CN117368611A - 一种非接触式电信号测量装置、方法及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种非接触式电信号测量装置、方法及存储介质，涉及电气检测技术领域，装置包括第一电信号感应端、第二电信号感应端、采样单元、开关切换单元和电信号处理单元，第一电信号感应端包括第一感应电极和第二感应电极。开关切换单元分别电连接第一感应电极和电信号处理单元；第二电信号感应端电连接电信号处理单元；采样单元电连接电信号处理单元，用于采集第一电信号并在不同的电连接状态下输出第二电信号至电信号处理单元，电信号处理单元用于根据第二电信号、参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号。本发明能够改善非接触式电信号测量装置的低频性能，可调节装置的分压比，能够适应多种电压等级的测量场景。
Description
技术领域
本发明涉及电气检测技术领域，尤其涉及一种非接触式电信号测量装置、方法及存储介质。
背景技术
在电力系统中，电气信息的测量对能源管理、故障预测及故障定位等具有重要意义。以测量线缆的线路电压为例，目前主要依靠电压互感器如电磁式电压互感器和电容式电压互感器来获取线路电压信号，但随着智能电网建设步伐的加快，电力系统也朝着智能化、数字化、自动化的目标快速发展，除了稳定性和可靠性需求之外，电压测量面临小型、数字和便捷的需求和挑战，这对传统的电压互感器提出了更高的要求，现有传统的电压互感器无法适应于不同电压等级的测量场景。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的之一在于提供一种非接触式电信号测量装置、方法及计算机可读存储介质，能够至少解决上述部分技术问题(或具体解决问题)。
第一方面，本申请实施例提供了一种非接触式电信号测量装置，所述装置包括第一电信号感应端、第二电信号感应端、采样单元、开关切换单元和电信号处理单元，所述第一电信号感应端包括第一感应电极和第二感应电极，用于感应待测量对象得到第一电信号，其中，所述第二感应电极接地，所述第一感应电极和所述待测量对象之间形成第一耦合电容，所述第一感应电极和所述第二感应电极之间形成第二耦合电容；
所述开关切换单元分别电连接所述第一感应电极和所述电信号处理单元，用于切换所述第一感应电极和所述采样单元的电连接状态；
所述第二电信号感应端电连接所述电信号处理单元，用于输出感应所述待测量对象得到的参考电信号至所述电信号处理单元；
所述采样单元电连接所述电信号处理单元，用于采集所述第一电信号，并在不同的电连接状态下输出第二电信号至所述电信号处理单元，所述电信号处理单元用于根据所述第二电信号、所述参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号，其中，所述第一电信号、所述第二电信号和所述参考电信号均为电压信号。
在一种可能的实施方式中，所述开关切换单元包括一个继电器、一个三极管、第一保护电阻和第二保护电阻，所述继电器包括第一控制引脚、第二控制引脚、公共引脚、常开引脚和常闭引脚；
所述第一控制引脚电连接所述三极管的集电极，所述第二控制引脚外接供电电源，所述公共引脚电连接所述第一感应电极，所述常开引脚和所述常闭引脚均电连接所述采样单元；
所述三极管的基极通过第一保护电阻电连接所述电信号处理单元，所述三极管的发射极通过第二保护电阻接地，所述电信号处理单元用于向所述三极管的基极输出电平信号，所述电平信号用于切换所述电连接状态，其中，所述三极管为PNP型三极管。
在一种可能的实施方式中，所述开关切换单元还包括一个二极管，所述二极管的阳极电连接所述第一控制引脚，所述二极管的阴极电连接所述第二控制引脚。
在一种可能的实施方式中，所述采样单元包括一个采样电阻和电容切换电路，所述电容切换电路包括第一电容和第二电容，其中，所述第一电容的一端电连接所述常闭引脚，所述第二电容的一端电连接所述常开引脚，所述采样电阻的一端电连接所述公共引脚，所述第一电容的另一端、所述第二电容的另一端和所述采样电阻的另一端均接地。
在一种可能的实施方式中，所述第一电容的电容值小于所述第二电容的电容值，所述第一电容和所述第二电容均包括陶瓷电容、铝电解电容和钽电解电容中的任一种。
在一种可能的实施方式中，所述装置还包括一个电压跟随器，所述电压跟随器的正相输入端电连接所述采样电阻的一端，所述电压跟随器的负相输入端电连接所述电压跟随器的输出端，所述电压跟随器的输出端电连接所述电信号处理单元，用于输出所述第二电信号至所述电信号处理单元。
第二方面，本申请实施例提供了一种非接触式电信号测量方法，应用于第一方面所述的装置，所述方法包括：
所述电信号处理单元获取所述第一电信号感应端感应所述待测量对象得到的第一电信号、所述第二电信号感应端感应所述待测量对象得到的参考电信号，以及所述采样单元输出的第二电信号；
