CN208459526U - 传感器及直流屏监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种传感器及直流屏监测系统，用于直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测，传感器包括壳体、套在直流屏支路上用于感应直流屏支路电流的环形磁芯、用于输入直流电源以及与数据总线连接的插座及用于直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测的直流屏支路检测电路，环形磁芯及直流屏支路检测电路设于壳体内，直流屏支路检测电路中的励磁线圈缠绕在环形磁芯上，插座设于壳体外，且通过数据总线与电源线与直流屏支路检测电路连接，环形磁芯和插座均与直流屏支路检测电路电性连接。本实用新型技术方案实现对直流屏支路的漏电流以及开关状态进行集中检测，从而达到简化直流屏电源系统的布线以及整体结构的目的。

Description

传感器及直流屏监测系统

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种传感器及直流屏监测系统。

背景技术

在直流屏电源系统的支路检测中，通常有直流漏电检测和输出开关状态检测。如图1所示，其中，直流漏电检测采用模拟量直流小电流传感器实现对电流差值进行采集(其原理是磁振荡调制、解调滤波、放大处理等一系列电路)，输出标准电压信号接入绝缘采集单元，绝缘采集单元对各路输入的信号进行收集处理后通过485接口数据总线上传至上位机，输出开关状态检测采用联动开关中常开触头的通断输出一个开关量信号，接入开关采集单元，开关采集单元进行收集处理后通过485接口数据总线上传至上位机。

但是由于直流漏电监测和输出开关状态检测功能过于分散，造成布线杂乱，整体结构复杂，并且对于后期的维护也造成了一定的困难，此外在直流漏电监测和输出开关状态检测中需要通过模块将模拟量转化为数字量，其智能化程度低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种传感器，旨在实现对直流屏支路的漏电流以及开关状态进行集中智能检测，并用以总线方式输出，简化直流屏电源系统的布线以及整体结构。

为实现上述目的，本实用新型提出的传感器，用于直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测，其特征在于，包括壳体、套在直流屏支路上用于感应直流屏支路电流的环形磁芯、用于输入直流电源以及与数据总线连接的插座及用于直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测的直流屏支路检测电路，所述环形磁芯及所述直流屏支路检测电路设于所述壳体内，所述直流屏支路检测电路中的励磁线圈缠绕在所述环形磁芯上，所述插座设于所述壳体外，且通过数据总线与电源线与所述直流屏支路检测电路连接。

优选地，所述直流屏支路检测电路包括开关状态采集电路、电流采集电路、主控电路、电源电路及通讯电路；其中，所述电流采集电路的信号输入端与环形磁芯连接，所述电流采集电路的信号输出端与所述主控电路的第一信号端连接，所述开关状态采集电路的信号输入端与直流屏支路连接，所述开关状态采集电路的信号输出端与所述主控电路的第二信号端连接，所述主控电路的第三信号端与所述通讯电路的第一信号端连接，所述通讯电路的第二信号端与上位机的信号端连接；其中，所述电流采集电路，用于采集穿过所述环形磁芯的直流屏支路的漏电流信号，并根据采集到的漏电流信号输出两路不同占空比的PWM信号至所述主控电路；所述开关状态采集电路，分有源和无源两种开关状态的采集，当在有源开关状态的采集时，所述开关状态采集电路通过采集所述直流屏支路的电压信号并对应输出高低电平信号至所述主控电路；当在无源开关状态的采集时，所述开关状态采集电路通过采集所述直流屏支路中断路器的辅助触头的通断状态并对应输出高低电平信号至所述主控电路；所述主控电路，用于根据所述电流采集电路输出的两路不同占空比的PWM信号获取所述直流屏支路的漏电流值，以及根据所述开关状态采集电路输出的高低电平信号获取所述直流屏支路中断路器的开关状态，并将所述直流屏支路的漏电流值以及所述直流屏支路中断路器的开关状态输出至通讯电路；所述通讯电路，用于通过数据总线将所述直流屏支路的漏电流值以及所述直流屏支路中断路器的开关状态输出至所述上位机。

优选地，所述电流采集电路的信号输出端包括第一信号输出端及第二信号输出端，所述电流采集电路包括绕在环形磁芯上的第一电感，所述第一电感为所述直流屏支路检测电路中的励磁线圈，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、稳压芯片、第一电容、第二电容、第三电容、第一与非门、第二与非门、第三与非门及第一工作电压输入端；其中，所述第一电阻的第一端与所述第一工作电压输入端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端、所述稳压芯片的电压输出端、所述第一电容的第一端、所述第二电容的第一端及所述第一与非门的电源端互连，所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第一端及所述稳压芯片的电压输入端互连，所述第三电阻的第二端、所述稳压芯片的接地端、所述第一电容的第二端及所述第二电容的第二端均接模拟地，所述第一与非门的第一输入端、所述第一与非门的第二输入端、所述第三电容的第一端及所述第四电阻的第一端互连，所述第三电容的第二端接数字地，所述第一与非门的接地端接模拟地，所述第四电阻的第二端、所述第一电感的第一端及所述第五电阻的第一端互连，所述第一电感的第二端、所述第一与非门的输出端、所述第二与非门的第一输入端、所述第二与非门的第二输入端互连，所述第五电阻的第二端、所述第二与非门的输出端、所述第三与非门的第一输入端与所述第三与非门的第二输入端的连接节点为所述电流采集电路的第一信号输出端，所述第三与非门的输出端为所述电流采集电路的第二信号输出端。

