CN212321718U - 一种电缆电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种电缆电流检测装置，包括：N路磁性探头以及信号处理电路；其中，N≥1；其中，每路磁性探头包括第一磁阻传感器和第二磁阻传感器，第一磁阻传感器和第二磁阻传感器对称设置于被测电缆的中心轴线的外延圆周上，且均与信号处理电路电连接，第一磁阻传感器和第二磁阻传感器的灵敏方向相同，且灵敏方向与外延圆周相切；每路磁性探头用于检测该磁性探头所在位置处的磁场信号，信号处理电路用于根据磁场信号确定被测电缆的电流信息；其中，至少一路所述磁性探头检测的磁场信号不为零。该装置可在不破坏电缆的前提下实现电缆回路电流的检测，从而实现设备用电情况的监控。

Description

一种电缆电流检测装置

技术领域

本实用新型实施例涉及电流检测技术，尤其涉及一种电缆电流检测装置。

背景技术

电流传感器在家用电器、智能电网、汽车、风力发电等领域具有广泛的应用，用于电流检测，以保证设备的安全、正常的工作。

目前，常用的电流传感器包括霍尔电流、互感器、罗氏线圈，磁通门等，此类传感器均基于电磁感应原理，能够检测单根导体的电流或多根导体的电流差值。电缆是连接电源与用电设备的导线，现有的电缆内部通常包括两根以上的导线，如果在不破坏电缆外皮的测量情况下，采用上述电流传感器将无法检测电缆上的电流。这是因为，电缆内部导线上的电流为一进一出(一正一负)，使得理论上整个电缆外任一闭合磁场环路矢量和为0，因此，无论电缆上是否有电流，或者电流大小如何，在电缆外使用上述常用电流传感器测到的磁场强度均为0，故而无法检测电缆回路电流，无法监控设备的用电情况。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提出一种电缆电流检测装置，该装置可在不破坏电缆外皮的前提下，单独检测电缆内某根导线的电流，从而实现设备用电情况的监控。

为达此目的，本实用新型实施例采用以下技术方案：

一种电缆电流检测装置，包括：N路磁性探头以及信号处理电路；其中，N≥1；

其中，每路磁性探头包括第一磁阻传感器和第二磁阻传感器，第一磁阻传感器和第二磁阻传感器对称设置于被测电缆的中心轴线的外延圆周上，且均与信号处理电路电连接，第一磁阻传感器和第二磁阻传感器的灵敏方向相同，且灵敏方向与外延圆周相切；

每路磁性探头用于检测该磁性探头所在位置处的磁场信号，信号处理电路用于根据磁场信号确定被测电缆的电流信息；

其中，至少一路所述磁性探头检测的磁场信号不为零。

可选的，N路磁性探头在外延圆周上等角度均匀设置。

可选的，该装置还包括：基板；

被测电缆贯穿基板，磁性探头设置于基板上。

可选的，基板的数量为1个，N路磁性探头以及信号处理电路均设置在该基板上；或者，

基板的数量为N个，一个基板与一路磁性探头对应设置，一路磁性探头对应设置一个信号处理电路，且一路磁性探头和与其所对应的一个信号处理电路设置在同一基板上。

可选的，第一磁阻传感器和第二磁阻传感器均为线性磁阻传感器。

可选的，第一磁阻传感器包括霍尔效应传感器、各向异性传感器、巨磁阻传感器和隧道磁阻传感器中的任一种；

第二磁阻传感器包括霍尔效应传感器、各向异性传感器、巨磁阻传感器和隧道磁阻传感器中的任一种。

可选的，信号处理电路包括信号放大电路、信号采集电路以及处理器；

磁性探头、信号放大电路、信号采集电路以及处理器依次串联电连接。

可选的，信号放大电路包括：运算放大器；

信号采集电路包括直流电压检测芯片和交流电压检测芯片中的至少一种。

可选的，信号处理电路还包括：通讯模块；

通讯模块与处理器电连接。

本实用新型实施例通过在被测电缆的外延圆周上设置至少一路磁性探头，利用磁性探头探测其所在位置处的磁场信号，利用信号处理电路根据磁场信号确定被测电缆的电流信息，实现设备用电情况的监控。由于电缆内导线的空间位置并非完全重合，因此，电缆外延圆周上必然存在磁场强度不为0的位置，根据此类位置处的磁场信号即可判断电缆的回路电流。本方案正是通过磁性探头测量电缆外延圆周上部分位置处的磁场信号，实现了在不破坏电缆外皮的前提下检测电缆电流信息的目的，避免了现有技术需要破坏电缆外皮，单独检测电缆内某根导线的电流，才能获取电缆电流信息的弊端。