所述电信号处理单元根据所述第二电信号、所述参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号。
在一种可能的实施方式中，所述电信号处理单元还用于存储所述预设电信号标定表，所述预设电压标定表包括标定分压比、标定电压值，及所述标定分压比与所述标定电压值的映射关系，所述电信号处理单元根据所述第二电信号、所述参考电信号和预设电压标定表确定目标电信号，包括：
所述电信号处理单元将所述参考电信号除以所述第二电信号，得到目标分压比，并根据所述目标分压比从所述预设电信号标定表中查询得到所述目标电信号。
在一种可能的实施方式中，所述方法还包括：
所述电信号处理单元对所述第二电信号进行模数转换得到目标数字信号；
所述电信号处理单元在检测到所述目标数字信号大于预设数值的情形下，生成第一电平信号，所述第一电信号用于指示所述常闭引脚电连接所述第一电容，且所述常开引脚与所述第二电容断开连接；
所述电信号处理单元在检测到所述目标数字信号小于或等于预设数值的情形下，生成第二电平信号，所述第二电信号用于指示所述常开引脚电连接所述第二电容，且所述常闭引脚与所述第一电容断开连接。
第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被一个或多个处理器执行时，实现第一方面提供的方法。
本申请提供的非接触式电信号测量装置，该装置包括第一电信号感应端、第二电信号感应端、采样单元、开关切换单元和电信号处理单元，第一电信号感应端包括第一感应电极和第二感应电极，用于感应待测量对象得到第一电信号，其中，第二感应电极接地，第一感应电极和待测量对象之间形成第一耦合电容，第一感应电极和第二感应电极之间形成第二耦合电容。开关切换单元分别电连接第一感应电极和电信号处理单元，用于切换第一感应电极和采样单元的电连接状态；第二电信号感应端电连接电信号处理单元，用于输出感应待测量对象得到的参考电信号至电信号处理单元，进而改善非接触式电信号测量装置的低频性能，并且可调节装置的分压比，能够适应多种电压等级的测量场景，以满足用户对不同等级电压测量的需求。采样单元电连接电信号处理单元，用于采集第一电信号，并在不同的电连接状态下输出第二电信号至电信号处理单元，电信号处理单元用于根据第二电信号、参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号，其中，第一电信号、第二电信号和参考电信号均为电压信号，不仅能够满足用户对不同等级电压的测量需求，还能保证电压测量的准确性。
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，应当理解，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量装置的测量电路图；
图2为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量装置所述涉及的一种等效电路图；
图3为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量装置所涉及的又一种等效电路图；
图4本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量装置所涉及的一种幅频响应曲线图；
图5为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量装置所涉及的又一种幅频响应曲线图；
图6为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量方法的方法流程图。
附图标记说明：
非接触式电信号测量装置100，第一电信号感应端110，第一感应电极1110，第二感应电极1120，第二电信号感应端120，采样单元130，开关切换单元140，电信号处理单元150，电压跟随器160，待测量设备170。
三极管G，二极管D，第一保护电阻R1，第二保护电阻R2，第一电容C1，第二电容C2，采样电阻Rm。
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作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。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的各种实施例汇中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。
请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量装置100的测量电路图，以下将对该装置的各个组成部分进行详细阐述。