优选地，所述开关状态采集电路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、瞬态二极管、第一二极管、第四电容、光耦及所述第一工作电压输入端；其中，所述第六电阻的第一端及所述瞬态二极管的第一端均与所述直流屏支路的正极输入端连接，所述第六电阻的第二端、所述第一二极管的阴极及所述第七电阻的第一端互连，所述第七电阻的第二端、所述第四电容的第一端及所述光耦的阳极互连，所述瞬态二极管的第二端、所述第一二极管的阳极、所述第四电容的第二端与所述光耦的阴极均与所述直流屏支路的负极输入端连接，所述第八电阻的第一端与所述第一工作电压输入端连接，所述第八电阻的第二端与所述光耦的集电极的连接节点为所述开关状态采集电路的信号输出端，所述光耦的发射极接数字地。

优选地，所述开关状态采集电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第五电容、第一三极管、所述第一工作电压输入端及第二工作电压输入端；其中，所述第十电阻的第一端与所述第二工作电压输入端连接，所述第十电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接，所述第十二电阻的第一端为所述开关状态采集电路的信号输入端，所述第十二电阻的第二端与所述第一三极管的发射极连接，所述第一三极管的集电极、所述第九电阻的第一端及所述第十一电阻的第一端互连，所述第九电阻的第二端与所述第一工作电压输入端连接，所述第十一电阻的第二端与所述第五电容的第一端的连接节点为所述开关状态采集电路的信号输出端，所述第五电容的第二端接数字地。

优选地，所述电源电路包括第二二极管、第三二极管、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第二电感、电源芯片及所述第二工作电压输入端；其中，所述第二二极管的阳极与所述第二工作电压输入端连接，所述第二二极管的阴极、所述第六电容的第一端、所述第十三电阻的第一端与所述电源芯片的电源输入端互连，所述第十三电阻的第二端与所述电源芯片的驱动端连接，所述电源芯片的第一输出端、所述第十四电阻的第一端及所述第十五电阻的第一端互连，所述电源芯片的接地端、所述第九电容的第一端及所述第十五电阻的第二端均接地，所述第十四电阻的第二端、所述第二电感的第一端、所述第七电容的第一端与所述第八电容的第一端均与所述第一工作电压输入端连接，所述第九电容的第二端与所述电源芯片的第二输出端连接，所述电源芯片的第三输出端、所述第三二极管的阴极及所述第二电感的第二端互连，所述第六电容的第二端、所述第三二极管的阳极、所述第七电容的第二端、所述第八电容的第二端及所述第十六电阻的第一端均与模拟地连接，所述第十六电阻的第二端与所述数字地连接。

优选地，所述主控电路包括主控芯片、第十电容及所述第一工作电压输入端；其中，所述第十电容的第一端、所述主控芯片的电源输入端与所述第一工作电压输入端的连接节点为所述主控电路的电源输入端，所述第十电容的第二端及所述主控芯片的接地端接数字地，所述主控芯片的第一信号输入端与所述电流采集电路的第一信号输入端连接，所述主控芯片的第二信号输入端与所述电流采集电路的第二信号输出端，所述主控芯片的第三信号输入端与所述开关状态采集电路的信号输出端连接，所述主控芯片的信号输出端与所述通讯电路的信号输入端连接，所述485芯片的电源输入端及所述第十一电容的第一端均与所述第一工作电压输入端连接，所述第十一电容的第二端与所述485芯片的接地端均与数字地连接。

优选地，所述通讯电路包括第四与非门、485芯片、第十一电容及第一工作电压输入端；其中，所述第四与非门的第一输入端、所述第四与非门的第二输入端与所述主控芯片的第一信号输出端连接，所述第四与非门的输出端与所述485芯片的接收使能端及所述485芯片的发送使能端互连，所述485芯片的输出端与所述主控芯片的信号接收端连接，所述485芯片的输入端与所述主控芯片的信号发射端连接，所述485芯片的差分信号端与上位机连接。

优选地，所述直流屏支路检测电路还包括用于指示所述传感器正常工作或者异常工作的指示灯，所述指示灯的第一端与所述第一工作电压输入端连接，所述指示灯的第二端与所述主控电路的第四信号端连接，所述壳体上设有用于供所述指示灯透出的安装孔，所述指示灯设于所述安装孔内。

对应的，本实用新型还提出一种直流屏监测系统，用于多个直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测，所述直流屏监测系统包括多个传感器，所述传感器为如上所述的传感器，每一被测直流屏支路穿过对应的所述传感器中的环形磁芯，每一所述传感器的插座与对应的所述被测直流屏支路连接，每一所述传感器的电源输出端与对应负载连接，每一所述传感器的插座通过数据总线并联后与上位机连接。

