CN117639292A - 能量采集装置、控制方法和传感器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能量采集装置、方法和传感器系统。其中装置包括：磁芯，设置在多芯电缆外部；辅助电源，辅助电源用于为控制电路供电；并联谐振回路，并联谐振回路包括第一取能线圈和第一电容，其中，第一取能线圈绕设在磁芯上且与第一电容并联，用于产生输出电压，输出电压用于为辅助电源供电；储能电路，包括储能元件，储能电路用于为负载和控制电路供电；串联谐振回路，串联谐振回路包括第二取能线圈、第三电容和第四电容，其中第二取能线圈、第三电容和第四电容互相串联；串联谐振回路与储能电路连接并为储能元件充电；第二取能线圈的匝数大于第一取能线圈的匝数。以上能量采集装置、方法和传感器系统，能够高效稳定地采集多芯电缆的磁能，为传感器等负载提供较为充足的电能。

Description

能量采集装置、控制方法和传感器系统

技术领域

本发明涉及能量采集装置技术领域，特别是涉及一种能量采集装置、控制方法和传感器系统。

背景技术

智能电网已成为电力系统的发展必然趋势。电网线路运行状态的感知和安全的监测对于智能电网至关重要。为此，需要对电力系统中电力电缆线路电流、电压等多个参量进行测量，并将测量结果通过传感网络，传输到控制中心。电力系统的多芯电缆广泛应用于城市配电网和输电线路之中，针对多芯电缆运行状态的在线测量可以及时发现和排查故障，保障电力系统安全稳定运行。

多芯电缆周围存在着较高磁场能量密度，通过非接触换能器获取磁能具有明显优势，且具有较强的实用性。目前单芯电缆采用传统的电流互感器(CT)获取磁能已在电力系统已经得到广泛应用。然而，若环形磁芯套装在多芯电缆上，根据安培环路定理，多个导体电流相互抵消，电流互感器(CT)无法得到磁能输出，也就无法利用现有电流互感器(CT)获取磁能。利用双芯电缆对于某一个方向的作用力使得悬臂梁结构产生谐振，将磁能转化为机械能，再将压电材料上的机械能转化为电能可以为微型传感器供电，但谐振结构容易损坏，且由于多芯电缆的电流相互抵消，可获得的磁能较少，难以为传感器和通信网络提供足够的电能。

发明内容

基于此，本申请提供一种能够高效稳定地采集多芯电缆的磁能的能量采集装置、控制方法及传感器系统。

第一方面，提供了一种能量采集装置，该装置包括：

磁芯，设置在多芯电缆外部，用于产生感应电势；

控制电路，用于控制能量采集装置运行；

辅助电源，与控制电路连接，用于为控制电路供电；

并联谐振回路，并联谐振回路包括第一取能线圈和第一电容，其中，第一取能线圈绕设在磁芯上且与第一电容并联，用于产生输出电压，输出电压用于为辅助电源供电；

储能电路，包括储能元件，储能电路与负载和控制电路连接，用于为负载和控制电路供电；

串联谐振回路，串联谐振回路包括互相串联的第二取能线圈、第三电容和第四电容；串联谐振回路与储能电路连接并为储能元件充电；第二取能线圈的匝数大于第一取能线圈的匝数。

在其中一个实施例中，该装置包括：

电源控制电路，用于在储能电路的电压小于或等于第一预设电压阈值的情况下输出低电平控制信号，并在储能电路的电压大于第一预设电压阈值的情况下输出高电平控制信号；

辅助电源控制电路，用于根据低电平信号导通辅助电源的供电路径，并根据高电平信号断开辅助电源的供电路径。

在其中一个实施例中，储能电路包括储能控制电路，储能控制电路包括变频模块和全桥整流模块；

变频模块用于响应于开关控制脉冲信号生成上变频信号，以对串联谐振回路的输出电流进行上变频，生成上变频输出电压；全桥整流模块的输入端与变频模块的输出端连接，用于对变频模块输出的电流进行整流，并为储能元件充电。

