CN1210605A - 模制芯自供电式电力线传感器 - Google Patents

Abstract

一种模制芯自供电式电力线传感器(10)包括多个模制芯元件(18,20,22),安排在交流电力线(12)周围;一个绕组层,由交流电力线激励,包括多个安排在各模制芯元件(18,20,22)周围的互连绕组(24,26,28);一个或多个传感器(36),以传感交流电力线(12)之中或周围的条件;以及一个控制器(106),由绕组(24,26,28)供电,并对传感器(36)敏感,以接收指示所传感条件的信号。

Description

模制芯自供电式电力线传感器

本发明涉及一种模制芯自供电式电力线传感器，更具体地说，涉及这样一种传感器，它能够有效地从具有极低电平线电流的电力线中提取功率。

本申请是1996年2月21日提出的案号为08/604,357的美国申请的部分继续申请，而那个申请是1994年4月25日提出的案号为08/232,702的美国申请(已放弃)的继续。

对电力公司来说，为了预料由于设备故障和交流电力线上过负荷所引起的断电，以及可能对大量用户造成供电损失的断电，既对架空和地下应用又对一次和二次应用进行交流电力线监视是十分有用的作法。在峰荷期间当用电最大并且连续功率传输最为关键时，断电和损失最大量用户的可能性增加。由线路、变压器和其它设备所引起的断电修复昂贵，给电力公司雇员带来危险，并且就损失供电带来收入损失及对公司声誉造成危害来说，使电力公司付出很高代价。如果电力线是地下线路，则由电力线故障或过负荷所引起的意外断电的影响更加严重。由于所需大部分工作发生在受限制的，有时是潮湿的，并且总达不到理想条件的地下这个事实，因此更换受损坏的地下线路需要更多的人时及增强的安全措施。结果，修复这样受损坏的地下线路甚至更为昂贵，耗时和危险。

因此，为了更好地预料由于设备故障和过负荷所可能引起的意外断电，对电力公司监视交流电力线和相关设备例如变压器和开关来说，传感电气条件例如功率，电压和电流的交流电力线传感器非常有用。如果电力公司能够监视电力线上的条件，他们就能够更好地对可能会因过负荷或故障而成为停电的电力线进行检修和更换，从而降低意外断电的数目。通过更换和检修这样的设备，电力公司能大大减少用户的断电时间。与修复或更换受损坏电缆有关的费用也将减少。因为包括加班支付，所以与正常计划检修或更换比较，更换或修复受损坏电缆的费用要大得多。

然而，常规可买到的电力线传感器典型地要求与受监视电路侵入式电连接。这种安装对电力公司来说昂贵，可能给安装者带来危险，并且会引起用户停电。由于这些限制，电力线传感器还没有在电力工业中得到广泛地应用。

在1994年4月25日提出的并转让给本发明受让人的案号为08/232,702的美国申请中叙述了一种传感器，这种传感器解决了现有技术系统的缺陷。该传感器利用一个薄而相对宽的高导磁率铁磁材料的芯层，其以完全非侵入方式缠绕在交流电力线的绝缘橡胶层的周围。在芯层周围缠绕多个绕组，以便它们与交流电力线的方向大致平行。电力线中的交流用来在绕组中感应电流，以对传感器和控制器供电，并传感交流电力线中的电流及测量非参考电压电平。该传感器断面非常薄，因此能够容易安装在限制体积中和非常密排的线路上。此外，它在不与电力线侵入接触情况下操作，因此安装安全，容易和快速。然而，该传感器确实具有缺点。

首先，它不会有效地从交流电力线提取功率。为了得到最为有效的功率提取，芯层应该为环形，芯层截面的厚度近似等于其宽度。然而，为了保持薄断面，该传感器则有一个宽度比厚度大得多的芯层截面。这样形成一种传感器，它不会有效地从电力线提取功率，并且因此不能够提取足够功率以在具有小线电流的电力线上操作。为了提取更多功率，必须增加芯层的宽度，但是同时为了使效率最大，必须同量地增加截面厚度。为了达到所希望的功率要求，必须使芯层截面的厚度增加到某种程度，此时不再保持其薄断面外形，并且因此不再能够安装在限制体积中和密排线路上。

