CN117723803A - 一种带有数字接口的工频罗氏线圈及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有数字接口的工频罗氏线圈及校准方法，涉及电流互感器技术领域，包括：线圈的两端连接有积分器，积分器的信号输出端连接模数转换模块的输入端；微处理器的信号接收端连接模数转换模块的输出端，微处理器的外部输入端连接有按键显示模块；通信模块的输入端连接微处理器的信号输出端，通信模块的输出端连接有多种型号的输出接口；微处理器用于控制模数转换模块将积分器输出的模拟信号转换为数字信号，并根据数字信号计算出线圈产生的工频电流值，以及通过通信模块向连接输出接口的设备输出工频电流值，以及通过按键显示模块或通信模块接收外部输入的校准参数调整预设的工作参数。有益效果是测量精度高，校准过程简便，适应性好。

Description

一种带有数字接口的工频罗氏线圈及校准方法

技术领域

本发明涉及电流互感器技术领域，尤其涉及一种带有数字接口的工频罗氏线圈及校准方法。

背景技术

罗氏线圈(Rogowski coil)电流互感器简称罗哥夫斯基线圈电流互感器，用于测量电流的强度和波形，特别适用于交流电流的测量。这种传感器的名称源自物理学家Walter Rogowski的名字。罗氏线圈通常是一个柔性线圈，由绝缘线圈组成，用于包围待测电流导线。它是一种无铁心的电流传感器，采用电感原理工作。当电流通过被测导线时，它会在罗氏线圈中产生电感电压，这个电压与电流的变化率成正比。由于其设计，罗氏线圈对于高频和快速变化的电流波形非常敏感，因此适用于测量高频电流信号。这种传感器广泛应用于电力系统监测、电力质量分析、故障检测和保护等领域，以提供对电流波形的详细信息，以确保电力系统的稳定性和质量。

罗氏线圈的特点包括：无铁心设计、柔性线圈形状、电感原理、高频响应、适应性、无磁饱和。

由于传统罗氏线圈结构简单使用广泛，但是也存在一些问题：

1、传统罗氏线圈一般采用的是有源积分器，即采用运算放大器和电阻电容组成的电路，由于罗氏线圈在生产制造过程中存在工艺偏差，需要在出厂时进行校准，为了方便校准，积分器一般采用可调电阻，大批量使用时，人工校准效率低，校准过程繁琐。

2、由于传统罗氏线圈采用的模拟输出的方式，容易在信号传输过程中收到外界环境的干扰影响，降低输出的准确度和稳定性，导致测量误差。

3、传统罗氏线圈通常提供模拟电压输出，其他系统或是装置使用时需要额外的模数转换步骤才能转换成系统可识别的数字信号，由于设计者的水平不同以及设计方案的不同，罗氏线圈转换的精度也会受到影响。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种带有数字接口的工频罗氏线圈，包括：

线圈，所述线圈的两端连接有积分器，所述积分器的信号输出端连接模数转换模块的输入端；

微处理器，所述微处理器的信号接收端连接所述模数转换模块的输出端；

通信模块，所述通信模块的输入端连接所述微处理器的信号输出端，所述通信模块的输出端连接有至少一种型号的数字接口；

所述微处理器用于控制所述模数转换模块将所述积分器输出的模拟信号转换为数字信号，并根据所述数字信号计算出所述线圈产生的工频电流值，以及通过所述通信模块向连接所述数字接口的设备输出所述工频电流值。

优选的，所述数字接口包括：RS485接口，和/或以太网接口，和/或CANBUS接口。

优选的，还包括第一数据存储模块，连接所述微处理器的数据交换端，所述第一数据存储模块用于存储预设的工作参数。

优选的，还包括第二存储模块，所述微处理器还包括波形录波模块，用于按照预设的采样频率对所述线圈产生的电流波形录波并存储至所述第二存储模块，随后向所述设备输出存储的所述电流波形。

优选的，所述采样频率为2K-10K。

优选的，还包括按键显示模块，连接所述微处理器的外部信号输入端，所述微处理器通过按键显示模块接收外部输入的校准参数调整所述工作参数。

本发明还提供一种带有数字接口的工频罗氏线圈的校准方法，应用于上述的工频罗氏线圈，所述校准方法包括：

步骤S1，根据所述工频罗氏线圈的量程设置多个校准点，随后采用标准电源对所述工频罗氏线圈通电并使所述工频罗氏线圈输出的电流测量值依次达到各所述校准点对应的量程；

步骤S2，分别记录各所述校准点对应的所述电流测量值和所述标准电源输出的标准电流值，随后计算各所述标准点对应的所述电流测量值和所述标准电流值之间的相对误差；

步骤S3，将超出预设的误差范围的各所述相对误差对应的校准点标记为不合格校准点，判断是否有不合格校准点：

若是，则输出所述工频罗氏线圈不合格，且将各所述不合格校准点输出，随后向所述工频罗氏线圈输入校准参数以调整所述工频罗氏线圈中预先存储的工作参数，对所述工频罗氏线圈进行校准，随后返回所述步骤S1；

