CN205593673U - 基于电场感应式的复合型传感器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于电场感应式的复合型传感器系统，包括电场感应模块、带电警示模块、系统储能模块、主控模块、无线收发模块和温度测量模块；带电警示模块、系统储能模块均与电场感应模块连接，带电警示模块、主控模块均与系统储能模块连接，无线收发模块和温度测量模块均与主控模块连接；电场感应模块用于获取感应电压并输出至带电警示模块和系统储能模块；带电警示模块用于当感应电压高于预设值时进行发光指示；系统储能模块用于对感应电压进行存储形成储能电压，并当储能电压达到预设值时控制主控模块开启或关闭；温度测量模块用于检测温度信号并发送至主控模块。提高电场感应取电效率，从而缩小传感器系统的体积，简化传感器安装与调试。

Description

基于电场感应式的复合型传感器系统

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及基于电场感应式的复合型传感器系统。

背景技术

无线测温传感器通常由能量源、微处理器、感温元件、无线传输模组构成。能量源为整个传感器的其他元件(微处理器、感温元件、无线传输模组)提供工作能量。将传感器安装于目标监测设备上，微处理器以一定时间间隔采集测温元件的温度信息，通过无线传输模组把温度信息传送至在线监测集中接收装置，集中接收装置对温度状况进行分析、预警和报警等处理，达到在线监测的目的。

随着科学技术的发展，无源无线传感技术逐渐应用于电力设备在线监测。目前无源无线传感器的能量获取技术主要有：SAW声表面波、TEG温差发电、RFID标签、CT电磁感应、电场耦合感应。

根据目前行业发展现状，上述无源无线传感器均存在体积大、安装调试困难、监测参数单一，不能大面积推广与应用。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于电场感应式的复合型传感器系统，其能够提高电场感应取电效率从而缩小传感器体积。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

基于电场感应式的复合型传感器系统，包括电场感应模块、带电警示模块、系统储能模块、主控模块、无线收发模块和温度测量模块；所述带电警示模块、系统储能模块均与电场感应模块连接，带电警示模块、主控模块均与系统储能模块连接，无线收发模块和温度测量模块均与主控模块连接；电场感应模块用于获取感应电压并输出至带电警示模块和系统储能模块；带电警示模块用于当感应电压高于预设值时进行发光指示；系统储能模块用于对感应电压进行存储形成储能电压，并当储能电压达到预设值时控制主控模块开启或关闭；温度测量模块用于检测温度信号并发送至主控模块，主控模块通过无线收发模块将温度值发送至外部的接收装置。

优选的，所述复合型传感器系统还包括与主控模块连接的电流测量模块，该电流测量模块用于检测电磁强度信号并发送电流信号至主控模块。

优选的，所述温度测量模块包括感温元件和信号处理模块，感温元件、信号处理模块和主控模块依次连接，所述感温元件用于检测温度信号并发送至信号处理模块，信号处理模块用于对温度信号进行滤波，发送处理后的温度信号至主控模块。

优选的，电流测量模块包括磁阻元件和TRMS模块，磁阻元件、TRMS模块和主控模块依次连接，所述磁阻元件用于检测电磁场强度信号并发送至TRMS模块，TRMS模块用于根据该电磁场强度信号处理得到电流信号，发送该电流信号至主控模块。

优选的，所述电场感应模块包括高压带电体和PCB铜箔，所述系统储能模块包括整流桥堆B1、储能电容C1、储能电容EC2、高压触发二极管D1、二极管D2、变压器T1、电源管理芯片U1、电阻R1和电阻R2；所述带电警示模块包括整流桥堆B2、储能电容C3、高压触发二级管D3、发光二极管D4和限流电阻R3；

整流桥堆B1的第一交流端与高压带电体连接，第二交流端与整流桥堆B2的第一交流端连接；整流桥堆B1的第一直流端和储能电容C1的一端均与高压触发二极管D1的一端连接，高压触发二极管的另一端连接变压器T1的初级线圈的一端，变压器T1初级线圈的另一端和储能电容C1的另一端均与整流桥堆B1的第二直流端连接；变压器T1的次级线圈的一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极和储能电容EC2的一端均与电源管理芯片的输入端连接；变压器T1的次级线圈的另一端、储能电容EC2的另一端和电源管理芯片的地端均接地；电源管理芯片的输出端连接主控模块；电阻R1的一端连接电源管理芯片的第一阈值调节端；电阻R2的一端连接电源管理芯片的第二阈值调节端；电阻R1的另一端和电阻R2的另一端均接地；