本实用新型技术方案通过采用壳体、套在直流屏支路上用于感应直流屏支路电流的环形磁芯、用于输入直流电源以及与数据总线连接的插座及用于直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测的直流屏支路检测电路组成传感器，环形磁芯及直流屏支路检测电路设于壳体内，插座设于壳体外，且通过数据总线与电源线与直流屏支路检测电路连接，环形磁芯和插座均与直流屏支路检测电路电性连接，传感器安装在直流屏断路器开关的二次侧与负载之间，环形磁芯与直流屏支路检测电路中的励磁线圈绕制，以实现对直流屏支路电流的测试，同时直流屏支路末端与直流屏支路检测电路连接，直流屏支路检测电路根据直流屏支路电压的有无或者断路器辅助触点的通断实现对直流屏支路中的开关状态进行检测。直流屏支路检测电路通过将漏电流检测与输出开关状态检测进行集中处理，减少了开关采集单元以及绝缘采集单元，简化了系统结构，节约生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为常规直流屏监测系统一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型传感器一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型传感器一实施例中直流屏支路检测电路的功能模块示意图；

图4为本实用新型传感器一实施例中环形磁芯与绕组的结构示意图；

图5为本实用新型传感器一实施例中直流屏支路检测电路的电路结构示意图；

图6为本实用新型传感器一实施例中直流屏支路检测电路的电源电路的电路结构示意图；

图7为本实用新型直流屏监测系统一实施例的有源开关状态采集的结构示意图；

图8为本实用新型直流屏监测系统一实施例的无源开关状态采集的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图2所示，图2为本实用新型传感器100一实施例的结构示意图，本实施例中，传感器100用于直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测，传感器100包括壳体120、套在直流屏支路上用于感应直流屏支路电流的环形磁芯130、用于输入直流电源以及与数据总线连接的插座140及用于直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测的直流屏支路检测电路110(图未示出)，其中，环形磁芯130及直流屏支路检测电路110设于壳体120内，直流屏支路检测电路110中的励磁线圈缠绕在环形磁芯130上，插座140设于壳体120外，且通过数据总线与电源线与直流屏支路检测电路110连接。

需要说明的是，传感器100安装在直流屏断路器开关的二次侧与负载之间，环形磁芯130安装在传感器100中间，直流屏支路导线穿过环形磁芯130，并且支路的线路末端与插座140连接，插座作为中间连接器件，一方面输入直流电源驱动直流屏支路检测电路110工作，一方面与数据总线连接，以实现与上位机200的数据交换，环形磁芯130与直流屏支路检测电路110中的励磁线圈连接，以实现对直流屏支路电流的测试，同时直流屏支路末端与直流屏支路检测电路110连接，直流屏支路检测电路110根据直流屏支路电压的有无或者断路器辅助触点的通断实现对直流屏支路中的开关状态进行检测，本实用新型通过将输出开关状态和绝缘漏电检测整合到一个传感器100上，减少了开关采集单元和绝缘采集单元，简化了系统结构，节约了生产成本。

如图3所示，图3为本实用新型传感器100一实施例中直流屏支路检测电路的功能模块示意图，本实施例中，直流屏支路检测电路110包括开关状态采集电路111、电流采集电路112、主控电路113、电源电路114及通讯电路115。

具体地，电流采集电路112的信号输入端与环形磁芯130连接，电流采集电路112的信号输出端与主控电路113的第一信号端连接，开关状态采集电路111的信号输入端与直流屏支路连接，开关状态采集电路111的信号输出端与主控电路113的第二信号端连接，主控电路113的第三信号端与通讯电路115的第一信号端连接，通讯电路115的第二信号端与上位机200的信号端连接。

需要说明的是，本实施例中，直流屏支路检测电路110安装在高压断路器与负载之间，起到监控作用，并且在直流屏支路检测电路110中同时设置了漏电流检测与开关状态检测，无需多个模块分别对漏电流以及开关状态进行检测，简化直流屏系统结构。

电流采集电路112，用于采集穿过环形磁芯130的直流屏支路的漏电流信号，并根据采集到的漏电流信号输出两路不同占空比的PWM信号至主控电路113。

需要说明的是，当直流屏支路检测电路110工作时，电流采集电路112中的电感绕制在环形磁芯130上，电感同时作为测量绕组，通过磁通门技术测量电感输出的电压波形变化，并输出两路PWM信号。

如图4所示，图4为本实用新型传感器100一实施例中环形磁芯与绕组的结构示意图，直流屏支路的导线I2穿过环形磁芯130，并且接入直流屏支路检测电路110。

磁通门技术可以概括为：当磁通门式电流传感器100工作时，激励线圈L1中加载一固定频率、固定波形的交变电流进行激励，使磁芯往复磁化达到饱和，在不存在外在电流所产生的被测磁场A时，则激励线圈L1输出的感应电动势只含有激励波形的奇次谐波，波形正负上下对称。