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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种电缆电流检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种电缆电流检测装置的结构示意图；

图3是与图1对应的一种电缆电流检测装置的三维结构示意图；

图4是与图1对应的另一种电缆电流检测装置的三维结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的信号处理电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种电缆电流检测装置的结构示意图，该装置可实现多芯电缆的回路电流的检测。多芯电缆内部包括两根以上导线，各导线可绞合设置，流经电缆的电流信号可以交流电流信号、直流电流信号，或者交直流叠加信号。参见图1，该装置包括：N路磁性探头以及信号处理电路(图1未示出)，其中，N≥1；其中，每路磁性探头包括第一磁阻传感器和第二磁阻传感器，第一磁阻传感器和第二磁阻传感器对称设置于被测电缆01的中心轴线的外延圆周上，且均与信号处理电路电连接，第一磁阻传感器和第二磁阻传感器的灵敏方向相同，且灵敏方向与外延圆周相切；每路磁性探头用于检测该磁性探头所在位置处的磁场信号，信号处理电路用于根据磁场信号确定被测电缆的电流信息；其中，至少一路所述磁性探头检测的磁场信号不为零。

图1示例性地示出了该装置包括两路磁性探头的结构，两路磁性探头分别以110和120示出。示例性的，参见图1，磁性探头110包括在外延圆周上对称设置的第一磁阻传感器111和第二磁阻传感器112，第一磁阻传感器111和第二磁阻传感器112的灵敏方向(图中箭头所示方向)相同，且均与其所在位置处的外延圆周的切线方向相同；磁性探头120包括在同一外延圆周上对称设置的第一磁阻传感器121和第二磁阻传感器122，第一磁阻传感器121和第二磁阻传感器122的灵敏方向相同，且均与其所在位置处的外延圆周的切线方向相同。在此需要说明的是，为便于表述和区分，图1以不同的附图标记表示不同磁性探头中的第一磁阻传感器和第二磁阻传感器，并且，“第一”和“第二”并无实质含义，仅用于区分。

其中，各磁阻传感器可探测其所在位置处的磁场大小。示例性的，磁性探头110中的第一磁阻传感器111和第二磁阻传感器112设置于两根导线中心连线的中垂线上，因此，该磁性探头110探测到的磁场强度为0。磁性探头120中的第一磁阻传感器121和第二磁阻传感器122设置于两根导线中心连线上，因此，该磁性探头120探测到的磁场强度最大。各路磁性探头将其所在位置处的磁场信号发送至信号处理电路后，信号处理电路即可根据其中磁场强度不为0的磁场信号确定被测电缆的电流信息。

其中，电流信息是指电缆中是否存在电流，以及电缆中电流大小等信息。当所有磁场强度均为0时，表明电缆中无电流；当存在磁场强度不为0的信号时，表明电缆中有电流，且磁场强度越大，表明电缆电流越大，具体计算在此不做过多说明。

需要说明的是，本实用新型实施例对磁性探头的数量不作限定，只要保证有一路磁性探头位于磁场强度不为0的位置即可。当只有一路磁性探头时，可根据经验设置其位置，确保其不位于导线中心连线的中垂线上即可。可以理解的，磁性探头的数量越增多，信号处理电路获取到的磁场信号的数量越多，如此，可根据其中磁场强度最大的信号确定电缆的电流信息，以提高检测结果的准确性。