整流桥堆B2的第二交流端连接PCB铜箔，整流桥堆B2的第一直流端和储能电容C3的一端均与高压触发二极管D3的一端连接；高压触发二极管D3的另一端通过电阻R3连接发光二极管D4的正极；发光二极管D4的负极和储能电容C3的另一端均与整流桥堆B2的第二直流端连接。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型能够提高电场感应取电效率，从而缩小传感器系统的体积，简化传感器安装与调试。

附图说明

图1为本实用新型基于电场感应式的复合型传感器系统的模块结构图；

图2为本实用新型的电场感应模块、系统储能模块和带电警示模块的电路结构图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

参见图1，本实用新型提供一种基于电场感应式的复合型传感器系统，能够应用于开关柜触头、母排连接处、输电线路电气接点等。包括电场感应模块、带电警示模块、系统储能模块、主控模块、无线收发模块和温度测量模块；所述带电警示模块、系统储能模块均与电场感应模块连接，带电警示模块、主控模块均与系统储能模块连接，无线收发模块和温度测量模块均与主控模块连接。

电场感应模块用于获取感应电压并输出至带电警示模块和系统储能模块；电场感应模块可利用电容耦合的位移电流获取感应电压。

带电警示模块用于当感应电压高于预设值时进行发光指示；高于该预设值时为高压状态，可对高压设备带电状态进行指示，能够预防操作人员非法带电作业。

系统储能模块用于对感应电压进行存储形成储能电压，并当储能电压达到预设值时控制主控模块开启或关闭；温度测量模块用于检测温度信号并发送至主控模块。

复合型传感器系统还包括与主控模块连接的电流测量模块，该电流测量模块用于检测电磁强度信号并发送电流值至主控模块。通过电流测量模块和温度测量模块，实现多参数在线监测的效果，既能测量温度也能测量负荷电流，主控模块根据电流值和温度值能够判断电力设备异常是由于温度升高还是线路负荷变大导致，提高了后续诊断系统的准确性和可靠性。

温度测量模块包括感温元件和信号处理模块，感温元件、信号处理模块和主控模块依次连接，所述感温元件用于检测温度信号并发送至信号处理模块，信号处理模块用于对温度信号进行滤波，发送处理后的温度信号至主控模块，主控模块通过无线收发模块将温度值发送至外部的接收装置。

电流测量模块包括磁阻元件和TRMS模块，磁阻元件、TRMS模块和主控模块依次连接，所述磁阻元件用于检测电磁场强度信号并发送至TRMS模块，TRMS模块用于根据该电磁场强度信号处理得到电流信号，发送该电流信号至主控模块。TRMS为True Root MeanSquare，也就是真有效值转换，其将电磁场强度信号转换为真有效值，依据电流的磁效应，计算电流信号，该电流信号中包含了电流值。

主控模块通过无线收发模块发送信息至外部对应的接收装置。

具体的，参见图2，电场感应模块包括高压带电体和PCB铜箔，所述系统储能模块包括整流桥堆B1、储能电容C1、储能电容EC2、高压触发二极管D1、二极管D2、变压器T1、电源管理芯片U1、电阻R1和电阻R2；所述带电警示模块包括整流桥堆B2、储能电容C3、高压触发二级管D3、发光二极管D4和限流电阻R3；

整流桥堆B1的第一交流端a与高压带电体连接，第二交流端b与整流桥堆B2的第一交流端e连接；整流桥堆B1的第一直流端c和储能电容C1的一端均与高压触发二极管的一端连接，高压触发二极管D1的另一端连接变压器T1的初级线圈的一端，变压器T1初级线圈的另一端和储能电容C1的另一端均与整流桥堆B1的第二直流端d连接；变压器T1的次级线圈的一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极和储能电容EC2的一端均与电源管理芯片U1的输入端vin连接；变压器T1的次级线圈的另一端、储能电容EC2的另一端和电源管理芯片U1的地端gnd均接地；电源管理芯片U1的输出端vout连接主控模块；电阻R1的一端连接电源管理芯片U1的第一阈值调节端vh；电阻R2的一端连接电源管理芯片U1的第二阈值调节端vl；电阻R1的另一端和电阻R2的另一端均接地；

整流桥堆B2的第二交流端f连接PCB铜箔，整流桥堆B2的第一直流端g和储能电容C3的一端均与高压触发二极管D3的一端连接；高压触发二极管D3的另一端通过电阻R3连接发光二极管D4的正极；发光二极管D4的负极和储能电容C3的另一端均与整流桥堆B2的第二直流端h连接。