另外，该传感器的芯层宽度有点不可弯曲，并且难以安装在具有基本弯曲部分的电力线部分上。

因此本发明的一个目的是提供一种模制芯自供电式电力线传感器，它以完全非侵入方式传感交流电力线之中或周围的条件。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它有效地使得从交流电力线的功率提取最大，同时保持薄断面结构。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它能够从极小线电流的电力线提取功率。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它非常容易弯曲。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它以完全非侵入方式由直接从交流电力线提取的小功率供电。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它能够通过电力线本身发送所传感的交流电力线之中和周围的条件。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它能够以完全非侵入方式通过交流电力线对远距离基站发送和接收通信。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它安装快速，容易和安全，不中断或影响对用户的供电。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它可以安装在不同尺寸的电力线上。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它可以安装在限制容积中的密排电缆上。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它断面薄，尺寸紧凑，并且重量轻。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它由交流电力线机械支持。

本发明的又一个目的是提供这样一种模制芯自供电式电力线传感器，它便宜并且可自由使用。

本发明通过实现一种断面非常薄的自供电式电力线传感器而形成，该传感器甚至能有效地从具有极小线电流的交流电力线中提取足够功率来操作，它可以通过提供一种芯来实现，该芯包含多个安排在交流电力线周围的薄断面模制芯元件，各模制芯元件具有若干从交流电力线提取功率的绕组，其中各模制芯元件的绕组互连，以提供一个传感交流电力线之中或周围条件的传感装置，以及由绕组供电并对该传感装置敏感的控制器装置，以接收指示所传感条件的信号。

本发明以一种模制芯自供电式电力线传感器为特征。该传感器的电流提取装置包括多个安排在交流电力线周围的模制芯元件。有一个由交流电力线激励的绕组层，它包括多个安排在各模制芯元件周围的绕组。各模制芯元件的绕组互连。电压和电流传感器及其它传感交流电力线之中或周围条件的装置在它们需要功率时由绕组供电。一个也由绕组供电的控制器对传感装置敏感，并且接收(和发送)指示所传感条件的信号。

在一个优选实施例中，电流提取装置的模制芯元件优选地为环形、薄断面，并且它们可以用高导磁率铁磁材料形成。模制芯元件的宽度可以近似等于它们的截面厚度。模制芯元件其中可以包含间隙，这些间隙可以推开以使该电力线传感器能够安装在交流电力线上及从交流电力线上移去。各模制芯元件的绕组可以串联或并联电互连，并且绕组可以利用与交流电力线之间的非接触式变压器作用受到激励。

电压传感器包括一个电容器，以电容性传感交流电力线上的电压，该电容器包括靠近交流电力线安排的第一和第二隔板，以及安排在板之间的电介质。电介质可以是空气。第一和第二隔板可以同轴安排在交流电力线周围。电流传感器是一个电感器，它包括多个安排在第一和第二隔板周围的绕组，以及一种分离材料。可以使用其它传感器来传感交流电力线之中或周围的多个其它条件。

控制器装置可以包括通过交流电力线发送指示所传感条件的信号的装置。发送装置可以向远距离基站发送信号。发送装置可以包括一个安排在交流电力线周围的通信芯元件，以及多个安排在该通信芯元件周围以通过非接触式变压器作用把信号耦合到交流电力线的绕组。控制器装置可以包括通过交流电力线发送指示所传感条件的信号的装置，并且该发送装置可以与电容器互连，以把信号电容性耦合到交流电力线。控制器装置可以包括从远距离基站接收通信的装置，并且该接收装置可以与电容器互连，以从交流电力线电容性耦合通信。控制器装置可以包括从远距离基站接收通过交流电力线发送的通信的装置。接收装置可以包括一个安排在交流电力线周围的通信芯元件，以及多个安排在该通信芯元件周围，以从交流电力线上耦合来自远距离基站的通信的绕组。控制器装置可以包括通过交流电力线发送指示所传感条件的信号的装置，以及接收从远距离基站所发送的通信的装置，其中发送装置和接收装置与电容器互连，以把该控制器装置所发送的信号电容性耦合到交流电力线，并且从交流电力线上电容性耦合由远距离基站所发送的信号。控制器装置可以还包括从远距离基站接收通信的装置，并且通信芯元件上的多个绕组可以通过非接触式变压器作用从交流电力线耦合通信。控制器装置可以包括对预定时间期间指示所传感条件的接收信号进行统计计算，以建立标称条件电平的装置，以及探测相对所述标称电平的变化的装置。传感条件可以是电压。统计计算装置可以包括对预定时间期间所接收信号进行平均的装置。

