CN112379155A - 一种电流监测装置 - Google Patents

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易飞鸿
张明帅
冯建
左君成
袁兴武
李宏勋
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Abstract

本发明提供了一种电流监测装置，包括至少一个电流监测模块，所述电流监测模块包括：采样电阻，所述采样电阻能够连接至被测回路中；以及电流监测扩展单元，所述电流监测扩展单元包括供电模块、采样处理芯片以及均与所述采样处理芯片电连接的信号采集处理模块、通讯模块；其中，所述信号采集处理模块电连接所述采样电阻以采集电流数据，所述通讯模块与数据处理装置电连接。基于本发明的技术方案，采用串联电阻分压的方式，将采样电阻串联到被测回路，监测装置的电路结构简单、成本低，并且相对互感器测量等方法有着不受磁场干扰等优势。

Description

一种电流监测装置
技术领域
本发明涉及电气设备电流监测技术领域，特别地涉及一种电流监测装置。
背景技术
目前的电气设备中运用大量的断路器、接触器、继电器等低压器件来实现相应的控制功能，继电器、接触器在回路中作为电气控制的执行器件，但继电器、接触器可靠性易受环境因素(温度、湿度、粉尘)与电路特性(外部电压变化、大电流拉弧、小电流低电平失效、高频次动作)等多种因素影响。因此，为提升电气设备的安全性和可靠性，需要一种电流监测装置对电气回路进行电流监测，通过对监测数据的处理来评估回路乃至设备的安全性。
电流监测装置需要对多路被测回路的电流数据进行高精度、高速度地采集，并将采集到的电流数据进行打包发送到数据处理装置集中处理。目前电流采集采用的方案是：通过电流互感器将电流信号转换为电压信号，通过ADC进行采集，这种方案需要安装传感器，增加了对空间布局的要求，另外容易受到电气设备内部复杂电磁环境的干扰，采集精度和抗干扰特性较差。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种电流监测装置，监测采用串联电阻分压的方式，将采样电阻串联到被测回路，其电路结构简单、成本低，并且相对互感器测量等方法有着不受磁场干扰等优势。
本发明的一种电流监测装置，包括至少一个电流监测模块，所述电流监测模块包括：
采样电阻，所述采样电阻能够连接至被测回路中；以及
电流监测扩展单元，所述电流监测扩展单元包括供电模块、采样处理芯片以及均与所述采样处理芯片电连接的信号采集处理模块、通讯模块；
其中，所述信号采集处理模块电连接所述采样电阻以采集电流数据，所述通讯模块与数据处理装置电连接。
在一个实施方式中，所述采样处理芯片采用现场可编程门阵列芯片。通过本实施方式，现场可编程门阵列(FPGA)芯片的性能稳定并能够不断地升级迭代，可以有效降低芯片使用过程中的升级、更换的成本。
在一个实施方式中，所述信号采集处理模块采用模数转换器。
在一个实施方式中，所述通讯模块采用低压差分信号总线连接所述数据处理装置。通过本实施方式，低压差分信号(LVDS)传输技术在提供高数据传输率的同时具有较低的功耗，同时其具有高噪声抑制的能力，适合电气柜内复杂的电磁环境。
在一个实施方式中，所述采样电阻通过30芯连接器连接至所述被测回路中。
在一个实施方式中，所述采样电阻采用串联的方式连接至所述被测回路中。
在一个实施方式中，所述供电模块为隔离电源，所述数据处理装置连接外部电源并通过线缆向所述供电模块供电。
在一个实施方式中，所述数据处理装置上设置有用于连接所述外部电源以及所述供电模块的电源接口、用于连接所述通讯模块的通讯接口。
在一个实施方式中，所述外部电源采用110V直流供电，所述数据处理装置向所述供电模块采用24V直流供电。
在一个实施方式中，还包括：
外壳，所述电流监测模块封装于所述外壳中，所述外壳上开设有多个用于设置线缆接口的开口。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明提供的一种电流监测装置，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
本发明的一种电流监测装置，采用串联电阻分压的方式，将采样电阻串联到被测回路，监测装置的电路结构简单、成本低，并且相对互感器测量等方法有着受磁场干扰影响较小等优势。采样电阻采用30芯连接器串联至被测回路，可同时对15路不同的回路的电流信号的采集。同时，电流监测装置采用低压差分信号总线连接数据处理装置，低压差分信号通信技术具有数据传输率高、功耗低、噪声抑制能力强的优点，适合电气柜内复杂的电磁环境。此外，还可以根据被监测环境的需求对电流监测模块的监测位置、模块数量进行灵活的配置。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了本发明的电流监测装置的原理结构示意图；
图2显示了本发明的电流监测装置与被测回路连接时的结构示意图；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
附图标记：
1-电流监测模块，11-采样电阻，12-电流监测扩展单元，121-供电模块，122-采样处理芯片，123-信号采集处理模块，124-通讯模块，2-数据处理装置，21-电源接口，22-通讯接口。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种电流监测装置，包括至少一个电流监测模块1，电流监测模块1包括：
采样电阻11，采样电阻11能够连接至被测回路中；以及
电流监测扩展单元12，电流监测扩展单元12包括供电模块121、采样处理芯片122以及均与采样处理芯片122电连接的信号采集处理模块123、通讯模块124；
其中，信号采集处理模块123电连接采样电阻11以采集电流数据，通讯模块124与数据处理装置2电连接。