如图1所示，该装置包括第一电信号感应端110、第二电信号感应端120、采样单元130、开关切换单元140和电信号处理单元150，第一电信号感应端110包括第一感应电极1110和第二感应电极1120，用于感应待测量对象得到第一电信号，其中，第二感应电极1120接地，第一感应电极1110和待测量对象之间形成第一耦合电容Cl，第一感应电极1110和第二感应电极1120之间形成第二耦合电容Cs。
具体的，本实施例的非接触式电信号测量装置100可适用的待测量对象可包括力系统中各种线缆的线路电压，以及家用电器中各种电器线缆的线路电压。示例性的，可测量电力系统的线缆包括输电线缆、配电线缆、通信线缆、地线、保护线缆等，可测量日常生活中的如电源线、网线等线缆的电信号测量。其中，电网中的输电线缆包括常见的高压输电线缆如交流输电线缆(如架空线)，以及直流输电线缆，配电线缆包括常见的低压输电线缆(如户内用电线缆、户外电缆等)，以及中亚配电线缆，通信线缆包括光纤通信线缆、控制电缆、信号电缆等。
第一感应电极1110和第二感应电极1120之间填充有绝缘介质。
其中，开关切换单元140分别电连接第一感应电极1110和电信号处理单元150，用于切换第一感应电极1110和采样单元130的电连接状态。
具体的，开关切换单元140实现电连接状态的切换可以通过电信号处理单元150来实现，一种实现方式为电信号处理单元150通过生成高电平信号或低电平信号来控制开关切换单元140的切换操作。通过开关切换单元140，能够改善非接触式电信号测量装置100的低频性能，并且可调节装置的分压比，能够适应多种电压等级的测量场景，进而不仅能够满足用户对不同等级电压的测量需求，还能保证电压测量的准确性。
电信号处理单元150具备电信号接收和处理的功能，可选的，电信号处理单元150为单片机，单片机可用于外接显示屏，以显示目标电信号，单片机的型号包括STM32系列型号和51单片机系列型号中的任一种。
其中，第二电信号感应端120电连接电信号处理单元150，用于输出感应待测量对象得到的参考电信号至电信号处理单元150。
具体的，第二电信号感应端120可以选用现有的电压测试探头，其感应得到的参考电信号可用于计算下述实施例中的目标电信号。
其中，采样单元130电连接电信号处理单元150，用于采集第一电信号，并在不同的电连接状态下输出第二电信号至电信号处理单元150，电信号处理单元150用于根据第二电信号、参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号，其中，第一电信号、第二电信号和参考电信号均为电压信号。
具体的，电信号处理单元150可根据参考电信号除以第二电信号得到目标分压比，然后在预设电信号标定表中查询得到目标电信号。其中，预设电压标定表包括标定分压比、标定电压值，及标定分压比与标定电压值的映射关系。
由上述分析可知，本申请提供的非接触式电信号测量装置，该装置包括第一电信号感应端、第二电信号感应端、采样单元、开关切换单元和电信号处理单元，第一电信号感应端包括第一感应电极和第二感应电极，用于感应待测量对象得到第一电信号，其中，第二感应电极接地，第一感应电极和待测量对象之间形成第一耦合电容，第一感应电极和第二感应电极之间形成第二耦合电容。开关切换单元分别电连接第一感应电极和电信号处理单元，用于切换第一感应电极和采样单元的电连接状态；第二电信号感应端电连接电信号处理单元，用于输出感应待测量对象得到的参考电信号至电信号处理单元，进而改善非接触式电信号测量装置的低频性能，并且可调节装置的分压比，能够适应多种电压等级的测量场景，以满足用户对不同等级电压测量的需求。采样单元电连接电信号处理单元，用于采集第一电信号，并在不同的电连接状态下输出第二电信号至电信号处理单元，电信号处理单元用于根据第二电信号、参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号，其中，第一电信号、第二电信号和参考电信号均为电压信号，不仅能够满足用户对不同等级电压的测量需求，还能保证电压测量的准确性。
在一种可能的实施方式中，开关切换单元140包括一个继电器、一个三极管G、第一保护电阻R1和第二保护电阻R2，继电器包括第一控制引脚、第二控制引脚、公共引脚、常开引脚和常闭引脚；
第一控制引脚电连接三极管G的集电极，第二控制引脚外接供电电源，公共引脚电连接第一感应电极1110，常开引脚和常闭引脚均电连接采样单元130；
三极管G的基极通过第一保护电阻R1电连接电信号处理单元150，三极管G的发射极通过第二保护电阻R2接地，电信号处理单元150用于向三极管G的基极输出电平信号，电平信号用于切换电连接状态，其中，三极管G为PNP型三极管G。
在本实施例中，电信号处理单元150可以通过生成高或低电平信号控制三极管G的通断，进而控制继电器常开引脚和常闭引脚的连接状态。具体的，电平信号为低电平信号时，继电器的第二控制引脚未导通，继电器的常闭引脚电连接采样单元130，电平信号为高电平信号时，继电器的第二控制引脚导通，继电器的常开引脚电连接采样单元130。
