到I2，待测装置的电源电流IL可由公式IL＝I1*I2/(R6/R5*I2-I1)计算得到，待测装置的电源功率PL可由公式PL＝UL*IL计算得到。
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