CN115541969A - 非接触式电流电压复合测量设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种非接触式电流电压复合测量设备及系统，设备包括：电流信号检测装置、电压信号检测装置、过零检测电路和控制单元。实施时，电流信号检测装置在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电流产生电流感应电动势；电压信号检测装置在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电压产生电压感应电动势。过零检测电路对电流感应电动势和电压感应电动势进行过零检测以确定二者的相位差。控制单元对相位差进行校准后可以同时输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值，本申请中的技术方案可以同时输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值，可以更好的满足输电线的负载测量需求。
Description
技术领域
本申请涉及电信号测量技术领域，尤其涉及一种非接触式电流电压复合测量设备及系统。
背景技术
随着商业和住宅场所能源效率的关注度提升,测量交流线路供电系统功耗的需求正在增加。为了进行准确的测量，必须考虑负载的特性以及负载产生的电流和电压。现有技术中一般通过电流传感器、电压传感器来对输电线进行电流和电压的测量，但是现有的测量设备只能提供如电流或电压这种单一的测量结果，无法满足输电线的负载测量需求。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中的测量设备只能提供如电流或电压这种单一的测量结果，无法满足输电线的负载测量需求的问题，本申请提供一种非接触式电流电压复合测量设备及系统。
本申请的方案如下：
根据本申请实施例的第一方面，提供一种非接触式电流电压复合测量设备，其特征在于，包括：
电流信号检测装置、电压信号检测装置、过零检测电路和控制单元；
所述电流信号检测装置和所述电压信号检测装置均包括可开合筒型外壳；
所述过零检测电路分别连接所述电流信号检测装置、所述电压信号检测装置和所述控制单元；
所述电流信号检测装置扣合在待测量输电线上，用于在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电流产生电流感应电动势；
所述电压信号检测装置扣合在待测量输电线上，用于在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电压产生电压感应电动势；
所述过零检测电路用于计算所述电流感应电动势和所述电压感应电动势的相位差，并将结算结果发送到所述控制单元；
所述控制单元用于对所述相位差进行校准后输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
优选地，所述设备还包括：第一运算放大器电路和第二运算放大器电路；
所述电流信号检测装置通过所述第一运算放大器电路连接所述过零检测电路；
所述电压信号检测装置通过所述第二运算放大器电路连接所述过零检测电路；
所述第一运算放大器电路用于对所述电流感应电动势进行放大输出；
所述第二运算放大器电路用于对所述电压感应电动势进行放大输出。
优选地，所述设备还包括：第一滤波电路和第二滤波电路；
所述电流信号检测装置通过所述第一滤波电路连接所述过零检测电路；
所述电压信号检测装置通过所述第二滤波电路连接所述过零检测电路；
所述第一滤波电路用于对所述电流感应电动势中除工频以外的信号进行滤除；
所述第二滤波电路用于对所述电压感应电动势中除工频以外的信号进行滤除。
优选地，所述设备还包括：
I/O输出端口；
所述控制单元通过所述I/O输出端口连接上位机，用于向上位机输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
优选地，所述设备还包括：电源单元；
所述电源单元分别连接所述电流信号检测装置、所述电压信号检测装置、所述过零检测电路和所述控制单元，用于提供工作电流。
优选地，所述电流信号检测装置和所述电压信号检测装置的外壳采用不同材质。
优选地，所述电流信号检测装置包括可开合铁氧体筒型外壳；
所述电压信号检测装置包括可开合金属筒型外壳。
优选地，所述电流信号检测装置内设置有霍尔元件或者巨磁阻；
所述电流信号检测装置用于在待测量输电线上有电流电压通过时，通过霍尔元件或者巨磁阻根据待测量输电线上的流经电流产生电流感应电动势。
优选地，所述电流信号检测装置和所述电压信号检测装置在待测量输电线上贴合设置。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种非接触式电流电压复合测量系统，包括：
上位机，以及如以上任一项所述的非接触式电流电压复合测量设备；
所述非接触式电流电压复合测量设备中的控制单元与所述上位机通信连接，所述控制单元用于向所述上位机输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请中的非接触式电流电压复合测量设备，包括：电流信号检测装置、电压信号检测装置、过零检测电路和控制单元。过零检测电路分别连接电流信号检测装置、电压信号检测装置和控制单元。电流信号检测装置和电压信号检测装置均包括可开合筒型外壳，且在实测量时可以扣合在待测量输电线上，以进行非接触式的测量。实施时，电流信号检测装置在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电流产生电流感应电动势；电压信号检测装置在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电压产生电压感应电动势。过零检测电路对电流感应电动势和电压感应电动势进行过零检测以确定二者的相位差，并将结算结果发送到控制单元。控制单元对相位差进行校准后可以同时输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值，本申请中的技术方案，作为一种复合式测量设备，不仅可以同时输出待测量输电线的电流值和电压值，还可以计算输出待测量输电线的功率值，可以更好的满足输电线的负载测量需求。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请一个实施例提供的一种非接触式电流电压复合测量设备的结构示意图；