当存在外在直流被测磁场时，则磁芯中同时存在直流磁场和激励交变磁场，直流被测磁场在前半周期内促使环形磁芯130提前达到饱和，而在另外半个周期内使环形磁芯130延迟饱和，因此，造成激励周期内正负半周不对称，从而使输出电压曲线中出现振幅差，该振幅差与被测电流所产生的磁场A成正比，因此可以利用振幅差来检测磁环中所通过的电流。

工作时，在直流屏支路正常时，输入输出的支路电路大小相等，方向相反，励磁产生的磁场相互抵消，此时在环形磁芯130中无外在磁场A，当直流屏支路绝缘性能不好出现漏电流时，环形磁芯130中会产生外在磁场A，根据磁通门传感器100的测试原理，直流采集电路对感应电压曲线进行模数转换并输出对应的两路PWM信号，因此PWM信号的占空比差值与直流屏支路漏电流的大小成正比，因此可根据PWM信号进行直流屏漏电流的检测。

开关状态采集电路111，分有源和无源两种开关状态的采集，当在有源开关状态的采集时，开关状态采集电路通过采集直流屏支路的电压信号并对应输出高低电平信号至主控电路113；当在无源开关状态的采集时，开关状态采集电路通过采集直流屏支路中断路器的辅助触头的通断状态并对应输出高低电平信号至主控电路113。

需要说明的是，开关状态采集电路111包括有源和无源开关状态的采集，本实施例中，有源开关状态的采集指的是直接通过采集直流屏支路电压信号，并根据直流屏电压信号的有无变化输出高低电平信号至主控电路113，当断路器正常时，直流屏支路电压等于直流屏控制母线电压，直流屏支路电压信号在开关状态采集电路111通过降压、滤波并通过光耦输出高低电平信号至主控电路113，主控电路113根据高低电平信号确认当前开关处于闭合状态或者断开状态。

或者采用无源开关状态采集的方式，无源开关状态的采集指的是通过采集断路器辅助触头开关通断时输出的高低电平信号从而确定开关状态，当辅助触头开关闭合时，开关状态采集电路111采集到低电平，开关状态采集电路111导通，并输出低电平至主控电路113，主控电路113根据接收到低电平确定开关处于闭合状态，当开关断开时，开关状态采集电路111采集到低电平，开关状态采集电路111输出高电平至主控模块，主控模块从而确定开关处于断开状态。

主控电路113，根据电流采集电路112输出的两路不同占空比的PWM信号获取直流屏支路的漏电流值，以及根据开关状态采集电路111输出的高低电平信号获取直流屏支路中断路器的开关状态，并将直流屏支路的漏电流值以及所述直流屏支路中断路器的开关状态输出至通讯电路115。

需要说明的是，因为两路PWM信号的占空比差值与直流屏支路漏电流的大小成正比，当直流屏支路存在漏电流时，主控电路113根据接收到的两路不同占空比的PWM信号并根据预设算法确定PWM信号的占空比差值进而确定直流屏支路的漏电流值，从而确定直流屏支路的绝缘漏电状态，以及接收开关状态采集电路111输出的高低电平确定断路器开关状态，通过数据总线输出直流屏漏电流值以及开关状态的采样数据至通讯电路115，采样数据为数字信号并且带有不同的地址信息，无需进行模数转换，并且上位机200可根据总线寻址的方式获取每个主控电路113中的数据。

通讯电路115，用于通过数据总线将直流屏支路的漏电流值以及直流屏支路中断路器的开关状态输出至至上位机200。

需要说明的是，当直流屏每条支路均设有直流屏支路检测电路110时，每一通讯电路115的信号输出端并联，并将各自的漏电流值以及开关状态输出至上位机200，无需每一通讯电路分别与上位机200连接，从而减少直流屏系统布线，降低了安装工作量。

如图5所示，图5为本实用新型传感器100一实施例中直流屏支路检测电路的电路结构示意图，电流采集电路112的信号输出端包括第一信号输出端及第二信号输出端，电流采集电路112包括绕在环形磁芯130上的第一电感L1，第一电感L1为直流屏支路检测电路110中的励磁线圈，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、稳压芯片U1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一与非门U2A、第二与非门U2B、第三与非门U2C及第一工作电压V1输入端。

具体地，第一电阻R1的第一端与第一工作电压V1输入端连接，第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端、稳压芯片U1的电压输出端、第一电容C1的第一端、第二电容C2的第一端及第一与非门U2A的电源端互连，第二电阻R2的第二端、第三电阻R3的第一端及稳压芯片U1的电压输入端互连，第三电阻R3的第二端、稳压芯片U1的接地端、第一电容C1的第二端及第二电容C2的第二端均接模拟地，第一与非门U2A的第一输入端、第一与非门U2A的第二输入端、第三电容C3的第一端及第四电阻R4的第一端互连，第三电容C3的第二端接数字地，第一与非门U2A的接地端接模拟地，第四电阻R4的第二端、第一电感L1的第一端及第五电阻R5的第一端互连，第一电感L1的第二端、第一与非门U2A的输出端、第二与非门U2B的第一输入端、第二与非门U2B的第二输入端互连，第五电阻R5的第二端、第二与非门U2B的输出端、第三与非门U2C的第一输入端与第三与非门U2C的第二输入端的连接节点为电流采集电路112的第一信号输出端，第三与非门U2C的输出端为电流采集电路112的第二信号输出端。