若否，则输出所述工频罗氏线圈合格。

优选的，所述步骤S2中的相对误差满足以下计算公式：

相对误差(％)＝[(电流测量值-标准电流值)/标准电流值]*100％。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

1)采用按键显示模块或通信模块，接收外部输入的校准参数来调整工作参数进行校准，允许用户通过数字接口调整工作参数，适应不同应用场景的需求，提高了罗氏线圈的灵活性和可定制性，还可以实现远程快速校准；

2)采用模数转换模块，允许对积分器输出的模拟信号进行精确的数字化处理，确保了更高的测量精度，微处理器根据数字信号能够计算工频电流值和频率，提供对电流波形的实时循环录波，这确保了对电流变化的准确监测；

3)多种数字通信接口(RS485、以太网、CANBUS)的支持提高了与不同系统和设备的兼容性，使得数字罗氏线圈更容易集成到各种数字化系统中。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种带有数字接口的工频罗氏线圈的结构示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，一种应用于带有数字接口工频罗氏线圈的校准方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种带有数字接口的工频罗氏线圈，如图1所示，包括：

线圈1，线圈1的两端连接有积分器2，积分器2的信号输出端连接模数转换模块3的输入端；

微处理器4，微处理器4的信号接收端连接模数转换模块3的输出端；

通信模块6，通信模块6的输入端连接微处理器4的信号输出端，通信模块6的输出端连接有至少一种型号的输出接口7；

微处理器4用于控制模数转换模块3将积分器2输出的模拟信号转换为数字信号，并根据数字信号计算出线圈1产生的工频电流值，以及通过通信模块6向连接输出接口7的设备输出工频电流值。

本发明较佳的实施例中，输出接口7包括：RS485接口，和/或以太网接口，和/或CANBUS接口。

如图1所示，还包括第一数据存储模块8，连接微处理器4的数据交换端，用于存储预设的工作参数。

如图1所示，还包括按键显示模块5，连接微处理器4的外部信号输入端，微处理器4通过按键显示模块5接收外部输入的校准参数调整工作参数

本发明较佳的实施例中，如图1所示，还包括第二存储模块9，微处理器4还包括波形录波模块41，用于按照预设的采样频率对线圈1产生的电流波形录波并存储至第二存储模块9，随后向设备输出存储的电流波形，采样频率为2K-10K。

具体的，传统的工频罗氏线圈采用可调电阻作为积分器，存在人工校准效率低，校准过程繁琐的问题，并且采用积分器模拟输出的方式，容易在信号传输过程中收到外界环境的干扰影响，降低输出的准确度和稳定性，导致测量误差，其他系统或是装置使用时需要额外的模数转换步骤才能转换成系统可识别的数字信号，由于设计者的水平不同以及设计方案的不同，罗氏线圈转换的精度也会受到影响。

在本实施例中，采用模数转换模块，允许对积分器输出的模拟信号进行精确的数字化处理，确保了更高的测量精度，微处理器根据数字信号能够计算工频电流值和频率，提供对电流波形的实时循环录波，这确保了对电流变化的准确监测；并且采用按键显示模块或通信模块，接收外部输入的校准参数来调整工作参数进行校准，允许用户通过数字接口调整工作参数，适应不同应用场景的需求，提高了传感器的灵活性和可定制性，还可以实现远程快速校准；多种数字通信接口(RS485、以太网、CANBUS)的支持提高了与不同系统和设备的兼容性，使得数字罗氏线圈更容易集成到各种数字化系统中。

本发明还提供一种应用于带有数字接口工频罗氏线圈的校准方法，应用于上述的工频罗氏线圈，如图2所示，校准方法包括：

步骤S1，根据工频罗氏线圈的量程设置多个校准点，随后采用标准电源对工频罗氏线圈通电并使工频罗氏线圈输出的电流测量值依次达到各校准点对应的量程；

步骤S2，分别记录各校准点对应的电流测量值和标准交流电源输出的标准电流值，随后计算各标准点对应的电流测量值和标准电流值之间的相对误差；

步骤S3，将超出预设的误差范围的各相对误差对应的校准点标记为不合格校准点，判断是否有不合格校准点：

若是，则输出工频罗氏线圈不合格，且将各不合格校准点输出，随后向工频罗氏线圈输入校准参数以调整工频罗氏线圈中预先存储的工作参数，对工频罗氏线圈进行校准，随后返回步骤S1；

若否，则输出工频罗氏线圈合格。

本发明较佳的实施例步骤S2中的相对误差满足以下计算公式：

相对误差(％)＝[(电流测量值-标准电流值)/标准电流值]*100％。

具体的，由于传统的工频罗氏线圈采用可调电阻作为积分器，存在人工校准效率低，校准过程繁琐的问题，所以针对本发明前述的实施例中提供的一种带有数字接口的工频罗氏线圈提供了一种校准方法，具体包括：