本领域技术人员将从以下对优选实施例所作的叙述及附图想到其它目的，特点和优点，其中：

图1A是按照本发明的模制芯自供电式电力线传感器的三维视图；

图1B是画出有关图1模制芯元件的绕组互连的示意图；

图1C是图1A所示模制芯自供电式电力线传感器的传感装置的三维视图；

图2画出图1模制芯自供电式电力线传感器，在其周围包有保护覆盖层，并且在保护覆盖层与传感器绕组之间安排有电子元件。

图3是图1传感器和基站两者耦合到交流电力线的示意方块图；以及

图4是软件流程图，该软件可以由图3微控制器使用，以便为交流电力线之中或周围的传感条件建立基于时间的标称电平，以确定交流电力线之中或周围相对该标称条件的变化。

图1A示出了按照本发明安排在交流电力线12周围的模制芯自供电式电力线传感器10。电力线12包括导电股线(或单芯)14和绝缘橡胶层16。所示交流电力线12是典型用于地下二次配电应用类型的电缆；然而，这不是本发明的必要限制，因为传感器10可以用于具有绝缘或非绝缘电缆的架空二次电压应用，以及架空和地下一次电压应用。

传感器10包括薄断面模制芯元件18,20和22，通过推开其中的间隙19,21和23以把芯元件安装在电力线12上，并且然后使这些间隙弹性返回到它们的原始位置以把芯元件固定就位，使这些芯元件安排在电力线12周围。芯元件由高导磁率铁磁材料例如钢形成，并且典型地包有绝缘材料。

芯元件18,20和22为环形，并且具有截面厚度T，近似等于它们的宽度W，典型地近似为1/2英寸。因此，如前文所述，它们近似构成为最有效地从交流电力线12提取功率。还如前文所述，对于单芯系统，为了改善从交流电力线的功率提取量，必须增加芯的宽度，并且必须同量地增加其截面厚度以保持效率。但是，由于增加截面厚度来保持效率，就使传感器的断面变得非常厚，并且禁止了其在限制容积中和密排线路上的应用。按照本发明，芯由若干模制芯元件组成，在本例为三个。这样通过使芯元件的截面厚度近似等于它们的宽度则保持了效率，并且通过使用若干芯元件，可以限制传感器的截面厚度以保持薄断面，同时使功率提取增加。

使功率提取最优的芯元件18,20和22的尺寸是使损耗最小，同时使芯上多个绕组(二次绕组)与穿过芯中央的电力线电缆(一次绕组)之间耦合最大的组合。

实际中所观察的三项基本损耗有二次绕组电阻所引起的损耗，漏磁感应所引起的损耗，以及在芯材料中感应涡流所引起的损耗。存在其它损耗，并且根据设计细则它们会在或大或小程度上影响性能。然而，上述三项损耗是所观察的主要损耗。

在传感器的试验实施例中，芯包括由带绕磁钢材料制造的设计。对于带绕，意味着芯是以螺旋方式缠绕一条连续钢带，形成极像一卷共带的环形而制成。这种制造方法的优点是它相对容易并且便宜，而且它允许使用对其优先定向以使最大导磁率与钢带长度成一直线的磁钢。当这样定向的钢带绕成环形时，最大导磁率近似安排沿着环形芯体的环路。因此，最大导磁率通路与穿过环形芯的一次导体中电流流动所产生的磁通的通路成一直线。如果带绕芯由包有电绝缘层的磁性材料制造，那么该材料将形成一种芯结构，其有效地限制从穿过芯的一次绕组的中央向外辐射指向的通路中的涡流流动。然而，这样结构不趋于限制沿芯中与一次绕组平行的通路中的涡流流动，并且芯中由一次绕组电流所感应的涡流将趋于沿着这些平行通路。不考虑其它问题，如果环形芯能电气分隔成多个并排芯，以在与一次绕组平行的芯涡流通路中设置断路，那么这些涡流将随与它们有关的损耗(无效功率)而显著降低。