本实施例中，第一电感L1绕制在环形磁芯130上，直流屏支路穿过环形磁芯130，第一直流电源通过稳压芯片U1稳压限幅后输出第一与非门U2A，第一与非门U2A产生一固定频率、固定波形的方波振荡信号，第一电感L1中加载方波振荡信号进行励磁，当环形磁芯130中的支路中发生漏电或者绝缘性能下降时，环形磁芯130中的磁场发生变化，第一电感L1产生的感应电动势曲线中出现振幅差，该振幅差与被测漏电流成正比，感应电动势经过第二与非门U2B与第三与非门U2C逻辑处理后，输出两路不同占空比的PWM信号，主控电路113根据输入的两路不同占空比的PWM信号的占空比差值并根据预设算法确定支路中的漏电流参数。

在本实用新型直流屏支路检测电路110中可采取有源开关状态采集与无源开关状态采集两种方式确定断路器开关状态，根据不同的测量需要进行选择。

当在有源开关状态采集时，即通过直接采集直流屏支路电压的有无确定断路器开关状态，本实施例中，开关状态采集电路111包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、瞬态二极管TVS1、第一二极管D1、第四电容C4、光耦U3及第一工作电压V1输入端。

具体地，第六电阻R6的第一端及瞬态二极管TVS1的第一端均与直流屏支路的正极输入端连接，第六电阻R6的第二端、第一二极管D1的阴极及第七电阻R7的第一端互连，第七电阻R7的第二端、第四电容C4的第一端及光耦U3的阳极互连，瞬态二极管TVS1的第二端、第一二极管D1的阳极、第四电容C4的第二端与光耦U3的阴极均与直流屏支路的负极输入端连接，第八电阻R8的第一端与第一工作电压V1输入端连接，第八电阻R8的第二端与光耦U3的集电极的连接节点为开关状态采集电路111的信号输出端，光耦U3的发射极接数字地。

需要说明的是，当在有源开关状态采集测量直流屏支路电压有无从而确定开关状态时，回路直流电压通过第六电阻R6降压，并通过第四电容C4滤波后输出电压信号至光耦U3，瞬态二极管TVS1起到电压保护的作用，防止电压过高烧损电路，当断路器处于闭合状态时，直流屏支路电压等于控制母线电压，光耦U3实现实现光电转换并输出光耦反馈信号至主控电路113，主控电路113根据光耦反馈信号确定当前断路器为闭合状态，当断路器处于断开状态时，回路电压为零，光耦U3无反馈信号输出，主控电路113从而确定当前断路器处于断开状态。

当在无源开关状态采集时，即通过间接采集断路器的辅助触头开关状态从而无确定断路器开关状态，本实施例中，开关状态采集电路111包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第五电容C5、第一三极管Q1、第一工作电压V1输入端及第二工作电压V2输入端。

具体地，第十电阻R10的第一端与第二工作电压V2输入端连接，第十电阻R10的第二端与第一三极管Q1的基极连接，第十二电阻R12的第一端为开关状态采集电路的信号输入端，第十二电阻R12的第二端与第一三极管Q1的发射极连接，第一三极管Q1的集电极、第九电阻的第一端及第十一电阻的第一端互连，第九电阻的第二端与第一工作电压V1输入端连接，第十一电阻的第二端与第五电容C5的第一端的连接节点为开关状态采集电路的信号输出端，第五电容C5的第二端接数字地。

本实施例中，开关状态采集电路111与断路器辅助触点连接，当断路器开关处于导通状态时，辅助触点处于导通状态，开关状态采集电路111的信号输入端输入低电平，第一三极管Q1导通，开关状态采集电路111输出低电平至主控电路113，主控电路113根据接收到的低电平确认当前断路器的开关处于导通状态，当断路器处于断开状态时，其辅助触点同样处于断开状态，此时开关状态采集电路111输入端输入高电平，第一三极管Q1截止，开关状态采集电路111输出高电平至主控电路113，主控电路113从而确定当前断路器处于断开状态。

需要说明的是，开关状态采集电路111的两种采集方式即有源开关状态采集与无源开关状态的采集可根据实际使用情况进行选择，因此，本实用新型直流屏支路检测电路110具有更大的使用范围。

如图6所示，图6为本实用新型传感器100一实施例中直流屏支路检测电路的电源电路的电路结构示意图，本实施例中，电源电路114包括第二二极管D2、第三二极管D3、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第二电感L2、电源芯片U5及第二工作电压V2输入端。

