CN204613295U - 一种无源无线同步智能数字穿心式微电流传感器装置 - Google Patents

Abstract

一种无源无线同步智能数字穿心式微电流传感器装置，包括32位ARM无线单片机、能量收集电路、磁补偿驱动电路、磁补偿放大电路、信号放大处理电路、24位高速模数转换器、GPS电路、RS485通信电路、光纤通信电路、穿心式电流感应线圈、能量源模块、2.4G天线、温度传感器；穿心式电流感应线圈由补偿线圈、测量线圈、取电线圈组成。本实用新型采用先进的嵌入式数字处理技术对微小电流进行就地数字化处理，同时将数字化后的电流信号通过无线方式发送到后端处理器，通过数字化后的信号在传输过程中增强抗干扰能力。本实用新型大大提高电流测量智能化、工业控制智能化、系统稳定性、可靠性，降低了系统成本及系统后期维护费用。

Description

一种无源无线同步智能数字穿心式微电流传感器装置

技术领域

本实用新型涉及一种传感器装置，尤其涉及一种无源无线同步智能数字穿心式微电流传感器装置。

背景技术

目前市场中的穿心式微电流传感器主要是模拟输出型传感器，此类传感器输出信号为电压信号、电流信号、频率信号。这些输出信号需要我们做后端的信号放大、信号平滑滤波处理，同时微小信号在传输过程中易受到外部信号耦合干扰，从而导致测量不准确和稳定性差，导致系统成本和系统后期维护费用高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无源无线同步智能数字穿心式微电流传感器装置，从而解决上述背景技术中的问题。

本实用新型内容是通过以下技术方案实现的：

一种无源无线同步智能数字穿心式微电流传感器装置，包括32位ARM无线单片机、能量收集电路、磁补偿驱动电路、磁补偿放大电路、信号放大处理电路、24位高速模数转换器、GPS电路、RS485通信电路、光纤通信电路、穿心式电流感应线圈、2.4G天线、温度传感器和能量源模块。

所述穿心式电流感应线圈由补偿线圈、测量线圈、取电线圈组成。

所述32位ARM无线单片机与磁补偿驱动电路连接，所述磁补偿驱动电路与磁补偿放大电路连接，所述32位ARM无线单片机与24位高速模数转换器连接，所述24位高速模数转换器与信号放大处理电路连接，所述信号放大处理电路、24位高速模数转换器分别与穿心式电流感应线圈连接，所述穿心式电流感应线圈与能量收集电路连接，所述能量收集电路与能量源模块连接，所述GPS电路、RS485通信电路、光纤通信电路、2.4G天线、温度传感器分别与32位ARM无线单片机连接。

所述32位ARM无线单片机产生一脉宽调制信号输出到磁补偿驱动电路，磁补偿驱动电路将收到的脉宽调制信号转换为正弦电流信号，转换后的电流信号输入到磁补偿放大电路。

所述磁补偿放大电路将电流信号放大，放大后的电流信号注入到补偿线圈，补偿线圈 中通过补偿电流将磁通调节到零磁通状态；所述测量线圈将感应输出的电流信号接入到信号放大处理电路，信号放大处理电路将接收到的电流信号进行放大转换为电压信号，转换后的电压信号输入到24位高速模数转换器，24位高速模数转换器将输入电压信号转换为数字信号，转换后的数字信号输入到32位ARM无线单片机；所述取电线圈将感应输出的电流信号接入到能量收集电路的输入端，所述能量收集电路接收能量源模块提供的太阳能、振动、温差能量源产生的能量。