图2是本申请一个实施例提供的另一种非接触式电流电压复合测量设备的结构示意图；
图3是本申请一个实施例提供的一种非接触式电流电压复合测量系统的结构示意图。
附图标记：电流信号检测装置-1；电压信号检测装置-2；过零检测电路-3；控制单元-4；第一运算放大器电路-5；第二运算放大器电路-6；第一滤波电路-7；第二滤波电路-8；I/O输出端口-9；电源单元-10；上位机-11。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
图1是本实施例一个实施例提供的一种非接触式电流电压复合测量设备的结构示意图，参照图1，一种非接触式电流电压复合测量设备，包括：
电流信号检测装置1、电压信号检测装置2、过零检测电路3和控制单元4；
电流信号检测装置1和电压信号检测装置2均包括可开合筒型外壳；
过零检测电路3分别连接电流信号检测装置1、电压信号检测装置2和控制单元4；
电流信号检测装置1扣合在待测量输电线上，用于在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电流产生电流感应电动势；
电压信号检测装置2扣合在待测量输电线上，用于在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电压产生电压感应电动势；
过零检测电路3用于计算电流感应电动势和电压感应电动势的相位差，并将结算结果发送到控制单元4；
控制单元4用于对相位差进行校准后输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
需要说明的是，电流信号检测装置1和电压信号检测装置2的外壳采用不同材质。
在具体实践中，电流信号检测装置1包括可开合铁氧体筒型外壳；
电压信号检测装置2包括可开合金属筒型外壳。
优选地，电流信号检测装置1内设置有霍尔元件或者巨磁阻；
电流信号检测装置1用于在待测量输电线上有电流电压通过时，通过霍尔元件或者巨磁阻根据待测量输电线上的流经电流产生电流感应电动势。
需要说明的是，本实施例中的技术方案的工作原理为：待测量输电线上有电流电压通过时，由于含有铁氧体圆筒和金属圆筒的装置扣合在待测量输电线上，待测量输电线周围的磁场和电场随着电流和电压的改变而改变，可开合铁氧体筒型外壳内的霍尔元件或者巨磁阻感应出电流感应电动势，电流感应电动势与待测量输电线流过电流的导数成正比。可开合金属筒型外壳获得电压感应电动势，电压感应电动势与待测量输电线流过的电压成正比。
过零检测电路3中通过鉴相器计算出电流感应电动势和电压感应电动势的相位差，然后把相位差波形输入到控制单元4，控制单元4通过计算、补偿、校准等方式输出精确的待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
在具体实践中，控制单元4可以选用单片机。
需要说明的是，电流信号检测装置1和电压信号检测装置2在待测量输电线上贴合设置。
可以理解的是，为了减少对待测量输电线的影响，本实施例中的电流信号检测装置1和电压信号检测装置2在待测量输电线上贴合设置，通过减少与待测量输电线的覆盖面积以减少对待测量输电线的影响。
本实施例中的非接触式电流电压复合测量设备，包括：电流信号检测装置1、电压信号检测装置2、过零检测电路3和控制单元4。过零检测电路3分别连接电流信号检测装置1、电压信号检测装置2和控制单元4。电流信号检测装置1和电压信号检测装置2均包括可开合筒型外壳，且在实测量时可以扣合在待测量输电线上，以进行非接触式的测量。实施时，电流信号检测装置1在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电流产生电流感应电动势；电压信号检测装置2在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电压产生电压感应电动势。过零检测电路3对电流感应电动势和电压感应电动势进行过零检测以确定二者的相位差，并将结算结果发送到控制单元4。控制单元4对相位差进行校准后可以同时输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值，本实施例中的技术方案，作为一种复合式测量设备，不仅可以同时输出待测量输电线的电流值和电压值，还可以计算输出待测量输电线的功率值，可以更好的满足输电线的负载测量需求。
实施例二
需要说明的是，参照图2，非接触式电流电压复合测量设备还包括：第一运算放大器电路5和第二运算放大器电路6；
电流信号检测装置1通过第一运算放大器电路5连接过零检测电路3；
电压信号检测装置2通过第二运算放大器电路6连接过零检测电路3；
第一运算放大器电路5用于对电流感应电动势进行放大输出；
第二运算放大器电路6用于对电压感应电动势进行放大输出。
可以理解的是，电流信号检测装置1产生的电流感应电动势和电压信号检测装置2产生的电压感应电动势信号非常小，本实施例中通过运算放大器对其微弱信号进行放大，以便于后续对计算。
需要说明的是，参照图2，非接触式电流电压复合测量设备还包括：第一滤波电路7和第二滤波电路8；
电流信号检测装置1通过第一滤波电路7连接过零检测电路3；
电压信号检测装置2通过第二滤波电路8连接过零检测电路3；
第一滤波电路7用于对电流感应电动势中除工频以外的信号进行滤除；
第二滤波电路8用于对电压感应电动势中除工频以外的信号进行滤除。
可以理解的是，电流信号检测装置1产生的电流感应电动势和电压信号检测装置2产生的电压感应电动势信号可能存在一定的杂质信号，本实施例中后续进行信号处理室只需要获取感应电动势信号中的工频信号，所以需要对感应电动势信号中除工频以外的杂质信号进行滤除。