在其中一个实施例中，装置包括检测电路和瞬间释放驱动电路，其中，检测电路用于检测储能电路的电压，瞬间释放驱动电路用于根据检测电路输出的电平信号控制储能电路的供电路径。

在其中一个实施例中，检测电路包括比较器，比较器用于当储能电路的电压低于或等于第二预设电压阈值时，输出低电平信号，当储能电路的电压高于第二预设电压阈值时，输出高电平信号；

瞬间释放驱动电路用于在比较器输出低电平信号时断开储能电路输出开关，以断开稳压电路的供电路径；在比较器输出高电平信号时闭合储能电路输出开关，以导通稳压电路的供电路径。

在其中一个实施例中，所述装置包括控制电路，控制电路包括：

采样电路，用于采集变频模块输出的正弦信号；

峰值电路，用于获取正弦信号的峰值和谷值；

微分电路，用于根据正弦信号的峰值和谷值生成窄脉冲信号；

滞回整形电路，用于根据窄脉冲信号生成固定脉宽信号；

滤波电路，用于根据固定脉宽信号生成脉冲控制信号。

在其中一个实施例中，储能元件为超级电容。

第二方面，本申请还提供了一种能量采集装置的控制方法，所述方法用于控制如第一方面或第一方面任意一种可能的实施方式中所述的能量采集装置，所述方法包括以下步骤：

通过第一取能线圈获取第一感应电压，为辅助电源供电；

通过第二取能线圈获取第二感应电压，为储能电路供电；其中，第一取能线圈和第二取能线圈绕设置在多芯电缆外部的磁芯上，第二取能线圈的匝数大于第一取能线圈的匝数；

以辅助电源作为启动电源，启动控制电路；

当储能电路的输出电压大于第一预设电压阈值时，导通储能电路与控制电路之间的供电路径，断开辅助电源的供电路径。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

当储能电路的输出电压大于第二预设电压阈值时，导通所述储能电路与瞬间释放驱动电路之间的供电路径，通过所述储能电路为负载供电。

第三方面，本申请还提供了一种传感器系统，所述系统包括：

传感器，用于采集电缆的运行状态数据；

通讯模块，用于向终端传输所述运行状态数据；

如第一方面或第一方面任意一种可能的实施方式中所述的能量采集装置，所述能量采集装置用于为所述传感器和所述通讯模块供电。

上述能量采集装置、控制方法和传感器系统，磁芯设置在多芯电缆外部，可以产生感应电势；控制电路，用于控制能量采集装置运行；辅助电源，与控制电路连接，用于为控制电路供电；并联谐振回路，并联谐振回路包括第一取能线圈和第一电容，其中，第一取能线圈绕设在磁芯上且与第一电容并联，用于产生输出电压，输出电压用于为辅助电源供电；可以产生谐振输出信号，提高线圈输出功率和电压，为辅助电源提供初始能源，使得控制电路能够冷启动；储能电路，包括储能元件，储能电路与负载和控制电路连接，用于为负载和控制电路供电；串联谐振回路，串联谐振回路包括第二取能线圈、第三电容和第四电容，其中第二取能线圈、第三电容和第四电容互相串联；串联谐振回路与储能电路连接并为储能元件充电；第二取能线圈的匝数大于第一取能线圈的匝数。可以储存收集到的能量，为无线传感器和网络等短时大电流的负载提供高功率能量输出，可以用于城市多导体电缆的能量采集和其它微弱能量采集，能够高效稳定地采集多芯电缆的磁能，为传感器和网络提供长期、免维护供电。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为一个实施例中能量采集装置的结构示意图及管理电路框图；