所述32位ARM无线单片机接收来自温度传感器输出的数字信号、来自GPS电路的同步脉冲信号及同步时间戳，32位ARM无线单片机将数字信号计算值、同步脉冲信号值及同步时间戳值通过RS485通信电路、光纤通信电路、无线ZIGBEE发送到后端处理器；所述2.4G天线接收外部传入的2.4G电磁波信号和向外发送2.4G电磁波信号，将接收到电磁波信号传送到32位ARM无线单片机。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型装置采用先进的嵌入式数字处理技术对微小电流进行就地数字化处理，同时将数字化后的电流信号通过RS485通信、光纤通信、无线ZIGBEE通信方式发送到后端处理器，通过数字化后的信号在传输过程中增强抗干扰能力。本实用新型大大提高电流测量智能化、工业控制智能化、系统稳定性、可靠性，降低了系统成本及系统后期维护费用。本实用新型特别适合于变电站高压容性设备在线监测和高压容性设备的制造商及微小电流的检测的场合使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种无源无线同步智能数字穿心式微电流传感器装置，包括32位ARM无线单片机、能量收集电路、磁补偿驱动电路、磁补偿放大电路、信号放大处理电路、24位高速模数转换器、GPS电路、RS485通信电路、光纤通信电路、穿心式电流感应线圈、2.4G天线、温度传感器和能量源模块。

穿心式电流感应线圈由补偿线圈、测量线圈、取电线圈组成。

所述32位ARM无线单片机与磁补偿驱动电路连接，所述磁补偿驱动电路与磁补偿放 大电路连接，所述32位ARM无线单片机与24位高速模数转换器连接，所述24位高速模数转换器与信号放大处理电路连接，所述信号放大处理电路、24位高速模数转换器分别与穿心式电流感应线圈连接，所述穿心式电流感应线圈与能量收集电路连接，所述能量收集电路与能量源模块连接，所述GPS电路、RS485通信电路、光纤通信电路、2.4G天线、温度传感器分别与32位ARM无线单片机连接。

32位ARM无线单片机产生一脉宽调制信号输出到磁补偿驱动电路，磁补偿驱动电路将收到的脉宽调制信号转换为正弦电流信号，转换后的电流信号输入到磁补偿放大电路。

磁补偿放大电路将电流信号放大，放大后的电流信号注入到补偿线圈，补偿线圈中通过补偿电流将磁通调节到零磁通状态；所述测量线圈将感应输出的电流信号接入到信号放大处理电路，信号放大处理电路将接收到的电流信号进行放大转换为电压信号，转换后的电压信号输入到24位高速模数转换器，24位高速模数转换器将输入电压信号转换为数字信号，转换后的数字信号输入到32位ARM无线单片机；所述取电线圈将感应输出的电流信号接入到能量收集电路的输入端，所述能量收集电路接收能量源模块提供的太阳能、振动、温差能量源产生的能量。

32位ARM无线单片机接收来自温度传感器输出的数字信号、来自GPS电路的同步脉冲信号及同步时间戳，32位ARM无线单片机将数字信号计算值、同步脉冲信号值及同步时间戳值通过RS485通信电路、光纤通信电路、无线ZIGBEE发送到后端处理器；所述2.4G天线接收外部传入的2.4G电磁波信号和向外发送2.4G电磁波信号，将接收到电磁波信号传送到32位ARM无线单片机。

32位ARM无线单片机及处理电路供电由能量收集模块提供，其中能量收集模块的能量源来源于穿心式感应线圈中的取电线圈、外部太阳能电池、温差发电模块、振动压电发电模块。通过以上能量收集方式实现微电流传感器不需要外接供电电源，从而实现智能传感器无源供电。

32位ARM无线单片机接收24位高速模数转换器输出的数字信号，计算出穿心式电流感应线圈中测量线圈输出的电流信号大小，从而得出穿心电流的大小、谐波成份、相位角及频率；产生一正弦规律变换的脉宽调制控制信号输出到磁补偿驱动电路，从而实现感应线圈中磁通量控制；测量穿心式电流感应线圈温度变换状态，通过温度变化状态实时补偿补偿线圈中磁通变化，从而保证电流传感器输出电流的稳定性及准确性；实现与RS485通信电路进行双向数据通信；实现与光纤通信电路进行双向数据通信；实现通过无线ZIGBEE自组网双向无线数据通信；实现与GPS电路进行读写数据通信，从而读取GPS同步信号及 同步时间戳信号；实现能量收集模块电量实时监测。以上测量、计算、读取的相关数据可以通过RS485通信、光纤通信、无线ZIGBEE通信方式发送到后端处理器。

太阳能、振动、温差能量源为系统提供足够的供电电源，使用太阳能、振动、温差能量源等清洁能源提供能量，因此电流传感器无需从控制中心接入电源，从而实现电流传感器自供电，通过自供电系统的设计使得电流传感器抗干扰能力大大提高、测量精度及稳定性得到极大的改善。