具体地，第二二极管D2的阳极与第二工作电压V2输入端连接，第二二极管D2的阴极、第六电容C6的第一端、第十三电阻R13的第一端与电源芯片U5的电源输入端互连，第十三电阻R13的第二端与电源芯片U5的驱动端连接，电源芯片U5的第一输出端、第十四电阻R14的第一端及第十五电阻R15的第一端互连，电源芯片U5的接地端、第九电容C9的第一端及第十五电阻R15的第二端均接地，第十四电阻R14的第二端、第二电感L2的第一端、第七电容C7的第一端与第八电容C8的第一端均与第一工作电压输入端连接，第九电容C9的第二端与电源芯片U5的第二输出端连接，电源芯片U5的第三输出端、第三二极管D3的阴极及第二电感L2的第二端互连，第六电容C6的第二端、第三二极管D3的阳极、第七电容C7的第二端、第八电容C8的第二端及第十六电阻R16的第一端均与模拟地连接，第十六电阻R16的第二端与数字地连接。

需要说明的是，本实施例中，第二工作电压V2输入端与传感器100的插座140连接，第二工作电压V2通过第二二极管D3及第六电容C6稳压、滤波后输出至电源芯片U5，第二工作电压V2通过电源芯片U5转换输出第一工作电压V1，第一工作电压V1以及第二工作电压V2为电流采集电路112、开关状态采集电路111以及主控电路113提供工作电源，从而减少多路直流电压输入造成接线复杂的问题。

本实施例中，主控电路113包括主控芯片U4、第十电容C10及第一工作电压V1输入端。

具体地，第十电容C10的第一端、主控芯片U4的电源输入端与第一工作电压V1输入端的连接节点为主控电路113的电源输入端，第十电容C10的第二端及主控芯片U4的接地端接数字地，主控芯片U4的第一信号输入端与电流采集电路112的第一信号输入端连接，主控芯片U4的第二信号输入端与电流采集电路112的第二信号输出端，主控芯片U4的第三信号输入端与开关状态采集电路111的信号输出端连接，主控芯片U4的信号输出端与通讯电路115的信号输入端连接。

需要说明的是，主控芯片U4对接收到信号进行集中处理，主控芯片U4在接收到电流采集电路112输出的两路PWM信号时，根据PWM信号的占空比差值以及预设算法确定出直流屏支路的漏电流，并根据接收到的光耦反馈信号或者高低电平信号确定开关状态，主控芯片U4的处理器在确定了开关状态以及绝缘漏电流后输出数字采样数据至通讯电路115，每一主控芯片U4输出的数字采样信号均带有不同地址信息，主控芯片U4通过通讯电路115与上位机200进行数据交换，实时将采集数据输出至上位机200。

本实施例中，通讯电路115包括第四与非门U2D、485芯片U6、第十一电容C11及第一工作电压V1输入端。

具体地，第四与非门U2D的第一输入端、第四与非门U2D的第二输入端与主控芯片U4的第一信号输出端连接，第四与非门U2D的输出端与485芯片U6的接收使能端及485芯片U6的发送使能端互连，485芯片U6的输出端与主控芯片U4的信号接收端连接，485芯片U6的输入端与主控芯片U4的信号发射端连接，485芯片U6的差分信号端与上位机200连接，485芯片U6的电源输入端及第十一电容C11的第一端均与第一工作电压V1输入端连接，第十一电容C11的第二端与485芯片U6的接地端均与数字地连接。

需要说明的是，第四与非门U2D用于控制主控芯片U4与485芯片U6的数据读写状态，每个485芯片U6的输出端并联，485芯片U6通过插座140与上位机200进行连接，将主控芯片U4获取的采样数据通过数据总线输出至上位机200，当上位机200需要获取其中一个直流屏支路检测电路110中的数据时，通过寻址的方式获取对应主控芯片U4中的采样数据，方便可靠，并且获取的采样数据为数字信号，在系统结构上减少了模数转换模块，达到节约成本以及减少布线的目的。

本实施例中，直流屏支路检测电路110还包括用于指示传感器100正常工作或者异常工作的指示灯，指示灯的第一端与第一工作电压V1输入端连接，指示灯的第二端与主控电路113的第四信号端连接，壳体120上设有用于供所述指示灯透出的安装孔(图未示出)，所述指示灯设于所述安装孔内。

需要说明的是，本实施例中，指示灯包括第四二极管D4及第五二极管D5，第四二极管D4的阳极及第五二极管D5的阳极均与第一工作电压V1输入端连接，第四二极管D4的阴极及第五二极管D5的阴极均与主控芯片U4连接，当传感器100正常工作时，第四二极管D4及第五二极管D5的阳极电压大于阴极电压，第四二极管D4及第五二极管D5点亮，起到指示作用，当传感器100工作异常时，第四二极管D4及第五二极管D5熄灭，表示当前主控芯片U4损坏或者电源电路114出现异常，以便排查故障，保证传感器100工作稳定。

进一步的，本实用新型还提出一种直流屏监测系统100，用于多个直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测。