其中，公共引脚用COM表示，常开引脚用NO表示，常闭引脚用NC表示。
其中，第一保护电阻R1能够限制电流的流动，防止电流过大损坏三极管G及继电器，第二保护电阻R2能够消除电路中的杂散信号和干扰，保持电路的稳定运行，并且当电路中出现故障过过流时，第二保护电阻R2可以将电流引导到地，进而保护三极管G及其他不见免受损坏。同时，第一保护电阻R1和第二保护电阻R2均能分散功率，避发生电路中出现过热而导致故障的情形。
在一种可能的实施方式中，开关切换单元140还包括一个二极管D，二极管D的阳极电连接第一控制引脚，二极管D的阴极电连接第二控制引脚。
具体的，二极管D可以起到对继电器的反向电压保护作用，具体的，在一种情形下，当继电器中的电感产生电流突然中断时会产生反向电压脉冲，二极管D能够防止反向电压脉冲损坏继电器及其他电路部件。在另一中情形下，当继电器断开电路时，电感中的磁场会产生感应电流，这时二极管D可以提供一个低阻抗路径，让感应电流通过二极管D流回电源，加快继电器释放速度，减少能量的消耗。在又一种情形下，利用到了二极管D的单向导电性，考虑到继电器的工作要求电流只能在一个方向上流动，通过正确选择二极管D的极性，也即本实施例中二极管D的连接方式，可以确保电流只在所需的方向上流动，避免错误的电流流向。
在一种可能的实施方式中，采样单元130包括一个采样电阻Rm和电容切换电路，电容切换电路包括第一电容C1和第二电容C2，其中，第一电容C1的一端电连接常闭引脚，第二电容C2的一端电连接常开引脚，采样电阻Rm的一端电连接公共引脚，第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端和采样电阻Rm的另一端均接地。
具体的，在本实施例中，电连接第一电容C1或第二电容C2时，能够去除电路中的高频噪声或杂散信号，进而提高电信号处理单元150计算目标电信号的准确性。其中，采样电阻Rm为大小可调节电阻，用于控制本实施例电路中的电信号采样。
可选的，第一电容C1的电容值小于第二电容C2的电容值，第一电容C1和第二电容C2均包括陶瓷电容、铝电解电容和钽电解电容中的任一种。并且，实际上第一耦合电容Cl仅为几pF(10-12)甚至fF(10-15)，第二耦合电容Cs由于装置的体积限制、绝缘介质介电常数等因素的影响，其电容值也很小，并且很难做大，也仅为pF(10-12)级别。但是并联的第一电容C1或第二电容C2一般选择为nF(10-9)～uF(10-6)级，比第一耦合电容和第二耦合电容大4个数量级以上。
其中，第一电容C1接入电路可用于较低等级电压的测量，第二电容C2接入电路可用于较高等级电压的测量。第一电容C1或第二电容C2是和第二耦合电容并联的，不管是接入第一电容C1还是第二电容C2，都能够提升非接触式电信号测量装置100的低频性能，并且可调节装置的分压比，以使装置能够适应多种电压等级的测量场景，满足用户对不同等级电压的测量需求。第一电容C1和第二电容C2均大于第二耦合电容，本实施例对第一电容C1和/或第二电容C2的选用并不做限定。
在一种可能的实施方式中，装置还包括一个电压跟随器160，电压跟随器160的正相输入端电连接采样电阻Rm的一端，电压跟随器160的负相输入端电连接电压跟随器160的输出端，电压跟随器160的输出端电连接电信号处理单元150，用于输出第二电信号至电信号处理单元150。
具体的，电压跟随器160能够保证输出第二电信号不受负载如电信号处理单元150的影响，进而保证第二电信号的准确性和可靠性，并且，电信号处理单元150也可采样采样电阻Rm一端的输出，用于和电压跟随器160的输出端确定第二电信号。
另外，上述实施例中的非接触式电信号测量装置100经过简单封装之后可形成非接触式电信号测量传感器，具体为非接触式电压测量传感器，可包括上述装置项实施例中的各组成部分，且具备较低的低频性能，并且分压比可调节，能够适应多种电压等级的测量场景，以满足用户对不同等级电压测量的需求。
由上述分析可知，本申请提供的非接触式电信号测量装置，该装置包括第一电信号感应端、第二电信号感应端、采样单元、开关切换单元和电信号处理单元，第一电信号感应端包括第一感应电极和第二感应电极，用于感应待测量设备得到第一电信号，其中，第二感应电极接地，第一感应电极和待测量设备之间形成第一耦合电容，第一感应电极和第二感应电极之间形成第二耦合电容。开关切换单元分别电连接第一感应电极和电信号处理单元，用于切换第一感应电极和采样单元的电连接状态；第二电信号感应端电连接电信号处理单元，用于输出感应待测量设备得到的参考电信号至电信号处理单元，进而改善非接触式电信号测量装置的低频性能，并且可调节装置的分压比，能够适应多种电压等级的测量场景，以满足用户对不同等级电压测量的需求。采样单元电连接电信号处理单元，用于采集第一电信号，并在不同的电连接状态下输出第二电信号至电信号处理单元，电信号处理单元用于根据第二电信号、参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号，其中，第一电信号、第二电信号和参考电信号均为电压信号，不仅能够满足用户对不同等级电压的测量需求，还能保证电压测量的准确性。