图2为一个实施例中磁芯和线圈的安装位置示意图；

图3为一个实施例中辅助电源控制电路的电路原理示意图；

图4为一个实施例中辅助电源电路的电路原理示意图；

图5为一个实施例中并联谐振电路的电路原理示意图；

图6为一个实施例中能量管理电路的电路原理示意图；

图7为一个实施例中瞬间释放驱动电路的电路原理示意图；

图8为一个实施例中控制电路的电路原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

多导体电流感应磁场的能量采集装置的技术难点是收集能量较弱、输出电压低，难以直接驱动传感器和网络模块等负载，因此能量采集装置应高效收集有限的多导体磁场能量，且电路应尽可能减小自身损耗，获取最大功率充电能量，并储存和最大功率释放给负载。为此，在本发明中采用汇聚铁芯多绕组收集能量，多绕组的高Q值谐振电路匹配与变频匹配电路相耦合，收集磁场最大功率，低功耗控制和减少冷启动等技术提高能量转化效率，并将能量储存和瞬间释放大幅度提高输出功率。利用安装在多芯电缆外多导体电流磁场最大位置的汇聚磁芯，将磁场变化最大位置的能量通过汇聚磁芯高效耦合到多个绕组线圈转化为流过线圈的电流变化，这与传统压电振动的收集以及电流互感器收集能量完全不同，不仅能够保证长期安全性，还能够利用多绕组的互感回路高效收集磁能。该能量采集装置工作起始阈值低、功耗低、效率高、输出功率大，适用于城市多导体电缆的能量采集和其它微弱能量采集，为传感器和网络提供长期、免维护供电，提升智能电网安全监测、故障诊断和电能管理等领域的供电技术水平。

图1示出了本发明一实施例中的能量采集装置的结构示意图及管理电路框图。参阅图1，在一个示例性的实施例中，提供了一种能量采集装置，该装置包括：

磁芯，设置在多芯电缆外部，用于产生感应电势；

控制电路，用于控制能量采集装置运行；

辅助电源，与控制电路连接，用于为控制电路供电；

并联谐振回路，并联谐振回路包括第一取能线圈L1和第一电容，其中，第一取能线圈L1绕设在磁芯上且与第一电容并联，用于产生输出电压，输出电压用于为辅助电源供电；

储能电路，包括储能元件，储能电路与负载和控制电路连接，用于为负载和控制电路供电；

串联谐振回路，串联谐振回路包括互相串联的第二取能线圈L2、第三电容和第四电容；串联谐振回路与储能电路连接并为储能元件充电；第二取能线圈L2的匝数大于第一取能线圈L1的匝数。

如图1所示的能量采集装置包括安装在多芯电缆外的汇聚磁芯、两组互相耦合的第一取能线圈L1和第二取能线圈L2、辅助电源、变频匹配电路、储能电路、瞬间释放驱动电路、控制电路、辅助电源和储能电路选择电路。