能量收集电路接收来自取电线圈能量及太阳能、振动、温差能量源产生的能量，能量收集电路将接收到的能量转换为5V、3.3V电压提供给32位ARM无线单片机、磁补偿驱动电路、磁补偿放大电路、24位高速模数转换器、信号放大处理电路、GPS电路、RS485通信电路、光纤通信电路进行供电。

磁补偿驱动电路接收32位ARM无线单片机输出正弦规律变换的脉宽调制信号，同时将输出的脉宽调制信号转换为交流电流信号，转换后的交流电流信号输入到磁补偿放大电路。

磁补偿放大电路将磁补偿驱动电路输出的电流进行放大，放大后的电流输出到穿心式感应线圈的补偿线圈，从而实现补偿线圈磁通量调节。

信号放大处理电路接收穿心式感应线圈中测量线圈输出感应电流，同时将输入的感应电流进行前置放大滤波处理，处理后的电流信号输出到24位高速模数转换器。

24位高速模数转换器将输入的电流信号进行数字化，同时将数字化后的数字信号输出到32位ARM无线单片机。

GPS电路接收卫星同步信号，同时将接收到的卫星同步信号处理为同步时间戳及同步脉冲信号，转换后的同步时间戳和同步脉冲信号经数字化后输出到32位ARM无线单片机。

RS485通信电路将32位ARM无线单片机测量、计算分析的结果与MODBUS总线协议方式发送到后端处理器，同时将后端处理器返回的相关数据传送给32位ARM无线单片机。

光纤通信电路将32位ARM无线单片机测量、计算分析的结果输出电信号转换为光信号传送到后端处理器，同时将后端处理器返回的相关数据光信号转换为电信号传送给32位ARM无线单片机。

穿心式电流感应线圈由补偿线圈、测量线圈、取电线圈组成，其中补偿线圈主要是起到磁通量补偿作用；测量线圈主要是将被测穿心电流按比例感应输出；取电线圈主要是将穿心电流感应输出到能量收集电路的输入端。

温度传感器测量穿心式感应线圈中温度变化状态，通过温度变化状态对测量电流进行 实时补偿校正。

2.4G天线接收外部传入的2.4G电磁波信号和向外发送2.4G电磁波信号，同时将接收到电磁波信号传送到32位ARM无线单片机射频接收端，将32位ARM无线单片机射频模块调制后的射频信号输出。

具体实施的技术参数如下：

额定输入最大电流(AC)：1000mA；

测量范围(AC)：0.001～1000mA；

负载电阻：>5KΩ；

精度(Ta＝+25℃)：标准读数×±0.01％；

失调电压(Ta＝+25℃)：<±2mV；

温漂(Ta＝-40℃～+125)：0.05％/℃；

线性度：<0.02％；

频率范围：50HZ～500HZ；

通信方式：RS485、光纤、无线；

工作温度：-40℃～+125℃；

储存温度：-40℃～+150℃；

耗电：<25mA。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种无源无线同步智能数字穿心式微电流传感器装置，其特征是：包括32位ARM无线单片机、能量收集电路、磁补偿驱动电路、磁补偿放大电路、信号放大处理电路、24位高速模数转换器、GPS电路、RS485通信电路、光纤通信电路、穿心式电流感应线圈、能量源模块、2.4G天线、温度传感器,所述32位ARM无线单片机与磁补偿驱动电路连接，所述磁补偿驱动电路与磁补偿放大电路连接，所述32位ARM无线单片机与24位高速模数转换器连接，所述24位高速模数转换器与信号放大处理电路连接，所述信号放大处理电路、24位高速模数转换器分别与穿心式电流感应线圈连接，所述穿心式电流感应线圈与能量收集电路连接，所述能量收集电路与能量源模块连接，所述GPS电路、RS485通信电路、光纤通信电路、2.4G天线、温度传感器分别与32位ARM无线单片机连接。

2.根据权利要求1所述的一种无源无线同步智能数字穿心式微电流传感器装置，其特征是：所述穿心式电流感应线圈由补偿线圈、测量线圈、取电线圈组成。