CN113640571A - 一种磁悬浮式远程电流测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁悬浮式远程电流测量装置及测量方法，包括发射装置和接收装置，发射装置包括主板、待测电路、单极天线和移动组件，接收装置包括接收天线电路与主机；主板，用于承载发射装置其他组件；待测电路，分别与单极天线和电磁铁电连接；单极天线，包括介质基底、第一辐射面与接地面，固定安装在主板上；移动组件，包括外壳本体、移动U型件、移动条和电磁铁；主机，与接收天线电路电连接，将接收天线电路接收的信号采集、处理，得到测量电流；本发明针对分布式太阳能发电装置，实现无接触式电流检测，可实时获得电流，方便实用，安全稳定，弥补了市场不足。

Description

一种磁悬浮式远程电流测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮式远程电流测量装置及测量方法，属于电流检测技术领域。

背景技术

在对大规模分布式发电装置进行检测时，尤其是针对太阳能发电装置，检测装置都是与待测电路直接连接，由于分布式的结构导致有些区域需要使用超长导线来解决检测问题，那么带来的问题就是超长导线电流损耗较大，且出现破损较难排查，给电流的测量带来了很多问题。

发明内容

本发明提供一种磁悬浮式远程电流测量装置及测量方法，针对太阳能分布式发电装置，实现无接触式电流检测，可实时获得电流，弥补市场不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磁悬浮式远程电流测量装置，包括发射装置和接收装置，所述发射装置包括主板、待测电路、单极天线以及移动组件，待测电路、单极天线以及移动组件均布设在主板上；

所述移动组件包括组件外壳、移动U型件以及移动条，移动条的一端通过移动U型件连接在组件外壳内，且移动U型件相对组件外壳可发生滑移；

移动条的侧壁贴合在单极天线上，所述单极天线与待测电路电连接，当待测电路电流发生波动时，移动条在单极天线上的位置发生改变，单极天线向外发射的电磁波信号的谐振频率将发生偏移；

所述接收装置包括接收天线电路以及主机，接收天线电路接收单极天线发射的电磁波信号，主机进行采集处理，得到测量电流；

作为本发明的进一步优选，所述单极天线包括介质基底，其安装在主板表面，在介质基底的表面靠近一端的位置安装第一辐射面，介质基底的底面同端部布设接地面，且布设接地面的介质基底底面贴合在主板表面；

所述第一辐射面、接地面分别与待测电路电连接；

作为本发明的进一步优选，所述组件外壳包括外壳本体和电磁铁，外壳本体呈U型结构，外壳本体的封闭端朝向外部，外壳本体的两个垂直臂固定在主板上，外壳本体的凹槽与主板之间形成腔体，在外壳本体的两个垂直臂内侧分别开设与主板平行的移动槽；电磁铁固定在位于腔体内的主板上，同时电磁铁与待测电路电连接；

所述移动U型件包括移动件本体、磁铁和滑轮，移动件本体同样呈U型结构，在移动件本体的U型槽底部安装磁铁，移动件本体的封闭端外侧与移动条的一端垂直固定，移动件本体的垂直臂外侧分别安装滑轮，移动件本体的垂直臂嵌设在外壳本体的腔体内，且滑轮与对应移动槽匹配；

作为本发明的进一步优选，移动条包括移动条本体和第二辐射面，移动条本体贴合在单极天线上的侧壁布设第二辐射面，且第二辐射面位于介质基底表面的另一端，第二辐射面与第一辐射面有重合部分；

作为本发明的进一步优选，所述介质基底采用FR4材料制作；

作为本发明的进一步优选，所述第一辐射面、第二辐射面和接地面采用铜材料制作；

一种基于任一所述的磁悬浮式远程电流测量装置的测量方法，当待测电路产生电流时，与其电连接的电磁铁产生相对移动件本体的排斥力，移动件本体向介质基底的一端移动，带动第二辐射面与第一辐射面重合的部分越来越多，此时单极天线向外发射的电磁波信号的谐振频率将发生偏移；