为便于理解上述实施例中的非接触式电信号测量装置100的电信号测量原理，下面将结合非接触式电信号测量装置100的各个组成部分进行详细说明示例如下：
请参见图2，图2为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量装置100所述涉及的一种等效电路图。
假设当前的待测量设备170的电压为低等级电压，则默认为继电器的常闭引脚电连接第一电容C1，常开引脚处于断开状态。第一电信号感应端110感应待测量设备170得到第一电信号Ui，并经过采样单元130中的第一电容C1和采样电阻，以及电压跟随器160，由电压跟随器160输出第二电信号Uo，电信号处理单元150根据Ui和Uo，通过拉普拉斯变换获得图2中等效电路图的传递函数如下：
其中，Uo(s)为Uo经过拉普拉斯变换后的数值，相应的，Ui(s)为Ui经过拉普拉斯变换后的数值。
假设没有经过采样单元130，对应的等效电路图请参见图3，图3为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量装置100所涉及的又一种等效电路图，对应得到的传递函数及对应的转折频率如下：
其中，请参见图4，图4为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量装置100所涉及的一种幅频响应曲线图。
并且，可以看出图4中的幅频响应曲线可等效为一个高通滤波器，当非接触式电信号测量装置100的工作频率大于转折频率点，工作于通频带内时，其输入输出关系可表示为：
此时的分压比k1为：
而经过采样单元130后，也即第一电信号感应端110并联了第一电容C1，公
式1中的转折频率为：
请参见图5，图5为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量装置100所涉及的又一种幅频响应曲线图。
当C>>Cl、C>>C2时，结合图4和图5，可以明显看出ωh2<<ωh1，因此，通过并联电容可以改善测量装置的低频性能，有效拓宽测量装置带宽。
传感器工作于通频带时的输入输出关系为：
此时的分压比k2为：
而基于上述实施例可知，第一电容C1远大于第一耦合电容Cl和第二耦合电容Cs，可以推导出分压k2远大于分压比k1。通过并联电容也能够提高测量装置的分压比，使得测量装置可适应于多种电压测量场景。
至于Ui则是通过第二电信号感应端120对待测量设备170测量得到，基于Ui和Uo能够计算出分压比k2，进而通过分压比k2和预设电信号标定表确定目标电信号，也即确定待测设备的电压。
至于针对高等级电压测量场景，电信号处理单元150通过上述实施例中的方式实现继电器的切换，将继电器的常开引脚和第二电容C2电连接，如此可使得测量装置适应于高等级电压测量场景，测量过程和上述内容相同，此处不再赘述。
与上述装置项实施例相对应，本申请实施例还提供了一种非接触式电信号测量方法，请参见图6，图6为本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量方法的方法流程图，该方法包括步骤S610至S610。
S610，电信号处理单元150获取第一电信号感应端110感应待测量设备170得到的第一电信号、第二电信号感应端120感应待测量设备170得到的参考电信号，以及采样单元130输出的第二电信号。
S620，电信号处理单元150根据第二电信号、参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号。
非接触式电信号测量方法的实现过程和上述实施例中的非接触式电信号测量装置100的实现过程相同，具体可参照上述装置实施例的介绍，此处不再赘述。
本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量方法，先通过电信号处理单元获取第一电信号感应端感应待测量设备得到的第一电信号、第二电信号感应端感应待测量设备得到的参考电信号，以及采样单元输出的第二电信号。然后再通过电信号处理单元根据第二电信号、参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号，其中，第二电信号是通过如装置实施例中的采样单元和电压跟随器得到的，具体为采样单元中的第一电容或第二电容并联在第一电信号感应端上，且第一电容或第二电容大于第一电信号感应端形成的第二耦合电容，进而改善非接触式电信号测量装置的低频性能，并且可调节装置的分压比，能够适应多种电压等级的测量场景，以满足用户对不同等级电压测量的需求，并通过目标分压比和预设电压标定表能够准确快速确定目标电信号。