如图7所示，图7为本实用新型直流屏监测系统一实施例的有源开关状态的采集的结构示意图，包括多个如上所述的传感器100，该直流屏监测系统100包括如上所述的传感器100，该传感器100的具体结构参照上述实施例，由于本直流屏监测系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，每一被测直流屏支路穿过对应的所述传感器中的环形磁芯，每一传感器的插座与对应的被测直流屏支路连接，每一传感器的电源输出端与对应负载连接，每一传感器的插座通过数据总线并联后与上位机200连接，直流屏支路检测电路110中的开关状态采集电路的输入端与直流屏支路的电源输入端连接，开关状态采集电路111直接采集直流屏支路电压的有无判断直流屏支路的开关状态。

如图8所示，图8为本实用新型直流屏监测系统一实施例的无源开关状态的采集的结构示意图，直流屏支路检测电路110中的开关状态采集电路111的输入端与直流屏支路中的断路器的辅助触头连接，开关状态采集电路111通过采集辅助触头的开关状态间接采集采集直流屏支路的开关状态。

开关状态采集电路与断路器的连接关系可根据具体情况进行选择，在此不做限制。

需要说明的是，当每个负载前端均接有传感器时，各传感器的信号输出端并联在数据总线上，每个传感器获取对应支路上的漏电流值以及开关状态，并将获取的漏电流值以及开关状态输出至上位机200，并且，漏电流值以及开关状态带有不同的地址信息，上位机200通过总线寻址的方式可以获取每个传感器的采样数据，方便可靠，并且，漏电流值以及开关状态均为数字信号，在系统中无需模数转换模块，简化了系统结构，降低了生产成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种传感器，用于直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测，其特征在于，包括壳体、套在直流屏支路上用于感应直流屏支路电流的环形磁芯、用于输入直流电源以及与数据总线连接的插座及用于直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测的直流屏支路检测电路，所述环形磁芯及所述直流屏支路检测电路设于所述壳体内，所述直流屏支路检测电路中的励磁线圈缠绕在所述环形磁芯上，所述插座设于所述壳体外，且通过数据总线与电源线与所述直流屏支路检测电路连接。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述直流屏支路检测电路包括开关状态采集电路、电流采集电路、主控电路、电源电路及通讯电路；其中，所述电流采集电路的信号输入端与环形磁芯连接，所述电流采集电路的信号输出端与所述主控电路的第一信号端连接，所述开关状态采集电路的信号输入端与直流屏支路连接，所述开关状态采集电路的信号输出端与所述主控电路的第二信号端连接，所述主控电路的第三信号端与所述通讯电路的第一信号端连接，所述通讯电路的第二信号端与上位机的信号端连接；其中，

所述电流采集电路，用于采集穿过所述环形磁芯的直流屏支路的漏电流信号，并根据采集到的漏电流信号输出两路不同占空比的PWM信号至所述主控电路；

所述开关状态采集电路，分有源和无源两种开关状态的采集，当在有源开关状态的采集时，所述开关状态采集电路通过采集所述直流屏支路的电压信号并对应输出高低电平信号至所述主控电路；当在无源开关状态的采集时，所述开关状态采集电路通过采集所述直流屏支路中断路器的辅助触头的通断状态并对应输出高低电平信号至所述主控电路；

所述主控电路，用于根据所述电流采集电路输出的两路不同占空比的PWM信号获取所述直流屏支路的漏电流值，以及根据所述开关状态采集电路输出的高低电平信号获取所述直流屏支路中断路器的开关状态，并将所述直流屏支路的漏电流值以及所述直流屏支路中断路器的开关状态输出至所述通讯电路；

所述通讯电路，用于通过数据总线将所述直流屏支路的漏电流值以及所述直流屏支路中断路器的开关状态输出至所述上位机。

3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述电流采集电路的信号输出端包括第一信号输出端及第二信号输出端，所述电流采集电路包括绕在环形磁芯上的第一电感，所述第一电感为所述直流屏支路检测电路中的励磁线圈，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、稳压芯片、第一电容、第二电容、第三电容、第一与非门、第二与非门、第三与非门及第一工作电压输入端；其中，

所述第一电阻的第一端与所述第一工作电压输入端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端、所述稳压芯片的电压输出端、所述第一电容的第一端、所述第二电容的第一端及所述第一与非门的电源端互连，所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第一端及所述稳压芯片的电压输入端互连，所述第三电阻的第二端、所述稳压芯片的接地端、所述第一电容的第二端及所述第二电容的第二端均接模拟地，所述第一与非门的第一输入端、所述第一与非门的第二输入端、所述第三电容的第一端及所述第四电阻的第一端互连，所述第三电容的第二端接数字地，所述第一与非门的接地端接模拟地，所述第四电阻的第二端、所述第一电感的第一端及所述第五电阻的第一端互连，所述第一电感的第二端、所述第一与非门的输出端、所述第二与非门的第一输入端、所述第二与非门的第二输入端互连，所述第五电阻的第二端、所述第二与非门的输出端、所述第三与非门的第一输入端与所述第三与非门的第二输入端的连接节点为所述电流采集电路的第一信号输出端，所述第三与非门的输出端为所述电流采集电路的第二信号输出端。