接收天线电路接收单极天线发出的电磁波信号，并传递给主机，主机对电磁波信号进行采集处理，得出待测电路的电流；

作为本发明的进一步优选，

待测电路产生电流时，电磁铁产生相对移动件本体的排斥力，将此排斥力在垂直于移动件本体封闭端方向的分量定义为F_p，与F_p相反方向的力为移动件本体所受到的自身重力G，待测电路初始产生电流时，F_p大于G，移动件本体沿着移动槽向介质基底的一端移动，第二辐射面与第一辐射面重合的部分越来越多；

随着移动件本体的继续移动，电磁铁与位于移动件本体U型槽底部的磁铁之间间距逐渐增大，F_p逐渐减弱，直至F_p等于G，移动件本体停止移动，此时单极天线向外发射的电磁波信号的谐振频率不再发生变化，接收天线电路接收到的电磁波信号通过主机处理得出的即为此时待测电路的电流；

作为本发明的进一步优选，当待测电路的电流增大时，电磁铁对移动件本体的排斥力增强，移动件本体向介质基底的一端移动，直至达到平衡点停止移动；

同样的，当待测电路的电流减小时，电磁铁对移动件本体的排斥力减弱，移动件本体向介质基底一端的相反方向移动，直至达到另一个平衡点停止移动。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的电流测量装置，安装方便，固定在墙面或者设备面后，主机即可显示测试电流，操作简单；

2、本发明提供的电流测量装置可实时测得电流，且测量获取的数据准确度较高；

3、本发明提供的电流测量装置适用于分布式太阳能发电装置，对各个区域的太阳能板进行非接触式测量，降低人工检测的成本，同时精准定位出现问题的太阳能板，对其进行更换。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的优选实施例的整体结构图；

图2a-图2b是本发明提供的优选实施例的单极天线结构图，其中图2a是单极天线的表面结构示意图，图2b是单极天线的底面结构示意图；

图3a-图3b是本发明提供的优选实施例的单极天线尺寸图，其中图3a是单极天线的表面尺寸图示意图，图3b是单极天线的底面尺寸图示意图；

图4是本发明提供的优选实施例的移动组件分解图；

图5是本发明提供的优选实施例的移动组件剖面图；

图6a-图6b是本发明提供的优选实施例的外壳本体各个视角的结构图；

图7是本发明提供的优选实施例的移动件本体结构图；

图8a-图8b是本发明提供的优选实施例的移动条结构图，其中图8a为移动条的表面结构示意图，图8b为移动条的底面结构示意图；

图9a-图9b是本发明提供的优选实施例的移动条尺寸图，其中图9a为移动条的表面尺寸示意图，图9b为移动条的底面尺寸示意图；

图10a-图10b是本发明提供的优选实施例的整体工作原理图，其中图10a为主视图，图10b为侧视图；

图11是本发明提供的优选实施例的第一辐射面和第二辐射面工作原理示意图；

图12是本发明提供的优选实施例的单极天线在移动组件移动不同距离时的反射系数图。

图中：1为主板，2为待测电路，3为单极天线，31为介质基底，32为第一辐射面，33为接地面，4为移动组件，41为组件外壳，411为外壳本体，412为移动槽，42为移动U型件，421为移动件本体，422为磁铁，423为滑轮，43为移动条，431为移动条本体，432为第二辐射面，44为电磁铁，5为接收天线电路，6为主机。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

由于太阳能分布式的发电装置包括若干块太阳能板，在长时间使用后，某些区域的太阳能板可能出现破损，导致无法及时采集太阳能，人工检测损耗时间较多，且不能实时发现损坏部分，因此基于此，本申请提供一种磁悬浮式远程电流测量装置，无需与待测部分接触就可以实时获取电流数据，而且磁悬浮式的设计还能提高测量的精确度。