可以使芯的截面最优，以使损耗最小并使一次与二次绕组之间的耦合最大。典型芯具有内径R₁，外径R₂和宽度W。芯截面厚度T为R₁与R₂之间的差，即：

T=R₂-R₁    (1)

一次与二次绕组之间的耦合可以以芯中磁通匝数为特征。二次绕组电阻和漏电感可以以芯上各二次带的长度或芯截面周边的长度(2T+2W)为特征。通过使磁通匝数最大并使芯截面周长最小，可以使芯尺寸最优。对于传感器的预料尺寸范围，最优芯尺寸要求W对T(W/T)的比率近似为1到3范围。如所述，该传感器的试验实施例利用了三个芯18,20和22，各芯W/T比率近似为1。

通过把一条线例如28规磁线按若干匝缠绕在各芯元件18,20和22周围，并且使各芯元件的绕组如图1B所示串联互连，则形成一个包括绕组24,26和28的绕组层。可选择地，绕组可以并联连接。通过非接触式变压器作用，电力线12中的交流功率在绕组24,26和28中感应电流。选择适当的绕组比率，以便当交流电力线12被激励时，将在绕组中感应希望电流。绕组匝数确定绕组中感应电流与交流电力线12中电流之间的比，以达到使芯元件18,20和22包含等于或小于其饱和电平的感应磁通密度的程度。对于线电流小到20安培，为了提取足够功率来操作传感器10，各芯元件的典型绕组数为75。通过增加芯元件或绕组或它们两者的数目，可以使传感器10提取更大功率，并且因此能在甚至更小的交流线电流下操作。

传感器10还包括图1A和图1C的电压和电流传感装置36。电压由电容器37传感，它具有靠近交流电力线12的绝缘层16的第一内表面导体38和与内导体38隔开的外表面导体40。两个导体同轴安排在交流电力线12周围，并且在它们之间包含电介质42，例如空气或泡沫芯。电容器37用来传感从交流电力线12电容性耦合的电压，该电压与电力线12的电压成正比，并且如下所述，电容器用作一个接收器，以从电力线12电容性耦合高频电力线通信。因为电容器37同轴安排在电力线12周围，所以它趋于抵消可能靠近电力线12的多条电力线中而不是电力线12中功率的作用。

为了进一步降低噪声和/或外部磁场，例如邻近电力线或其它电磁场源所产生的不希望有的作用，把内表面导体38电连接到附加同轴板39和41，板39和41如板40那样按相同方式在板38外部隔开，并且在板39和38与板38和41之间有相同电介质。附加板39和41各近似有外同轴板40的一半表面积，并且如所示电连接到内同轴板38。因此，任何外部信号将趋于由内同轴板38和外同轴板40两者同等地拾取，并且在内表面导体38与外表面导体40之间不表现示差测量。可以仅有一个同轴板，例如板39，它与外板40具有相同的表面积。可选择地，可以有三个同轴板，各有外板40的三分之一表面积。一般地，如果有n个板，则各板的表面积是外板40的表面积的1/n。

在电容器37周围安排一个电感器43，它有若干缠绕在环形分离材料(例如泡沫)45周围的电流测量绕组44。交流电力线12的电流在绕组44中感应与交流电力线12中流动的电流成正比的电流。因为电感器43缠绕在包含空气或泡沫材料的分离材料45周围，所以它不像典型铁芯那样变成饱和。因此传感电流更为线性化，使其更准确并更容易解释。

分离材料45对绕组44起一个形状作用，并且其材料具有空气那样的低导磁率。分离材料45可以具有较高导磁率，但是必须注意包括间隙或控制导磁率，以便形状45的材料不变成磁饱和，并且由电感器43传感的电流变成比线性化小且较难解释。非线性化电流测量可以由电感器43传感并加以准确地解释，然而这样会对传感器其它元件要求稍大复杂性。

电压和电流传感装置36还包括一个其中形成的间隙46，以使该传感装置安装在交流电力线12上或从交流电力线12移去。虽然电压和电流传感装置36的电压传感器装置(电容器37)和电流传感器装置(电感器43)表示为在相同位置安排在电力线12周围，但是这不是本发明的必要限制。它们可以相互靠近或甚至相互隔开安排。