还需要说明的是，本实用新型实施例通过设置一路磁性探头中包括两个磁阻传感器，使两者并联输出一组磁场信号，可减小电缆中心偏离外延圆周中心时对输出信号的影响。

本实用新型实施例通过在被测电缆的外延圆周上设置至少一路磁性探头，利用磁性探头探测其所在位置处的磁场信号，利用信号处理电路根据磁场信号确定被测电缆的电流信息，实现设备用电情况的监控。由于电缆内导线的空间位置并非完全重合，因此，电缆外延圆周上必然存在磁场强度不为0的位置，根据此类位置处的磁场信号即可判断电缆的回路电流。本方案正是通过磁性探头测量电缆外延圆周上部分位置处的磁场信号，实现了在不破坏电缆外皮的前提下检测电缆电流信息的目的，避免了现有技术需要破坏电缆外皮，单独检测电缆内某根导线的电流，才能获取电缆电流信息的弊端。

在上述实施例的基础上，可选的，N路磁性探头在外延圆周上等角度均匀设置。

示例性的，图2是本实用新型实施例提供的另一种电缆电流检测装置的结构示意图，示出了该装置包括5路磁性探头的结构。参见图2，被测电缆01的同一外延圆周上等角度间隔设置有10个磁阻传感器，每两个对称设置的磁阻传感器构成一路磁性探头(如图2中110至150所示)，相邻两路磁性探头之间的角度为36度。

图2示例性地示出了被测电缆为三芯电缆的结构，由于三芯电缆中构成电流回路的两导线连线中心偏离电缆中心，导致电缆外同一圆周上较大磁场位置分布角度范围变小。因此，布置5路磁性探头可以保证在被测电缆回路电流较小的情况下，其中一路会处于较大磁场角度上，从而有较大的信号输出，提高了检测结果的准确性。

需要说明的是，图2所示磁性探头的布局方式可用于任一多芯电缆中，图中三芯电缆仅为示例，并非限定。此设置方式有利于提高检测结果的准确性和可靠性。

图3是与图1对应的一种电缆电流检测装置的三维结构示意图，以图1所示磁性探头的设置方式介绍电缆电流检测装置的三维结构及其与被测电缆的相对位置关系。参见图3，可选的，该装置还包括基板300；被测电缆01贯穿基板300，磁性探头设置于基板上。

通过基板可实现将磁性探头设置于被测电缆外延圆周上，在不破坏被测电缆外皮的情况下实现电缆回路电流的检测。

可选的，基板的数量为1个，N路磁性探头以及信号处理电路均设置在该基板上；或者，基板的数量为N个，一个基板与一路磁性探头对应设置，一路磁性探头对应设置一个信号处理电路，且一路磁性探头和与其所对应的一个信号处理电路设置在同一基板上。

图3示例性地示出了基板数量为1个的结构，参见图3，所有磁性探头共用一个信号处理电路200，且所有磁阻传感器(111、112、121以及122)以及信号处理电路200位于同一基板300。如此设置，可减少成本。在其他实施方式中，还可以为每一路磁性探头对应设置一个信号处理电路，将所有磁性探头以及对应的信号处理电路设置于同一基板上，本领域技术人员可根据需求自行设定，本实用新型实施例对此不作限定。

图4是与图1对应的另一种电缆电流检测装置的三维结构示意图，示例性地示出了基板数量与磁性探头数量相等的结构。参见图4，第一磁阻传感器111和第二磁阻传感器112构成的磁性探头及其对应设置的信号处理电路210均设置于基板310上；第一磁阻传感器121和第二磁阻传感器122构成的磁性探头及其对应设置的信号处理电路220均设置于基板320上。如此设置，不仅可以减小信号处理电路的运行负担，提高信号处理的速度，还可以对电缆的多个位置进行电流检测，提高检测结果的准确性。在此需要说明的是，为便于描述和区分，图4以不同附图标记表示与不同磁性探头对应设置的“信号处理电路”以及“基板”。

可选的，第一磁阻传感器和第二磁阻传感器均为线性磁阻传感器。

线性磁电阻的阻值与磁场强度大小为线性关系，而磁场强度大小与电缆中的电流大小相关，因此，采用线性磁电阻可以实现电缆电流大小的计算。

可选的，第一磁阻传感器包括霍尔效应传感器、各向异性传感器、巨磁阻传感器和隧道磁阻传感器中的任一种；第二磁阻传感器包括霍尔效应传感器、各向异性传感器、巨磁阻传感器和隧道磁阻传感器中的任一种。