具体的，如图1所示，是本申请提供的优选实施例的结构示意图，主体上来说包括发射装置和接收装置，发射装置包括主板1、待测电路2、单极天线3以及移动组件4，待测电路、单极天线以及移动组件均布设在主板上；为了更好的描述各个部分的位置关系，以图1中视角进行阐述，移动组件位于单极天线的下方，移动组件包括组件外壳41、移动U型件42以及移动条43，移动条包括移动条本体431和第二辐射面432，移动条本体的一端通过移动U型件连接在组件外壳内，且移动U型件相对组件外壳可发生滑移；移动条本体的侧壁贴合在单极天线上，实施例中，单极天线与位于单级天线上方的待测电路电连接，当待测电路电流发生波动时，移动条本体在单极天线上的位置发生改变，单极天线向外发射的电磁波信号的谐振频率将发生偏移；图1中还可以看出，接收装置包括接收天线电路5以及主机6，接收天线电路接收单极天线发射的电磁波信号，主机进行采集处理，得到测量电流，以此可以判断匹配的太阳能板是否出现故障，快速准确。

由上述可以知道，电磁波信号谐振频率的改变主要是移动条本体在单极天线上的位置所决定的，图2所示，单极天线包括介质基底31，其安装在主板表面，在介质基底的表面靠近一端的位置安装第一辐射面32(从图2a中可以看出，第一辐射面包括两段，位于图2视角下方的第一段宽度大于位于上方第二段的宽度)，介质基底的底面同端部布设接地面33，且布设接地面的介质基底底面贴合在主板表面；第一辐射面、接地面分别与待测电路电连接；优选实施例中，介质基底采用FR4材料制作；第一辐射面、第二辐射面和接地面采用铜材料制作；图8a-图8b可知，移动条本体贴合在单极天线上的侧壁布设第二辐射面，且第二辐射面位于介质基底表面的另一端；从图11给出的结构工作原理可以看出，第一辐射面与第二辐射面呈一条直线，随着待测电路电流的波动，两者的重合部分发生改变，那么天线的整体结构就发生了改变，从而影响了天线的谐振频率。

至于第一辐射面与第二辐射面的重合，主要是移动条本体与第一辐射面是相对布设的，移动条本体在第一辐射面上发生位置的推移，从而使得单极天线的谐振频率产生偏移，由此可知移动条本体的移动是电磁波信号谐振频率波动的直接体现，在优选实施例中，移动条本体的移动是通过移动U型件连接在组件外壳内实现的，组件外壳包括外壳本体411和电磁铁44，图6a-图6b所示，外壳本体呈U型结构，外壳本体的封闭端朝向外部，外壳本体的两个垂直臂固定在主板上，外壳本体的凹槽与主板之间形成腔体，在外壳本体的两个垂直臂内侧分别开设与主板平行的移动槽412；电磁铁固定在位于腔体内的主板上，同时电磁铁与待测电路电连接；

图4可以看出，移动U型件包括移动件本体421、磁铁422和滑轮423，移动件本体同样呈U型结构，图7所示，在移动件本体的U型槽底部安装磁铁，移动件本体的封闭端外侧与移动条的一端垂直固定，移动件本体的垂直臂外侧分别安装滑轮，移动件本体的垂直臂嵌设在外壳本体的腔体内，图5所示，将滑轮与对应移动槽匹配。当待测电路产生电流时，与其电连接的电磁铁产生相对移动件本体的排斥力，移动件本体向介质基底的一端移动，带动第二辐射面与第一辐射面重合的部分越来越多，也就是说，电磁铁的磁力大小与待测电路的电流大小正相关，电流越大，那么电磁铁的磁力越强，通过电磁铁控制移动件本体的移动以反映待测电路电流的大小。