电场感应模块的取电原理是通过高压带电体和PCB铜箔间的电容效应的空间位移电流对电容器进行脉冲处能来获取感应电压。感应电压经过整流桥堆B1对储能电容C1进行一级储能，当储能电容C1中的储能电压达到高压触发二极管D1的导通电压时，储能电容C1中的电压经过变压器实现阻抗变换，提高电场感应模块的感应电流输出能力，感应脉冲周期性对储能电容EC2进行二次储能。当储能电容EC2的储能电压高于电源管理芯片U1的第一阈值时，通过电源管理芯片U1的输出端对后级电路提供能量，直至储能电容EC2的储能电压低于电源管理芯片的第二阈值时，关闭能量输出，也就是电源管理芯片U1的输出端不再对后级电路提供能量。第一阈值由电阻R1进行调节，第二阈值由电阻R2进行调节。

感应电压经过整流桥堆B2对储能电容C3进行储能，当储能电容C3的储能电压达到高压触发二极管D3导通电压时，驱动发光二极管D4发光，当储能电压低于高压触发二极管D3截止电压时，发光二极管D4熄灭。这样，当高压带电体带电时，发光二极管D4会处于闪烁状态，进行高压带电预警。同时闪烁频率越高，说明电压等级越高。

本实用新型电场感应取电部分利益高压触发二极管元件的通断特性，配合变压器实现阻抗变换，将高压端的微小电流变换成低压端的较大电流向储能电容充电，实现高效的能量累计，元件少体积小，适用电压等级宽。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于电场感应式的复合型传感器系统，其特征在于，包括电场感应模块、带电警示模块、系统储能模块、主控模块、无线收发模块和温度测量模块；所述带电警示模块、系统储能模块均与电场感应模块连接，带电警示模块、主控模块均与系统储能模块连接，无线收发模块和温度测量模块均与主控模块连接；电场感应模块用于获取感应电压并输出至带电警示模块和系统储能模块；带电警示模块用于当感应电压高于预设值时进行发光指示；系统储能模块用于对感应电压进行存储形成储能电压，并当储能电压达到预设值时控制主控模块开启或关闭；温度测量模块用于检测温度信号并至主控模块，主控模块通过无线收发模块将温度信号发送至外部的接收装置。

2.如权利要求1所述的基于电场感应式的复合型传感器系统，其特征在于，所述复合型传感器系统还包括与主控模块连接的电流测量模块，该电流测量模块用于检测电磁强度信号并发送电流信号至主控模块。

3.如权利要求2所述的基于电场感应式的复合型传感器系统，其特征在于，所述温度测量模块包括感温元件和信号处理模块，感温元件、信号处理模块和主控模块依次连接，所述感温元件用于检测温度信号并发送至信号处理模块，信号处理模块用于对温度信号进行滤波，发送处理后的温度信号至主控模块。

4.如权利要求2所述的基于电场感应式的复合型传感器系统，其特征在于，电流测量模块包括磁阻元件和TRMS模块，磁阻元件、TRMS模块和主控模块依次连接，所述磁阻元件用于检测电磁场强度信号并发送至TRMS模块，TRMS模块用于根据该电磁场强度信号处理得到电流信号，发送该电流信号至主控模块。

5.如权利要求1所述的基于电场感应式的复合型传感器系统，其特征在于，所述电场感应模块包括高压带电体和PCB铜箔，所述系统储能模块包括整流桥堆B1、储能电容C1、储能电容EC2、高压触发二极管D1、二极管D2、变压器T1、电源管理芯片、电阻R1和电阻R2；所述带电警示模块包括整流桥堆B2、储能电容C3、高压触发二级管D3、发光二极管D4和限流电阻R3；

整流桥堆B1的第一交流端与高压带电体连接，第二交流端与整流桥堆B2的第一交流端连接；整流桥堆B1的第一直流端和储能电容C1的一端均与高压触发二极管的一端连接，高压触发二极管D1的另一端连接变压器T1的初级线圈的一端，变压器T1初级线圈的另一端和储能电容C1的另一端均与整流桥堆B1的第二直流端连接；变压器T1的次级线圈的一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极和储能电容EC2的一端均与电源管理芯片的输入端连接；变压器T1的次级线圈的另一端、储能电容EC2的另一端和电源管理芯片的地端均接地；电源管理芯片的输出端连接主控模块；电阻R1的一端连接电源管理芯片的第一阈值调节端；电阻R2的一端连接电源管理芯片的第二阈值调节端；电阻R1的另一端和电阻R2的另一端均接地；

整流桥堆B2的第二交流端连接PCB铜箔，整流桥堆B2的第一直流端和储能电容C3的一端均与高压触发二极管D3的一端连接；高压触发二极管D3的另一端通过电阻R3连接发光二极管D4的正极；发光二极管D4的负极和储能电容C3的另一端均与整流桥堆B2的第二直流端连接。