4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述开关状态采集电路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、瞬态二极管、第一二极管、第四电容、光耦及所述第一工作电压输入端；其中，

所述第六电阻的第一端及所述瞬态二极管的第一端均与所述直流屏支路的正极输入端连接，所述第六电阻的第二端、所述第一二极管的阴极及所述第七电阻的第一端互连，所述第七电阻的第二端、所述第四电容的第一端及所述光耦的阳极互连，所述瞬态二极管的第二端、所述第一二极管的阳极、所述第四电容的第二端与所述光耦的阴极均与所述直流屏支路的负极输入端连接，所述第八电阻的第一端与所述第一工作电压输入端连接，所述第八电阻的第二端与所述光耦的集电极的连接节点为所述开关状态采集电路的信号输出端，所述光耦的发射极接数字地。

5.如权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述开关状态采集电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第五电容、第一三极管、所述第一工作电压输入端及第二工作电压输入端；其中，

所述第十电阻的第一端与所述第二工作电压输入端连接，所述第十电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接，所述第十二电阻的第一端为所述开关状态采集电路的信号输入端，所述第十二电阻的第二端与所述第一三极管的发射极连接，所述第一三极管的集电极、所述第九电阻的第一端及所述第十一电阻的第一端互连，所述第九电阻的第二端与所述第一工作电压输入端连接，所述第十一电阻的第二端与所述第五电容的第一端的连接节点为所述开关状态采集电路的信号输出端，所述第五电容的第二端接数字地。

6.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述电源电路包括第二二极管、第三二极管、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第二电感、电源芯片及所述第二工作电压输入端；其中，

所述第二二极管的阳极与所述第二工作电压输入端连接，所述第二二极管的阴极、所述第六电容的第一端、所述第十三电阻的第一端与所述电源芯片的电源输入端互连，所述第十三电阻的第二端与所述电源芯片的驱动端连接，所述电源芯片的第一输出端、所述第十四电阻的第一端及所述第十五电阻的第一端互连，所述电源芯片的接地端、所述第九电容的第一端及所述第十五电阻的第二端均接地，所述第十四电阻的第二端、所述第二电感的第一端、所述第七电容的第一端与所述第八电容的第一端均与所述第一工作电压输入端连接，所述第九电容的第二端与所述电源芯片的第二输出端连接，所述电源芯片的第三输出端、所述第三二极管的阴极及所述第二电感的第二端互连，所述第六电容的第二端、所述第三二极管的阳极、所述第七电容的第二端、所述第八电容的第二端及所述第十六电阻的第一端均与模拟地连接，所述第十六电阻的第二端与所述数字地连接。

7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述主控电路包括主控芯片、第十电容及所述第一工作电压输入端；其中，

所述第十电容的第一端、所述主控芯片的电源输入端与所述第一工作电压输入端的连接节点为所述主控电路的电源输入端，所述第十电容的第二端及所述主控芯片的接地端接数字地，所述主控芯片的第一信号输入端与所述电流采集电路的第一信号输入端连接，所述主控芯片的第二信号输入端与所述电流采集电路的第二信号输出端，所述主控芯片的第三信号输入端与所述开关状态采集电路的信号输出端连接，所述主控芯片的信号输出端与所述通讯电路的信号输入端连接。

8.如权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述通讯电路包括第四与非门、485芯片、第十一电容及第一工作电压输入端；其中，

所述第四与非门的第一输入端、所述第四与非门的第二输入端与所述主控芯片的第一信号输出端连接，所述第四与非门的输出端与所述485芯片的接收使能端及所述485芯片的发送使能端互连，所述485芯片的输出端与所述主控芯片的信号接收端连接，所述485芯片的输入端与所述主控芯片的信号发射端连接，所述485芯片的差分信号端与上位机连接，所述485芯片的电源输入端及所述第十一电容的第一端均与所述第一工作电压输入端连接，所述第十一电容的第二端与所述485芯片的接地端均与数字地连接。

9.如权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述直流屏支路检测电路还包括用于指示所述传感器正常工作或者异常工作的指示灯，所述指示灯的第一端与所述第一工作电压输入端连接，所述指示灯的第二端与所述主控电路的第四信号端连接，所述壳体上设有用于供所述指示灯透出的安装孔，所述指示灯设于所述安装孔内。

10.一种直流屏监测系统，用于多个直流屏支路的漏电流检测和开关状态检测，其特征在于，所述直流屏监测系统包括多个传感器，所述传感器为权利要求1-9中任一项所述的传感器，每一被测直流屏支路穿过对应的所述传感器中的环形磁芯，每一所述传感器的插座与对应的所述被测直流屏支路连接，每一所述传感器的电源输出端与对应负载连接，每一所述传感器的插座通过数据总线并联后与上位机连接。