接着本申请给出了上述测量装置的测量方法，将发射装置安装在太阳能板面上，匹配太阳能板的待测电路产生电流时，电磁铁产生相对移动件本体的排斥力，为了方便描述，图10a-图10b所示，将此排斥力在垂直于移动件本体封闭端方向的分量定义为F_p，与F_p相反方向的力为移动件本体所受到的自身重力G，这里需要额外说明的是，排斥力平行于移动件本体方向的力由于主板和组件外壳的相互作用，发生了抵消；待测电路初始产生电流时，F_p大于G，移动件本体沿着移动槽向介质基底的一端移动(即为图10a-图10b视角中向上方移动)，第二辐射面与第一辐射面重合的部分越来越多；随着移动件本体的继续移动，电磁铁与位于移动件本体U型槽底部的磁铁之间间距逐渐增大，F_p逐渐减弱，直至F_p等于G，移动件本体停止移动；也就是说，当待测电路的电流增大时，电磁铁对移动件本体的排斥力增强，移动件本体向介质基底的一端移动，直至达到平衡点停止移动；同样的，当待测电路的电流减小时，电磁铁对移动件本体的排斥力减弱，移动件本体向介质基底一端的相反方向移动，直至达到另一个平衡点停止移动；此时将单极天线向外发射的电磁波信号的谐振频率不再发生变化，接收天线电路接收单极天线发出的电磁波信号，并传递给主机，主机对电磁波信号进行采集处理，得出此时待测电路的电流。

为了更好的对实施例进行阐述，图3a-图3b，图9a-图9b以及图11分别对各个部件尺寸做了定义，单极天线中介质基底的长度为L₁，宽度为W₁，第一辐射面第一段与接地面的长度均定义为L₂，第一辐射面第一段的宽度为W₂，第一辐射面第二段的长度为L₃，第一辐射面第二段宽度为W₃，移动条的长度为L₄，移动条的宽度为W₄，第二辐射面长度为L₅，第二辐射面宽度为W₅，定义第二辐射面的移动距离为D，第一辐射面与第二辐射面初始时部分重合，D为0，当待测电路的电流增大或者减小时，移动距离D增加或减小，单极天线的整体结构发生改变，天线谐振频率增加或减小，主机所测得的电流也随之发生变化。

在试验时，对各个部件的尺寸进行具体化，以获知电流大小与各个部件位置变化关系，L₁＝80mm，W₁＝32mm，L₂＝15mm，W₂＝4mm，L₃＝25mm，W₃＝1mm，L₄＝55mm，W₄＝16mm，L₅＝15mm，W₅＝0.4mm，将单极天线的反射系数制作成如图12所示的反射系数图，图中横坐标Freq(GHz)为天线的频率，纵坐标S₁₁(dB)为单极天线的反射系数，当移动距离D(如图11所示)为0mm、5mm、10mm、15mm时对应的单极天线的谐振频率以及反射系数如图12中四条曲线所示。在移动组件未移动时(D＝0mm)，单极天线的谐振频率为1.65GHz；在移动组件移动到最大距离时(D＝15mm)，单极天线的谐振频率为2.24GHz，在1.57Hz-2.36Hz频率范围内，单极天线的反射系数均小于-10dB，通过曲线显示可以发现，移动组件移动的距离越大，单极天线的谐振频率变化幅度越大。

综上可知，本申请提供的磁悬浮式远程电流测量装置制作工艺简单，性价比高，待测电路不需与主机直接连接，即可测得实时电流，方便实用，安全稳定，适用范围广，极大弥补了市场的不足。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种磁悬浮式远程电流测量装置，其特征在于：包括发射装置和接收装置，所述发射装置包括主板（1）、待测电路（2）、单极天线（3）以及移动组件（4），待测电路（2）、单极天线（3）以及移动组件（4）均布设在主板（1）上；

所述移动组件（4）包括组件外壳（41）、移动U型件（42）以及移动条（43），移动条（43）的一端通过移动U型件（42）连接在组件外壳（41）内，且移动U型件（42）相对组件外壳（41）可发生滑移；

移动条（43）的侧壁贴合在单极天线（3）上，所述单极天线（3）与待测电路（2）电连接，当待测电路（2）电流发生波动时，移动条（43）在单极天线（3）上的位置发生改变，单极天线（3）向外发射的电磁波信号的谐振频率将发生偏移；

所述接收装置包括接收天线电路（5）以及主机（6），接收天线电路（5）接收单极天线（3）发射的电磁波信号，主机（6）进行采集处理，得到测量电流。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮式远程电流测量装置，其特征在于：所述单极天线（3）包括介质基底（31），其安装在主板（1）表面，在介质基底（31）的表面靠近一端的位置安装第一辐射面（32），介质基底（31）的底面同端部布设接地面（33），且布设接地面（33）的介质基底（31）底面贴合在主板（1）表面；