使用标准交流电流源生成标准的交流电流作为工频罗氏线圈的电源提供标准电流，为了满足罗氏线圈的校准要求，需要设置多个校准点，校准点包括0，1/4量程，1/2量程，3/4量程，100％量程。

调整交流电源输出的标准电流，使罗氏线圈依次到达各量程并输出的电流测量值，使用通信接口(通过其他设备读取)或是按键显示模块(具备显示数据的功能)读取各个校准点的罗氏线圈的电流测量值，随后然后计算出各校准点的电流测量值和标准电流值之间的相对误差，使用以下公式：

相对误差(％)＝[(电流测量值-标准电流值)/标准电流值]*100％

对于每个校准点，评估计算出的相对误差是否在1％范围(此误差范围可根据需求调整)内。具体来说，检查相对误差是否小于等于1％。如果相对误差小于等于1％，则罗氏线圈在该校准点符合要求，如果相对误差大于1％，则罗氏线圈在该点不符合要求。根据各个校准点的分析结果，总结出传感器的整体性能。

如果所有校准点的相对误差均小于等于1％，则传感器符合1％的精度要求，即为合格。如果有一个或多个校准点的相对误差大于1％，则传感器在这些点上不符合要求，即为不合格。如果发现传感器在一个或多个校准点上不符合要求，通常需要进行校准。校准的具体方法可以包括调整罗氏线圈的数据存储模块中保存的的增益、偏移或其他相关参数，以使传感器的输出更接近实际电流值，需要接收工作人员输入的校准参数调整预先存储的工作参数进行校准，随后重新检测罗氏线圈是否合格。

具体的，校准通常需要在专门的校准设备下进行，根据校准结果确定校准参数，对传感器进行必要的调整，然后重新进行校准检验，以确保符合精度要求，校准参数可以通过现有技术中的方法来得到，不作为本技术方案的主要发明点，此处不再说明。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种带有数字接口的工频罗氏线圈，其特征在于，包括：

线圈，所述线圈的两端连接有积分器，所述积分器的信号输出端连接模数转换模块的输入端；

微处理器，所述微处理器的信号接收端连接所述模数转换模块的输出端；

通信模块，所述通信模块的输入端连接所述微处理器的信号输出端，所述通信模块的输出端连接有至少一种型号的数字接口；

所述微处理器用于控制所述模数转换模块将所述积分器输出的模拟信号转换为数字信号，并根据所述数字信号计算出所述线圈产生的工频电流值，以及通过所述通信模块向连接所述数字接口的设备输出所述工频电流值。

2.根据权利要求1所述的工频罗氏线圈，其特征在于，所述数字接口包括：RS485接口，和/或以太网接口，和/或CANBUS接口。

3.根据权利要求1所述的工频罗氏线圈，其特征在于，还包括第一数据存储模块，连接所述微处理器的数据交换端，所述第一数据存储模块用于存储预设的工作参数。

4.根据权利要求1所述的工频罗氏线圈，其特征在于，还包括第二存储模块，所述微处理器还包括波形录波模块，用于按照预设的采样频率对所述线圈产生的电流波形录波并存储至所述第二存储单元，随后向所述设备输出存储的所述电流波形。

5.根据权利要求4所述的工频罗氏线圈，其特征在于，所述采样频率为2K-10K。

6.根据权利要求3所述的工频罗氏线圈，其特征在于，还包括按键显示模块，连接所述微处理器的外部信号输入端，所述微处理器通过按键显示模块接收外部输入的校准参数调整所述工作参数。

7.一种带有数字接口的工频罗氏线圈的校准方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6中任意一项所述的工频罗氏线圈，所述校准方法包括：

步骤S1，根据所述工频罗氏线圈的量程设置多个校准点，随后采用标准电源对所述工频罗氏线圈通电并使所述工频罗氏线圈输出的电流测量值依次达到各所述校准点对应的量程；

步骤S2，分别记录各所述校准点对应的所述电流测量值和所述标准电源输出的标准电流值，随后计算各所述标准点对应的所述电流测量值和所述标准电流值之间的相对误差；

步骤S3，将超出预设的误差范围的各所述相对误差对应的校准点标记为不合格校准点，判断是否有不合格校准点：

若是，则输出所述工频罗氏线圈不合格，且将各所述不合格校准点输出，随后向所述工频罗氏线圈输入校准参数以调整所述工频罗氏线圈中预先存储的工作参数，对所述工频罗氏线圈进行校准，随后返回所述步骤S1；

若否，则输出所述工频罗氏线圈合格。

8.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，所述步骤S2中的相对误差满足以下计算公式：

相对误差(％)＝[(电流测量值-标准电流值)/标准电流值]*100％。