在一种可能的实施方式中，电信号处理单元150还用于存储预设电信号标定表，预设电压标定表包括标定分压比、标定电压值，及标定分压比与标定电压值的映射关系，电信号处理单元150根据第二电信号、参考电信号和预设电压标定表确定目标电信号，包括：
电信号处理单元150将参考电信号除以第二电信号，得到目标分压比，并根据目标分压比从预设电信号标定表中查询得到目标电信号。
在本实施例中，预设电信号标定表是经过多次测量不同电压形成的电压值和标定分压比，及二者的映射关系，通过预设电信号标定表和计算出来的目标分压比，能够快速且准确地查询到目标电信号。
在一种可能的实施方式中，方法还包括：
电信号处理单元150对第二电信号进行模数转换得到目标数字信号；
电信号处理单元150在检测到目标数字信号大于预设数值的情形下，生成第一电平信号，第一电信号用于指示常闭引脚电连接第一电容C1，且常开引脚与第二电容C2断开连接；
电信号处理单元150在检测到目标数字信号小于或等于预设数值的情形下，生成第二电平信号，第二电信号用于指示常开引脚电连接第二电容C2，且常闭引脚与第一电容C1断开连接。
本实施例则是通过电信号处理单元150实现了开关切换单元140的开关，比如在测量低等级电压时，保证继电器的常闭引脚和第一电容C1电连接即可，当时当电压等级升高时，通过第一电容C1将很难测量出准确的电压信号，这时电信号处理单元150生成高电平信号，以控制三极管G的导通，进而使得继电器的第二控制引脚保持在高电位，常闭引脚和第一电容C1之间断开连接，常开引脚电连接第二电容C2，由于第二电容C2大于第一电容C1，能够完成对等级高的电压的测量。
可选的，第一电容C1和第二电容C2的选择，可以依据实际的测量需求，比如可以根据常用的测量需求确定输出的电压范围Uomin～Uomax，然后依据待测场景电压等级Ui确定非接触式电信号测量装置100的最小分压比kmin和最大分压比kmax，进而得到kmin＝Ui/Uomax，kmax＝Ui/Uomin。
仍上述装置测量过程中常闭引脚电连接第一电容C1示例，将kmin和kmax代入上述公式7，可以得到第一电容C1的取值范围Cmin～Cmax，其中，
Cmin＝(kmin-1)Cl-Cs， 公式8
Cmax＝(kmax-1)Cl-Cs， 公式9
综上，本申请实施例提供的一种非接触式电信号测量方法，先通过电信号处理单元获取第一电信号感应端感应待测量设备得到的第一电信号、第二电信号感应端感应待测量设备得到的参考电信号，以及采样单元输出的第二电信号。然后再通过电信号处理单元根据第二电信号、参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号，其中，第二电信号是通过如装置实施例中的采样单元和电压跟随器得到的，具体为采样单元中的第一电容或第二电容并联在第一电信号感应端上，且第一电容或第二电容大于第一电信号感应端形成的第二耦合电容，进而改善非接触式电信号测量装置的低频性能，并且可调节装置的分压比，能够适应多种电压等级的测量场景，以满足用户对不同等级电压测量的需求，并通过目标分压比和预设电压标定表能够准确快速确定目标电信号。
本申请实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如方法实施例中的非接触式电信号测量方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRA M)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRD RAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (10)
1.一种非接触式电信号测量装置，其特征在于，所述装置包括第一电信号感应端、第二电信号感应端、采样单元、开关切换单元和电信号处理单元，所述第一电信号感应端包括第一感应电极和第二感应电极，用于感应待测量对象得到第一电信号，其中，所述第二感应电极接地，所述第一感应电极和所述待测量对象之间形成第一耦合电容，所述第一感应电极和所述第二感应电极之间形成第二耦合电容；
所述开关切换单元分别电连接所述第一感应电极和所述电信号处理单元，用于切换所述第一感应电极和所述采样单元的电连接状态；
所述第二电信号感应端电连接所述电信号处理单元，用于输出感应所述待测量对象得到的参考电信号至所述电信号处理单元；
所述采样单元电连接所述电信号处理单元，用于采集所述第一电信号，并在不同的电连接状态下输出第二电信号至所述电信号处理单元，所述电信号处理单元用于根据所述第二电信号、所述参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号，其中，所述第一电信号、所述第二电信号和所述参考电信号均为电压信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关切换单元包括一个继电器、一个三极管、第一保护电阻和第二保护电阻，所述继电器包括第一控制引脚、第二控制引脚、公共引脚、常开引脚和常闭引脚；