通信装置48由通信芯元件50和多个缠绕在芯元件50周围，以通过非接触式变压器作用把通信从传感器10非侵入地发送到交流电力线12的绕组52组成。优选地，通信装置48用作高频通信发送器，以及传感器36的电容器37除用作电压传感器外，还用作高频通信接收器。然而任何一个都可以用来发送或接收或既发送又接收。因此，按照本发明与电力线进行信号通信的非侵入耦合可以叙述为电抗耦合，以既包含电容性又包含电感性耦合技术。

传感器10典型地包括一个提供电绝缘的保护覆盖层62，如图2所示。覆盖层62通常由橡胶形成，并且用自硫化带，粘合剂，或其它适当装置固定在绕组上。扣带63和64使电力线传感器10在交流电力线12周围可移去地固定就位。覆盖层62执行另外功能，即把安装在可弯曲印刷电路板68上的若干电子元件66有效地夹在它与绕组表面之间。绕组(图1B)与电子元件之间的电连接由该图中不可见但在图3示意表示的电连接来完成。电子元件66包括各种类型的传感器，以实质上传感任何现象，例如温度，压力，辐射，湿度等；一个电源，由绕组24,26和28(图1)供电，绕组24,26和28则通过与交流电力线12的非接触式变压器作用来激励；一个微控制器；以及各种其它元件，它们在下文参考图3作更详细地讨论。

虽然图2所画所有电子元件表示为固定在可弯曲电路板68上，但是这不是必要的，因为传感器可以安排脱开电路板68，并夹在保护覆盖层62与绕组之间，或传感器甚至可以安置在保护覆盖层62的外部，以传感保护覆盖层62外部周围一定类型的现象。

在图3系统100中示意画出了模制芯自供电式电力线传感器10。用绕组24,26和28从交流电力线12得到模制芯自供电式电力线传感器10的功率，交流电力线12可以是单相电力线，单相电力线可以是单独的或是多相输电或配电系统的一部分，绕组24,26和28在本图中为了清晰画为单绕组。这些绕组用线103和104与电源102连接，电源102安排在可弯曲电路板68上。电源102可以是交流到直流调节器集成电路，它对微控制器106提供5V直流，而且它还提供可以由一个或多个传感器或其它电子元件所使用的±12V和+5V输出。

微控制器106可以是一个具有模拟-数字变换器的8位嵌入式控制器。传感器108-112表示为与微控制器106互连，然而，可以使用不同数目的传感器。传感器108至110安排在可弯曲电路板68上，而传感器111和112安排在图2保护覆盖层62的外部。仅有一个传感器即传感器112由电源102供电，因为剩余传感器不需要外部电源来操作。这些传感器对微控制器106提供一个模拟或数字信号，表示在交流电力线12之中或周围所传感的特定条件。除这些传感器外，还示出了操作为电压传感器的电容器37和操作为电流传感器的电感器43。

电容器37由线114和115与信号调节器116互连，信号调节器116对所传感信号执行放大和滤波，以与微控制器106的输入要求相匹配。电压传感器37的信号是一个电容性耦合的电压，表示交流电力线12上的瞬时电压。因为没有参考电压，所以电压传感器37不对微控制器106提供绝对电压读数。然而，通过监视一段时间期间由电容器37所提供的瞬时电压电平，可以确定平均或标称电压电平，并且在确立标称电平之后，可以由电容器37提供的瞬时输入解出相对标称电压电平的变化。微控制器106可以对非参考电压输入信号进行其它统计计算，例如加权，并且可以由这些其它类型的统计确定来确定偏差。

电流传感由电感器43执行，电感器43中感应了与电力线12中交流线电流成正比的电流。感应电流然后提供给电流拾取信号调节器117，它在把信号供给微控制器106之前对其放大和滤波。

传感器108-110安排在可弯曲电路板68上，并且传感器111和112安排在保护覆盖层62的外部。这些传感器例如可以传感温度，压力，气体，湿度，辐射或光(可见或红外)。事实上，可以利用实际传感任何现象的传感器。某些传感器，例如温度传感器或辐射传感器，可以直接安装在可弯曲电路板68上，其它传感器，例如传感器111和112，仅在安排在保护覆盖层62外部下操作，这些传感器例如传感气体和光。