所述第一辐射面（32）、接地面（33）分别与待测电路（2）电连接。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮式远程电流测量装置，其特征在于：所述组件外壳（41）包括外壳本体（411）和电磁铁（44），外壳本体（411）呈U型结构，外壳本体（411）的封闭端朝向外部，外壳本体（411）的两个垂直臂固定在主板（1）上，外壳本体（411）的凹槽与主板（1）之间形成腔体，在外壳本体（411）的两个垂直臂内侧分别开设与主板（1）平行的移动槽（412）；电磁铁（44）固定在位于腔体内的主板（1）上，同时电磁铁（44）与待测电路（2）电连接；

所述移动U型件（42）包括移动件本体（421）、磁铁（422）和滑轮（423），移动件本体（421）同样呈U型结构，在移动件本体（421）的U型槽底部安装磁铁（422），移动件本体（421）的封闭端外侧与移动条（43）的一端垂直固定，移动件本体（421）的垂直臂外侧分别安装滑轮（423），移动件本体（421）的垂直臂嵌设在外壳本体（411）的腔体内，且滑轮（423）与对应移动槽（412）匹配。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮式远程电流测量装置，其特征在于：移动条（43）包括移动条本体（431）和第二辐射面（432），移动条本体（431）贴合在单极天线（3）上的侧壁布设第二辐射面（432），且第二辐射面（432）位于介质基底（31）表面的另一端，第二辐射面（432）与第一辐射面（32）有重合部分。

5.根据权利要求2所述的磁悬浮式远程电流测量装置，其特征在于：所述介质基底（31）采用FR4材料制作。

6.根据权利要求2所述的磁悬浮式远程电流测量装置，其特征在于：所述第一辐射面（32）、第二辐射面（432）和接地面（33）采用铜材料制作。

7.一种基于权利要求1-6任一所述的磁悬浮式远程电流测量装置的测量方法，其特征在于：当待测电路（2）产生电流时，与其电连接的电磁铁（44）产生相对移动件本体（421）的排斥力，移动件本体（421）向介质基底（31）的一端移动，带动第二辐射面（432）与第一辐射面（32）重合的部分越来越多，此时单极天线（3）向外发射的电磁波信号谐振频率发生偏移；

接收天线电路（5）接收单极天线（3）发出的电磁波信号，并传递给主机（6），主机（6）对电磁波信号进行采集处理，得出待测电路（2）的电流。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮式远程电流测量装置的测量方法，其特征在于：

待测电路（2）产生电流时，电磁铁（44）产生相对移动件本体（421）的排斥力，将此排斥力在垂直于移动件本体（421）封闭端方向的分量定义为F_p，与F_p相反方向的力为移动件本体（421）所受到的自身重力G，待测电路（2）初始产生电流时，F_p大于G，移动件本体（421）沿着移动槽（412）向介质基底（31）的一端移动，第二辐射面（432）与第一辐射面（32）重合的部分越来越多，单极天线（3）向外发射的电磁波信号的谐振频率逐渐发生偏移；

随着移动件本体（421）的继续移动，电磁铁（44）与位于移动件本体（421）U型槽底部的磁铁（422）之间间距逐渐增大，F_p逐渐减弱，直至F_p等于G，移动件本体（421）停止移动，此时单极天线（3）向外发射的电磁波信号的谐振频率不再发生变化，接收天线电路（5）接收到的电磁波信号通过主机（6）处理得出的即为此时待测电路（2）的电流。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮式远程电流测量装置的测量方法，其特征在于：当待测电路（2）的电流增大时，电磁铁（44）对移动件本体（421）的排斥力增强，移动件本体（421）向介质基底（31）的一端移动，直至达到平衡点停止移动；

同样的，当待测电路（2）的电流减小时，电磁铁（44）对移动件本体（421）的排斥力减弱，移动件本体（421）向介质基底（31）一端的相反方向移动，直至达到另一个平衡点停止移动。

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