其中，第一取能线圈L1连接高品质因数(Quality Factor，Q值)的并联谐振电路，并联谐振电路连接辅助电源并为辅助电源供电，辅助电源用于为控制电路供电，并响应于辅助电源控制信号Vh的变化而导通或关断与控制电路之间的供电路径，电路的品质因数越高，提升电压和功率输出能力越强。第二取能线圈L2连接变频匹配电路，变频匹配电路连接储能电路并为储能电路充电，储能电路包括储能元件。储能电路与瞬间释放驱动电路连接，瞬间释放驱动电路在储能电路的电压大于第二预设电压阈值时，导通储能电路与负载之间的供电路径，从而将储存的电能在短时间内释放给负载。控制电路在第二取能线圈L2输出最大功率点处产生控制电路开关控制脉冲信号Vk，以控制变频匹配电路工作，为储能电路充电。第一取能线圈L1与高Q谐振电路能够提高整个收集系统对于固定工频的能量积累。由于安装在多芯电缆外的汇聚磁芯和缠绕在上面两组线圈能够将多芯电缆磁场收集，两组线圈相互耦合，第一取能线圈L1与高Q谐振电路相连，使得输出信号产生谐振输出，提高线圈输出功率和电压，从而为辅助电源提供初始能源，使得控制电路能够冷启动；第二取能线圈L2与变频匹配电路相连，通过控制电路在最大功率点处控制开关导通与关断，使得第二取能线圈L2输出信号被开关变频，并实现匹配，第二取能线圈L2输出主要能量，该能量被送入储能电路；随着储能元件上充电电压升高，当储能元件上电压超过辅助电源输出电压时，二极管D1导通，二极管D2截止，控制电路由储能电路供电，并且关闭辅助电源，由于储能电路比辅助电源有更高效率，整个电路的效率也大幅度提高；控制电路由第二取能线圈L2在最大功率点产生非常窄的控制脉冲信号，该信号用于实现变频匹配，由于控制电路也要消耗能量，控制电路的功耗直接影响整个能量采集电路的最低工作阈值和效率；瞬间释放驱动电路是针对微弱磁场能量采集时，考虑到采集能量无法直接驱动功率较大的负载，因此将能量长时间储存在储能元件中，瞬间释放给传感器和无线网络等负载，实现短时间内的大功率输出，满足负载大功率工作需求。同时，高Q值谐振电路还为辅助电源提供最初电源，直到储能电路高效正常工作以后，辅助电源自动关断，结束冷启动，进入高效工作模式；第二取能线圈L2是磁能主要收集通路，第二取能线圈L2比第一取能线圈L1匝数要更多，由于多导体工作频率为50Hz，第二取能线圈L2要实现匹配输出必须经过上变频变换，经过变频匹配电路后能获得最大功率输出；由于通常多导体电流产生能源无法满足负载的功率要求，为此，需要将收集的能量长时间储存起来，为短时负载提供高功率能量输出，

本发明多导体电流感应磁场的能量采集装置及管理电路在汇聚磁芯上的多个绕组进行高Q值谐振，使得微弱信号也能输出较大电压幅度，并采用非常低功耗的控制电路，大幅度降低能量采集装置的启动阈值，该系统可以用于城市多导体电缆的能量采集和其它微弱能量采集，为传感器和网络提供长期、免维护供电，提升智能电网安全监测、故障诊断和电能管理等领域的供电技术水平。

本发明的能量采集装置及管理电路通过控制电路在最大功率点对采集磁场信号进行变频匹配，提高磁场最大输出功率和效率，使得更多能量储存到储能元件中，经过瞬间释放驱动电路可以驱动比输入大的多的负载，该能量采集装置可以用于多种非常大功率的无线传感器网络系统等大功率应用领域。

本发明的能量采集装置及管理电路工作起始阈值低、功耗低、冷启动时间短、效率高、输出功率大的特点，将管理电路设计成集成电路，能够构造出功耗更低、效率更高、体积更小的管理电路芯片，该芯片不仅可以用于城市多导体电缆的能量采集，还可以适用各种电力系统和物联网的微弱能量采集领域，大幅度扩展该电路芯片应用领域。

结合图2所示，图2示出了本发明一实施例中的磁芯和线圈的安装位置示意图，在一些实施例中，带有两个线圈绕组的汇聚磁芯固定在开合结构上，使汇聚磁芯与多芯电缆贴合，使多芯电缆中的多个导体产生的磁场能量能够尽可能多地被汇聚磁芯上线圈收集，并且第一取能线圈L1和第二取能线圈L2通过汇聚磁芯有强地耦合。

在一个示例性的实施例中，能量采集装置包括：电源控制电路，用于在储能电路的电压小于或等于第一预设电压阈值的情况下输出低电平控制信号，并在储能电路的电压大于第一预设电压阈值的情况下输出高电平控制信号；辅助电源控制电路，用于根据低电平信号导通辅助电源的供电路径，并根据高电平信号断开辅助电源的供电路径。