传感器108-112及电压和电流传感器36连续地传感交流电力线12之中或周围的各种条件，并且对微控制器106提供表示这些传感条件的模拟或数字信号。如果必要，控制器106把传感器所提供的信号变换成数字信号，然后控制器106产生表示所传感条件的通信数据，并且该数据通过线118提供给电力线载波电子线路120，其对数据编码。然后电力线载波电子线路120把编码数据提供给输出激励器112，其对通信装置48的绕组52发送低电压高电流脉冲，以通过非接触式变压器作用把传感器10的微控制器106的发送非侵入地耦合到交流电力线12。为了本地读出电力线的条件，可以在线118和119上连接存储装置129。存储装置129安排在靠近电力线某个方便位置处。

可选择地，如虚线所示，激励器122的输出可以通过线124和125分别提供给图1电容器37的内表面导体38和外表面导体40。在该布置中，从微控制器106发送的信号电容性耦合到交流电力线12，并且激励器122必须构成为提供高电压低电流输出脉冲。目前优选地使激励器122构成为激励通信装置48的绕组52。激励器122可以为高电压放大器(倒相或同相)。

微控制器106发送的数据包含识别电力线传感器10的识别码，以及对电力线10上各单个特定传感器(108-112及37和43)指示所发送数据类型的识别码。也就是，发送包括关于发送源头的信息(许多电力线传感器可以用于电力公司配电系统中各个位置)，以及关于所发送数据类型的信息，即它是否是关于电压，电流，温度，辐射等的数据。所感兴趣的发送和识别码和数据可以按照常规基准出现，按照时间当传感到特定门槛值时出现，或按照任何希望准则出现。通信编码可以遵照所选择的正式通信系统规范或协议。协议可以基于ISO(国际标准化组织)Geneva,Switzerland所提出的用于通信的OSI(开放系统互连)参考模型。也可以利用任何其它适用于电力线通信的通信编码。

传感器10发送的数据由远距离基站126接收。基站126用连接到电力线12’的直接电接线127和128与电力线12互连，电力线12’是配电或输电系统电力线的一部分，并且典型地或为接地线，中性线，或为与电力线12’不同相的一条电力线(在多相系统中)。然而，与电力线的连接可以用非接触式变压器作用或电容性耦合来完成，如上关于传感器10所述。例如，电感器43’可以用来通过非侵入电感性耦合提供与电力线的连接，以及/或者电容器37’可以用来提供非侵入电容性耦合。所发送数据通过与传感器10的通信模数相匹配的标准电力线载波调制解调器130提供给计算机132。基站126还能够通过电力线载波调制解调器130从计算机132对交流电力线12发送数据。于是，例如基站126可以一经要求就对模制芯自供电式电力线传感器10和系统上任何其它电力线传感器查询传感器信息，而不是被动地等待电力线传感器的发送。此外，电力线传感器可以从基站126重编程。

远距离基站126发送的编码通信优选地由电容器37用电容性耦合从交流电力线12接收。这些高频通信信号提供给高通滤波器134和136，使它们通过其中，并且提供给电力线载波电子线路120。电力线载波电子线路120对通信信号译码，然后通过线119把它们发送到微控制器106。

可选择地，通信装置48的绕组52可以用来从远距离基站126接收通信。这是通过提供把绕组52与高通滤波器134和136互连的引线138和139(虚线所画)来实现。

应该注意，虽然优选地在传感器10与基站126之间使用非侵入式电力线通信，但这不是本发明的必要限制。可以利用直接接触的电力线通信或非电力线通信，例如射频，电话线调制解调器，电缆电视，蜂窝电话，红外线，纤维光缆，微波，或超声波通信。

微控制器106执行所传感条件的模拟-数字变换，对存储先前传感条件的存储单元进行计算和更新，执行数值运算，例如确定流动时间平均数等，跟踪时间以便同步，以及控制模制芯自供电式电力线传感器10与基站126之间的通信。