需要说明的是，参照图2，非接触式电流电压复合测量设备还包括：
I/O输出端口9；
控制单元4通过I/O输出端口9连接上位机11，用于向上位机11输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
可以理解的是，本实施例中控制单元4通过I/O输出端口9连接上位机11，通过向上位机11输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值，以在上位机11中显示待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
需要说明的是，参照图2，非接触式电流电压复合测量设备还包括：电源单元10；
电源单元10分别连接电流信号检测装置1、电压信号检测装置2、过零检测电路3和控制单元4，用于提供工作电流。
可以理解的是，电源单元10用于向电流信号检测装置1、电压信号检测装置2、过零检测电路3和控制单元4提供工作电流。优选地，电源单元10配置有电源开关，在打开电源开关时，电源单元10进行供电，关闭电源开关时，电源单元10停止供电。
实施例三
一种非接触式电流电压复合测量系统，参照图3，包括：
上位机11，以及如权利要求1-9任一项的非接触式电流电压复合测量设备；
非接触式电流电压复合测量设备中的控制单元4与上位机11通信连接，控制单元4用于向上位机11输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
可以理解的是，以电网电流电压监测为例，将各非接触式电流电压复合测量设备安装于电台区的各待测量输电线，可实时测量及上报各待测量输电线的电流值、电压值和功率值，上位机11用于统计并显示各待测量输电线的电流值、电压值和功率值。管理人员可以根据上位机11显示的各待测量输电线的电流值、电压值和功率值，确定电路中的功耗，计算网络拓扑，实现配网的能源控制。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种非接触式电流电压复合测量设备，其特征在于，包括：
电流信号检测装置、电压信号检测装置、过零检测电路和控制单元；
所述电流信号检测装置和所述电压信号检测装置均包括可开合筒型外壳；
所述过零检测电路分别连接所述电流信号检测装置、所述电压信号检测装置和所述控制单元；
所述电流信号检测装置扣合在待测量输电线上，用于在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电流产生电流感应电动势；
所述电压信号检测装置扣合在待测量输电线上，用于在待测量输电线上有电流电压通过时，根据待测量输电线上的流经电压产生电压感应电动势；
所述过零检测电路用于计算所述电流感应电动势和所述电压感应电动势的相位差，并将结算结果发送到所述控制单元；
所述控制单元用于对所述相位差进行校准后输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：第一运算放大器电路和第二运算放大器电路；
所述电流信号检测装置通过所述第一运算放大器电路连接所述过零检测电路；
所述电压信号检测装置通过所述第二运算放大器电路连接所述过零检测电路；
所述第一运算放大器电路用于对所述电流感应电动势进行放大输出；
所述第二运算放大器电路用于对所述电压感应电动势进行放大输出。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：第一滤波电路和第二滤波电路；
所述电流信号检测装置通过所述第一滤波电路连接所述过零检测电路；
所述电压信号检测装置通过所述第二滤波电路连接所述过零检测电路；
所述第一滤波电路用于对所述电流感应电动势中除工频以外的信号进行滤除；
所述第二滤波电路用于对所述电压感应电动势中除工频以外的信号进行滤除。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：
I/O输出端口；
所述控制单元通过所述I/O输出端口连接上位机，用于向上位机输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：电源单元；
所述电源单元分别连接所述电流信号检测装置、所述电压信号检测装置、所述过零检测电路和所述控制单元，用于提供工作电流。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电流信号检测装置和所述电压信号检测装置的外壳采用不同材质。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述电流信号检测装置包括可开合铁氧体筒型外壳；
所述电压信号检测装置包括可开合金属筒型外壳。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电流信号检测装置内设置有霍尔元件或者巨磁阻；
所述电流信号检测装置用于在待测量输电线上有电流电压通过时，通过霍尔元件或者巨磁阻根据待测量输电线上的流经电流产生电流感应电动势。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电流信号检测装置和所述电压信号检测装置在待测量输电线上贴合设置。
10.一种非接触式电流电压复合测量系统，其特征在于，包括：
上位机，以及如权利要求1-9任一项所述的非接触式电流电压复合测量设备；
所述非接触式电流电压复合测量设备中的控制单元与所述上位机通信连接，所述控制单元用于向所述上位机输出待测量输电线的电流值、电压值和功率值。
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- 2023-08-30 WO PCT/CN2023/115852 patent/WO2024087874A1/zh unknown
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