结合图3所示，图3为一个实施例中辅助电源控制电路的电路原理示意图，该电路用于控制储能电路和辅助电源的供电路径的切换；如图3所示，辅助电源输出电压和储能电路输出电压分别输入比较器A10的反相输入端和非反相输入端，通过比较器A10后产生辅助电源控制信号Vh，来控制辅助电源开关S1的导通和关断。辅助电源的输出端和储能电路的输出端分别通过二极管D2和二极管D1与比较器A10的输出端连接，可以起到限幅稳压的作用。电阻R10用于控制储能电路输入比较器的电流，电阻R11用于稳定比较器的输入端和输出端之间的电压。由于采用经过变频匹配充电的电能效率远远高于辅助电源获取电能的效率，当超级电容上的电压Vst升高到能够为控制电路工作时，应当切断辅助电源，实现自动对控制电路高效供电。为此，当储能电压小于辅助电源电压(Vst<Vcc)时，辅助电源控制信号Vh为低电平，辅助电源工作，整个电路处于冷启动状态；当储能电压大于辅助电源电压(Vst>Vcc)时，辅助电源控制信号Vh为高电平，辅助电源停止工作，这时，整个电路工作效率大幅度提高。

图4为一个实施例中辅助电源电路的电路原理示意图；结合图4所示，并联谐振电路产生的电流通过二极管D10整流以及电阻R1和电容C3的滤波，可以得到辅助电源输出直流电压Vcc，该电源为控制电路提供刚开始工作时的电源，直到储能电容充电电压能够为控制电路高效供电后，产生的信号Vh控制开关S1断开，使得辅助电源停止工作。辅助电源的工作使得控制电路可以冷启动，由于控制电路功耗非常低，辅助电源需求的能量也相对低，其中滤波电容C3可以使用较小的电容。

图5示出了本发明一个实施例中并联谐振电路的电路原理示意图；如图5所示，并联谐振电路包括第一取能线圈L1、第一电容C1、第一开关S1、第一稳压管DZ1和第二稳压管DZ2，其中，第一取能线圈L1与第一电容C1并联，用于产生并联谐振，以提高整个电路的品质因数，增加谐振信号输出电压和功率幅度。第一稳压管和第二稳压管串联后与第一取能线圈L1并联，以防止过高电压损坏第一取能线圈L1。第一开关S1为常闭开关，其初始状态为导通状态，为辅助电源提供输入；当储能电路的储能电容上电压能够为控制电路供能时，开关S1关断。通过开关S1的闭合或断开，可以选择最高效率的供能方式为控制电路供能，减小损耗和最小电流磁场阈值。

为了提高多导体电流产生磁能效率，必须将采集电路与线圈匹配，才能获得最大功率输出。然而，由于多导体电流工作频率为50Hz，如此低的频率不仅线圈和匹配电路体积大，而且会使损耗也较大，不利于效率的提高。

在一个示例性的实施例中，储能电路包括储能控制电路，储能控制电路包括变频模块和全桥整流模块；变频模块用于响应于开关控制脉冲信号生成上变频信号，以对串联谐振回路的输出电流进行上变频，生成上变频输出电压；全桥整流模块的输入端与变频模块的输出端连接，用于对变频模块输出的电流进行整流，并为储能元件充电。在其中一个实施例中，储能元件为可以快速充放电的超级电容。

结合图6所示，图6为一个实施例中电源管理电路的电路原理示意图；如图6所示，第二取能线圈L2、第二电容和第三电容构成串联谐振电路，其谐振频率远高于50Hz。储能电路的储能元件为超级电容Cst。开关S3和开关S4为常闭开关，响应于开关控制脉冲信号Vk，开关S3和开关S4断开，而产生上变频信号，该变频信号经过串联谐振回路，在上变频处产生上变频后的电压和电流输出。经过二极管D5、二极管D6、二极管D7和二极管D8构成的全桥整流电路，为超级电容充电。第三稳压管DZ3和第四稳压管DZ4串联后与第二取能线圈L2并联，以避免电压过大损坏第二取能线圈L2。

在一个示例性的实施例中，装置包括检测电路和瞬间释放驱动电路，其中，检测电路用于检测储能电路的电压，瞬间释放驱动电路用于根据检测电路输出的电平信号控制储能电路的供电路径。