微控制器106能对基站126提供特定传感条件的实际瞬时值，例如实际温度或辐射读数。然而，它还能对基站126提供所传感的特定条件已相对标称电平变化的指示，以及这样变化的量。如上简单所述，电压传感要求这种数据发送，因为没有传感电压可以与之比较以确定绝对电压的参考电平。因此，把传感电压与标称电平比较，并且确定和向基站126发送所传感电压相对标称电平的变化。标称电平可以是平均电压电平，或可以对传感电压数据执行其它类型的统计计算，例如加权，并且可以与标称电平比较以确定相对标称电平的变化。此外，虽然这个过程不要求对所有类型的传感器执行(因为许多传感器提供所传感条件的绝对值)，但是它可以为所传感的任何条件所使用。事实上，提供相对传感条件的标称电平的变化要比提供实际绝对传感值可能更有用。这是因为在许多实例中，所监视的条件不是按实际值监视，而是按相对某个标称值的变化来监视它们。

为了探测和发送相对传感条件的标称电平的变化，微控制器106按照图4流程图150操作。在步骤152，安装模制芯自供电式电力线传感器，并在步骤154连续瞬时地得到一个条件或多个条件(例如电压，电流，温度，辐射等)。在步骤156，对时间t期间所传感条件的瞬时值按照时间平均，或进行其它类型的统计计算，例如加权，以确定交流电力线上该条件的标称电平。此时，就已确定希望类型的统计计算的标称电平来说，完成了初始校准。校准过程可以从几秒到几周甚至几月任意执行，以得到准确的标称电平读数。在初始校准过程完成之后，在步骤158把步骤154所得到的瞬时值与标称电平比较。在确定初始标称电平之后，由新的瞬时传感器数据连续地对它再计算。在步骤160，确定瞬时值是否相对标称电平变化，并且如果是，在步骤162对远距离基站发送一个指示有变化及该变化程度的信号。不论是否探测到变化，系统都返回到步骤154以得到另一个瞬时值，并且该过程一直继续，直到从交流电力线上移去传感器或不再要求确定所传感的特定条件为止。

虽然在一些附图中表示了本发明的特定特点，而没有表示其它特点，但这仅为了方便，因为各特点可以与按照本发明的任何或所有其它特点相结合。

本领域技术人员将会想到其它种种实施例，它们属于下列权利要求范围之内。

Claims (49)

1．一种模制芯自供电式电力线传感器，包括：

多个模制芯元件，安排在交流电力线周围；

一个绕组层，由交流电力线激励，包括多个安排在各所述模制芯元件周围的绕组，其中各所述模制芯元件的绕组互连；

传感交流电力线之中或周围的条件的装置；以及

控制器装置，由所述绕组供电，并对所述传感装置敏感，以接收指示所传感条件的信号。

2．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述模制芯元件为环形。

3．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述模制芯元件为薄断面。

4．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述模制芯元件由高导磁率铁磁材料形成。

5．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中各所述模制芯元件的宽度近似等于其截面厚度。

6．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述模制芯元件之中包含可以推开的间隙，以使电力线传感器能够安装在交流电力线上或从交流电力线上移去。

7．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中各所述模制芯元件的绕组以串联或并联方式电互连。

8．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述多个绕组通过与交流电力线的非接触式变压器作用受到激励。

9．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述传感条件的装置包括传感交流电力线上电压的装置。

10．权利要求9的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述传感电压的装置包括一个电容性传感交流电力线上电压的电容器，该电容器包括靠近所述交流电力线安排的内和外隔板，以及安排在所述隔板之间的电介质。

11．权利要求10的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述电介质为空气。

12．权利要求10的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述第一和第二隔板同轴安排在所述交流电力线周围。

13．权利要求10的模制芯自供电式电力线传感器，还包括n个附加板，与所述内同轴板电连接，以降低噪声。

14．权利要求13的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述n个附加板表面积各近似为所述外板的表面积的1/n。

15．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述传感装置包括传感交流电力线的电流的装置。

16．权利要求15的传感器，其中所述传感装置包括一个电感器。

17．权利要求16的传感器，其中所述电感器包括多个电流测量绕组，缠绕在一个分离材料周围，分离材料安排在电力线周围。

18．权利要求17的传感器，其中所述分离材料具有低导磁率。

19．权利要求17的传感器，其中所述分离材料为泡沫。

20．权利要求17的传感器，其中所述分离材料为环形。

21．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述传感条件的装置包括传感交流电力线之中或周围的多个条件的装置。

22．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述控制器装置包括通过交流电力线发送指示所传感的条件的所述信号的装置。