具体地，如附图图1与图2所示，电流监测装置主要包括电流监测模块1，电流监测模块1与外部的数据处理装置2连接。使用时，将电流监测模块1中的采样电阻11通过30芯连接器以串联的方式连接至被测回路中；信号采集处理模块123连接采样电阻11并采集器电流数据并将电流数据进行处理后传递给采样处理芯片122，信号采集处理模块123采用模数转换器(ADC)，将采集的电流数据的模拟信号转变为数字信号；采样处理芯片122将电流数据进一步处理后通过通讯模块124传输到数据处理装置2。最后由数据处理装置2对电流数据进行处理分析，以评估被测回路的安全性。
其中，采样电阻11采用串联分压的方式连接至被测回路中进行电流采集，串联的方式实现流过采样电阻11的电流即是被测回路的电流，进而采样电阻11的电流可以实时反映被测回路的电流情况。
进一步地，本发明的电流监测装置可以应用于轨道交通车辆中电气控制屏柜内，轨道交通车辆的电气控制屏柜是本发明的电流监测装置重要的应用场景。轨道交通车辆由于其自身的特点，在运行过程中会接触不同的外接环境，故其内部的电气设备非常容易受到外界环境因素的影响。
而电气控制屏柜是作为轨道交通车辆内最重要的电气设备之一，是车辆电气控制系统不可或缺的部分，关联了车辆的各种控制系统，例如车辆的牵引系统、制动系统、网络系统、空调系统、车门系统等重要系统，电气控制屏柜的稳定运行与车辆的安全、稳定运行直接相关。进而，需要利用本发明的电流监测装置来保证电气控制屏柜内的电气回路的安全。
实际应用时，本发明的电流监测装置中的电流监测模块1整合在外壳中，整体安装于轨道交通车辆的电气控制屏柜内。如附图图2所示，将采样电阻11连接到目标回路中进行电流数据的采集，采样处理芯片122将经过信号采集处理模块123转换的电流数据通过通讯模块124发送至数据处理装置2。数据处理装置2通过进一步处理电流数据就可以反应目标回路的安全性，进而反应轨道交通车辆的电气控制屏柜与车辆本身的运行状况，以便在电气控制屏柜的控制回路出现故障时，及时进行处理来保障车辆的安全运行。
此外，当电流监测装置中的电流监测模块1为多个时，多个电流监测模块1分别独立连接数据处理装置2，如附图图1所示。一个数据处理装置2可以接收多个电流监测模块1发送的数据，这样多个电流监测模块1可以分别监测不同的被测回路，其监测独立进行、互不影响；进一步可以根据被监测环境的需求对电流监测模块1的监测位置、数量进行灵活的配置。
优选地，采样处理芯片122采用现场可编程门阵列芯片。
具体地，现场可编程门阵列(FPGA)芯片的性能稳定并能够不断地升级迭代，可以有效降低芯片使用过程中的升级、更换的成本。
优选地，通讯模块124采用低压差分信号总线连接数据处理装置2。
具体地，低压差分信号(LVDS)传输技术在提供高数据传输率的同时具有较低的功耗，同时其具有高噪声抑制的能力，适合电气柜内复杂的电磁环境。
在一个实施例中，供电模块121为隔离电源，数据处理装置2连接外部电源并通过线缆向供电模块121供电。
外部电源采用110V直流供电，数据处理装置2向供电模块121采用24V直流供电。
具体地，数据处理装置接收外部电源的DC110V供电，同时将部分电能转换为DC24V供向供电模块121，供电模块121将数据处理装置的DC24V供电转换为5V、3.3V等供向对应的各个功能模块。
在一个实施例中，数据处理装置2上设置有用于连接外部电源以及供电模块121的电源接口21、用于连接通讯模块124的通讯接口22。
具体地，如附图图1所示，数据处理装置2上的电源接口21同时连接外部电源的供电线缆以及向供电模块121进行输电的输电线缆、通讯接口22连接LVDS总线。当数据处理装置2上连接的电流监测模块1为多个时，每个电流监测模块1均通过对应的线缆直接连接数据处理装置2。
在一个实施例中，还包括：
外壳，电流监测模块1封装于外壳中，外壳上开设有多个用于设置线缆接口的开口。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种电流监测装置，其特征在于，包括至少一个电流监测模块，所述电流监测模块包括：
采样电阻，所述采样电阻能够连接至被测回路中；以及
电流监测扩展单元，所述电流监测扩展单元包括供电模块、采样处理芯片以及均与所述采样处理芯片电连接的信号采集处理模块、通讯模块；
其中，所述信号采集处理模块电连接所述采样电阻以采集电流数据，所述通讯模块与数据处理装置电连接。
2.根据权利要求1所述的电流监测装置，其特征在于，所述采样处理芯片采用现场可编程门阵列芯片。
3.根据权利要求1所述的电流监测装置，其特征在于，所述信号采集处理模块采用模数转换器。
4.根据权利要求1所述的电流监测装置，其特征在于，所述通讯模块采用低压差分信号总线连接所述数据处理装置。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电流监测装置，其特征在于，所述采样电阻通过30芯连接器连接至所述被测回路中。
6.根据权利要求1至4任一项所述的电流监测装置，其特征在于，所述采样电阻采用串联的方式连接至所述被测回路中。
7.根据权利要求1所述的电流监测装置，其特征在于，所述供电模块为隔离电源，所述数据处理装置连接外部电源并通过线缆向所述供电模块供电。
8.根据权利要求7所述的电流监测装置，其特征在于，所述数据处理装置上设置有用于连接所述外部电源以及所述供电模块的电源接口、用于连接所述通讯模块的通讯接口。
9.根据权利要求7或8所述的电流监测装置，其特征在于，所述外部电源采用110V直流供电，所述数据处理装置向所述供电模块采用24V直流供电。
10.根据权利要求1所述的电流监测装置，其特征在于，还包括：
外壳，所述电流监测模块封装于所述外壳中，所述外壳上开设有多个用于设置线缆接口的开口。
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