在一个示例性的实施例中，检测电路包括比较器，比较器用于当储能电路的电压低于或等于第二预设电压阈值时，输出低电平信号，当储能电路的电压高于第二预设电压阈值时，输出高电平信号；

瞬间释放驱动电路用于在比较器输出低电平信号时断开储能电路输出开关，以断开储能电路的供电路径；在比较器输出高电平信号时闭合储能电路输出开关，以导通储能电路的供电路径。

图7为一个实施例中瞬间释放驱动电路的电路原理示意图。由于多导体电流磁场能量通常比较弱，很难驱动较强的负载，为此，采用瞬间释放驱动电路提高瞬间功率输出，如图7所示，瞬间释放驱动电路包括第二比较器A31，第二比较器A31的两各输入端分别输入储能电路的电压和比较电压，当储能电压较低时，比较器A31输出低电平信号，开关S31关断；当储能电压较高时，比较器A31输出高电平信号，开关S31导通，此时储能电容可以输出非常大的放电功率，驱动稳压电路，为负载提供大功率瞬间电能。由于许多传感器和信号传输网络通常只需要短时间工作长时间待机，因此，该电路就可以长时间储存能量，瞬间释放出来，为传感器网络系统供能，满足自供电需求。

在一个示例性的实施例中，所述装置包括控制电路，控制电路包括：采样电路，用于采集变频模块输出的正弦信号；峰值电路，用于获取正弦信号的峰值和谷值；微分电路，用于根据正弦信号的峰值和谷值生成窄脉冲信号；滞回整形电路，用于根据窄脉冲信号生成固定脉宽信号；滤波电路，用于根据固定脉宽信号生成脉冲控制信号。

图8为一个实施例中控制电路的电路原理示意图；为了获取上变频匹配电源管理电路最大功率点的控制脉冲信号，构建的控制电路如图8所示。二极管D20和二极管D21采样上变频匹配电源管理电路正弦信号，经过峰值电路获取正弦信号的峰值和谷值，经过微分电路能够将最大功率点处得到窄脉冲信号，滞回整形电路将微分输出变成固定脉宽的脉冲信号，为了进一步减小可能的误操作，接入滤波电路，就可以得到脉冲控制信号Vk。整个控制电路的电源供给分别由辅助电源电压Vcc和储能超级电容电压Vst通过二极管D1和二极管D2共同供给。刚开机冷启动时，Vcc工作；当储能电压Vst增加后，Vst工作，同时，Vcc迅速切断，使得整个电路能够高效工作。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的能量采集装置的控制方法。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个能量采集装置的控制方法中的具体限定可以参见上文中对于能量采集装置的限定，在此不再赘述。

在一个示例性的实施例中，提供了一种能量采集装置的控制方法，该方法用于控制如上述各实施例中所涉及的能量采集装置，该方法包括以下步骤：

通过第一取能线圈获取第一感应电压，为辅助电源供电；

通过第二取能线圈获取第二感应电压，为储能电路供电；其中，第一取能线圈和第二取能线圈绕设置在多芯电缆外部的磁芯上，第二取能线圈的匝数大于第一取能线圈的匝数；

以辅助电源作为启动电源，启动控制电路；

当储能电路的输出电压大于第一预设电压阈值时，导通储能电路与控制电路之间的供电路径，断开辅助电源的供电路径。

在一个示例性的实施例中，该方法还包括：当储能电路的输出电压大于第二预设电压阈值时，导通所述储能电路与瞬间释放驱动电路之间的供电路径，通过所述储能电路为负载供电。

在一个示例性的实施例中，提供了一种传感器系统，该系统包括：

传感器，用于采集电缆的运行状态数据；

通讯模块，用于向终端传输所述运行状态数据；

如第一方面或第一方面任意一种可能的实施方式中所述的能量采集装置，所述能量采集装置用于为所述传感器和所述通讯模块供电。

以上所述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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种能量采集装置，其特征在于，所述能量采集装置包括：