23．权利要求22的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述发送装置对一个远距离基站发送所述信号。

24．权利要求23的传感器，其中所述发送装置对一个靠近电力线安排的存储装置发送所述信号。

25．权利要求22的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述发送装置包括一个安排在交流电力线周围的通信芯元件，以及多个安排在所述通信芯元件周围，以通过非接触式变压器作用把所述信号耦合到交流电力线的绕组。

26．权利要求10的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述控制器装置包括通过交流电力线发送指示所传感的条件的所述信号的装置，并且所述发送装置与所述电容器互连，以把所述信号电容性耦合到交流电力线。

27．权利要求10的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述控制器装置包括从远距离基站接收通信的装置，并且所述接收装置与所述电容器互连，以从电力线电容性耦合通信。

28．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述控制器装置包括从远距离基站接收通过交流电力线发送的通信。

29．权利要求28的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述接收装置包括一个安排在交流电力线周围的通信芯元件，以及多个安排在所述通信芯元件周围，以从交流电力线上耦合来自所述远距离基站的通信的绕组。

30．权利要求10的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述控制器装置包括通过交流电力线发送指示所传感条件的所述信号的装置，以及接收从远距离基站发送的通信的装置，其中所述发送装置和接收装置与所述电容器互连，以把所述控制器装置发送的信号电容性耦合到交流电力线，及从交流电力线电容性耦合所述远距离基站所发送的信号。

31．权利要求25的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述控制器装置还包括从远距离基站接收通信的装置，并且所述通信芯元件上的所述多个绕组通过非接触式变压器作用从交流电力线耦合所述通信。

32．权利要求1的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述控制器装置包括对预定时间期间指示所述传感条件的所述接收信号进行统计计算，以建立标称条件电平的装置，以及探测相对所述标称电平的变化的装置。

33．权利要求32的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述传感条件为电压。

34．权利要求32的模制芯自供电式电力线传感器，其中所述统计计算装置包括对所述预定时间期间接收的所述信号进行平均的装置。

35．一种模制芯自供电式电力线传感器系统，包括：

多个模制芯元件，安排在交流电力线周围；

一个绕组层，由交流电力线激励，包括多个安排在各所述模制芯元件周围的绕组，其中各所述模制芯元件的绕组互连；

传感交流电力线之中或周围的条件的装置；以及

控制器装置，由所述绕组供电，并对所述传感装置敏感，以接收指示所传感条件的信号，以通过所述交流电力线对远距离基站发送所述接收信号，以及接收从所述远距离基站发送的通信。

36．一种用于电力线的传感装置，该传感装置包括：

一个传感电压的电容器，包括一对安排在电力线周围的隔开内板和外板，以及安排在所述板之间的电介质；以及

一个传感电流的电感器，包括一个安排在电力线周围的分离材料，以及多个缠绕在所述分离材料周围的绕组。

37．权利要求36的传感装置，其中所述电容器还包括n个与所述内板电连接的附加板，各所述板的表面积近似等于所述外板的表面积的1/n，以降低噪声。

38．权利要求36的传感装置，其中所述内板和外板为环形。

39．权利要求36的传感装置，其中所述分离材料具有低导磁率。

40．权利要求39的传感装置，其中所述分离材料为泡沫。

41．权利要求39的传感装置，其中所述分离材料为环形。

42．权利要求36的传感装置，其中所述电感器安排在所述电容器上。

43．权利要求42的传感装置，其中所述绕组缠绕在所述电容器上。

44．一种功率提取装置，包括：

多个模制芯元件，安排在交流电力线周围；以及

一个绕组层，由所述交流电力线激励，包括多个安排在各所述模制芯元件周围的绕组，其中各模制芯元件的绕组互连。

45．权利要求44的功率提取装置，其中所述模制芯元件为环形。

46．权利要求44的功率提取装置，其中所述模制芯元件为薄断面。

47．权利要求44的功率提取装置，其中所述模制芯元件由高导磁率铁磁材料形成。

48．权利要求44的功率提取装置，其中各所述模制芯元件的宽度近似等于其截面厚度。

49．权利要求44的功率提取装置，其中所述模制芯元件之中包含可以推开的间隙，以使电力线传感器能够安装在交流电力线上及从交流电力线上移去。

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