所述第一控制引脚电连接所述三极管的集电极，所述第二控制引脚外接供电电源，所述公共引脚电连接所述第一感应电极，所述常开引脚和所述常闭引脚均电连接所述采样单元；
所述三极管的基极通过第一保护电阻电连接所述电信号处理单元，所述三极管的发射极通过第二保护电阻接地，所述电信号处理单元用于向所述三极管的基极输出电平信号，所述电平信号用于切换所述电连接状态，其中，所述三极管为PNP型三极管。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关切换单元还包括一个二极管，所述二极管的阳极电连接所述第一控制引脚，所述二极管的阴极电连接所述第二控制引脚。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述采样单元包括一个采样电阻和电容切换电路，所述电容切换电路包括第一电容和第二电容，其中，所述第一电容的一端电连接所述常闭引脚，所述第二电容的一端电连接所述常开引脚，所述采样电阻的一端电连接所述公共引脚，所述第一电容的另一端、所述第二电容的另一端和所述采样电阻的另一端均接地。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一电容的电容值小于所述第二电容的电容值，所述第一电容和所述第二电容均包括陶瓷电容、铝电解电容和钽电解电容中的任一种。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一个电压跟随器，所述电压跟随器的正相输入端电连接所述采样电阻的一端，所述电压跟随器的负相输入端电连接所述电压跟随器的输出端，所述电压跟随器的输出端电连接所述电信号处理单元，用于输出所述第二电信号至所述电信号处理单元。
7.一种非接触式电信号测量方法，其特征在于，应用于权利要求1-6中任一项所述的装置，所述方法包括：
所述电信号处理单元获取所述第一电信号感应端感应所述待测量对象得到的第一电信号、所述第二电信号感应端感应所述待测量对象得到的参考电信号，以及所述采样单元输出的第二电信号；
所述电信号处理单元根据所述第二电信号、所述参考电信号和预设电信号标定表确定目标电信号。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电信号处理单元还用于存储所述预设电信号标定表，所述预设电压标定表包括标定分压比、标定电压值，及所述标定分压比与所述标定电压值的映射关系，所述电信号处理单元根据所述第二电信号、所述参考电信号和预设电压标定表确定目标电信号，包括：
所述电信号处理单元将所述参考电信号除以所述第二电信号，得到目标分压比，并根据所述目标分压比从所述预设电信号标定表中查询得到所述目标电信号。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述电信号处理单元对所述第二电信号进行模数转换得到目标数字信号；
所述电信号处理单元在检测到所述目标数字信号大于预设数值的情形下，生成第一电平信号，所述第一电信号用于指示所述常闭引脚电连接所述第一电容，且所述常开引脚与所述第二电容断开连接；
所述电信号处理单元在检测到所述目标数字信号小于或等于预设数值的情形下，生成第二电平信号，所述第二电信号用于指示所述常开引脚电连接所述第二电容，且所述常闭引脚与所述第一电容断开连接。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序在被一个或多个处理器执行时，实现权利要求7-9中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311433598.9A CN117368611A (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 一种非接触式电信号测量装置、方法及存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311433598.9A CN117368611A (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 一种非接触式电信号测量装置、方法及存储介质 |
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-10-31 CN CN202311433598.9A patent/CN117368611A/zh active Pending
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