磁芯，设置在多芯电缆外部，用于产生感应电势；

控制电路，用于控制所述能量采集装置运行；

辅助电源，与所述控制电路连接，用于为控制电路供电；

并联谐振回路，所述并联谐振回路包括第一取能线圈和第一电容，其中，所述第一取能线圈绕设在所述磁芯上且与所述第一电容并联，用于产生输出电压，所述输出电压用于为所述辅助电源供电；

储能电路，包括储能元件，所述储能电路与负载和所述控制电路连接，用于为负载和所述控制电路供电；

串联谐振回路，所述串联谐振回路包括互相串联的第二取能线圈、第三电容和第四电容；所述串联谐振回路与所述储能电路连接并为所述储能元件充电；所述第二取能线圈的匝数大于所述第一取能线圈的匝数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括：

电源控制电路，所述用于在所述储能电路的电压小于或等于第一预设电压阈值的情况下输出低电平控制信号，并在所述储能电路的电压大于所述第一预设电压阈值的情况下输出高电平控制信号；

辅助电源控制电路，用于根据所述低电平信号导通所述辅助电源的供电路径，并根据所述高电平信号断开所述辅助电源的供电路径。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储能电路包括储能控制电路，所述储能控制电路包括变频模块和全桥整流模块；

所述变频模块用于响应于开关控制脉冲信号生成上变频信号，以对所述串联谐振回路的输出电流进行上变频，以生成上变频输出电压；所述全桥整流模块的输入端与所述变频模块的输出端连接，用于对所述变频模块输出的电流进行整流，并为所述储能元件充电。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述装置包括检测电路和瞬间释放驱动电路，其中，所述检测电路用于检测所述储能电路的电压，所述瞬间释放驱动电路用于根据所述检测电路输出的电平信号控制所述储能电路的供电路径。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述检测电路包括比较器，所述比较器用于当所述储能电路的电压低于或等于第二预设电压阈值时，输出低电平信号，当所述储能电路的电压高于第二预设电压阈值时，输出高电平信号；

所述瞬间释放驱动电路用于在所述比较器输出低电平信号时断开储能电路输出开关，以断开稳压电路的供电路径；在所述比较器输出高电平信号时闭合储能电路输出开关，以导通稳压电路的供电路径。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括控制电路，所述控制电路包括：

采样电路，用于采集所述变频模块输出的正弦信号；

峰值电路，用于获取所述正弦信号的峰值和谷值；

微分电路，用于根据所述正弦信号的峰值和谷值生成窄脉冲信号；

滞回整形电路，用于根据所述窄脉冲信号生成固定脉宽信号；

滤波电路，用于根据所述固定脉宽信号生成脉冲控制信号。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储能元件为超级电容。

8.一种能量采集装置的控制方法，其特征在于，所述方法用于控制如权利要求1-7中任一项所述的能量采集装置，所述方法包括以下步骤：

通过第一取能线圈获取第一感应电压，为辅助电源供电；

通过第二取能线圈获取第二感应电压，为储能电路供电；其中，所述第一取能线圈和第二取能线圈绕设置在多芯电缆外部的磁芯上，所述第二取能线圈的匝数大于所述第一取能线圈的匝数；

以所述辅助电源作为启动电源，启动控制电路；

当储能电路的输出电压大于第一预设电压阈值时，导通所述储能电路与所述控制电路之间的供电路径，断开所述辅助电源的供电路径。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

当储能电路的输出电压大于第二预设电压阈值时，导通所述储能电路与瞬间释放驱动电路之间的供电路径，通过所述储能电路为负载供电。

10.一种传感器系统，其特征在于，所述系统包括：

传感器，用于采集电缆的运行状态数据；

通讯模块，用于向终端传输所述运行状态数据；

如权利要求1-7任一项所述的能量采集装置，所述能量采集装置用于为所述传感器和所述通讯模块供电。