本领域技术人员可根据需求自行选择上述任一种磁阻传感器，本实用新型实施例对此不作限定。优选的，可采用具有低功耗、高灵敏度的隧道磁阻传感器构成磁性探头。

图5是本实用新型实施例提供的信号处理电路的结构示意图。参见图5，可选的，信号处理电路300包括信号放大电路301、信号采集电路302以及处理器303；磁性探头、信号放大电路301、信号采集电路302以及处理器303依次串联电连接。

其中，信号放大电路用于将磁阻传感器感应磁场信号所生成的电信号进行放大，以便于后续计算。可选的，信号放大电路包括运算放大器，通过运算放大器可对电信号进行放大。

其中，信号采集电路用于接收经过放大后的电信号，并将该电信号转换为数字信号发送至处理器，使处理器判断电缆中的通电情况。

可选的，信号采集电路包括直流电压检测芯片和交流电压检测芯片中的至少一种。

优选的，信号采集电路同时包括直流电压检测芯片和交流电压检测芯片，以提高电缆电流检测装置的实用性。

继续参见图5，可选的，信号处理电路300还包括通讯模块304，通讯模块304与处理器303电连接。

通过设置通讯模块，可以将电缆电流的检测结果发送至远端监控中心，实现对设备用电情况的监控，若发现断电或过载，可及时进行处理，保证用电设备的安全。

需要说明的是，以上仅示例性地介绍了信号处理电路的部分结构，本领域技术人员可自行设计所需信号处理电路，本实用新型实施例对此不做限定。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种电缆电流检测装置，其特征在于，包括：N路磁性探头以及信号处理电路；其中，N≥1；

其中，每路所述磁性探头包括第一磁阻传感器和第二磁阻传感器，所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器对称设置于被测电缆的中心轴线的外延圆周上，且均与所述信号处理电路电连接，所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器的灵敏方向相同，且所述灵敏方向与所述外延圆周相切；

每路所述磁性探头用于检测该磁性探头所在位置处的磁场信号，所述信号处理电路用于根据所述磁场信号确定所述被测电缆的电流信息；

其中，至少一路所述磁性探头检测的磁场信号不为零。

2.根据权利要求1所述的电缆电流检测装置，其特征在于，N路所述磁性探头在所述外延圆周上等角度均匀设置。

3.根据权利要求1所述的电缆电流检测装置，其特征在于，还包括：基板；

所述被测电缆贯穿所述基板，所述磁性探头设置于所述基板上。

4.根据权利要求3所述的电缆电流检测装置，其特征在于，所述基板的数量为1个，N路所述磁性探头以及所述信号处理电路均设置在该基板上；或者，

所述基板的数量为N个，一个所述基板与一路所述磁性探头对应设置，一路所述磁性探头对应设置一个所述信号处理电路，且一路所述磁性探头和与其所对应的一个所述信号处理电路设置在同一所述基板上。

5.根据权利要求1所述的电缆电流检测装置，其特征在于，所述第一磁阻传感器和所述第二磁阻传感器均为线性磁阻传感器。

6.根据权利要求1所述的电缆电流检测装置，其特征在于，所述第一磁阻传感器包括霍尔效应传感器、各向异性传感器、巨磁阻传感器和隧道磁阻传感器中的任一种；

所述第二磁阻传感器包括霍尔效应传感器、各向异性传感器、巨磁阻传感器和隧道磁阻传感器中的任一种。

7.根据权利要求1所述的电缆电流检测装置，其特征在于，所述信号处理电路包括信号放大电路、信号采集电路以及处理器；

所述磁性探头、所述信号放大电路、所述信号采集电路以及所述处理器依次串联电连接。

8.根据权利要求7所述的电缆电流检测装置，其特征在于，所述信号放大电路包括：运算放大器；

所述信号采集电路包括直流电压检测芯片和交流电压检测芯片中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的电缆电流检测装置，其特征在于，所述信号处理电路还包括：通讯模块；

所述通讯模块与所述处理器电连接。

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