CN214041522U - 一种非接触式电压测量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非接触式电压测量传感器,包括电源控制单元、开合式非接触感应环、大地连接器、信号放大器、单片机与无线通信单元，电源控制单元采用稳压芯片将电源稳压到3.3V给系统供电，开合式非接触感应环与导体产生耦合电容，大地连接器与感应电极形成耦合回路通路，信号放大器接收耦合信号并进行放大输出，单片机具备ADC采样功能，无线通信单元可通过串口接收单片机数据，并将数据采用主动或被动上报的方式发送给汇集终端。通过本发明的技术方案，无需直接与带电金属导线接触，测量出电缆的电压波形、电压值；感应装置采用开合方式，无需停电即可部署，安装方便；只需接入大地即可测量出准确的电压值，误差范围可保证在±5%以内。

Description

一种非接触式电压测量传感器

技术领域

本发明涉及电压监测技术领域，具体而言，特别涉及一种非接触式电压测量传感器。

背景技术

在电压测量领域,尤其是在低压配网的“220/380V电压”等级下缺少一种非接触式的电精确电压测量方法。如果要精确测量交流电压值，传统的电压测量传感器需要连接到交流电N（Neutral Wire）与L（Live Wire）线体，通过互感器或隔离芯片隔离，采用计量芯片或ADC（Airborne Digital Computer）采样技术进行计算得出测量结果。采用传统的测量技术设计的产品安装部署时必须停电作业，不便于改造环境的应用，停电安装还会导致用户停电，为施工部署带来不便，安装效率低，用户体验感差。

目前，市面上已经有非接触式电压测量的相关产品，但此类产品测量精度非常差，只能体现出“有”或“无”的测量状态，不能实现电压监测、能源控制等具体应用。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种非接触式电压测量传感器，无需接入电缆导体，即可精确测量电缆电压。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种非接触式电压测量传感器，包括电源控制单元、开合式非接触感应环、大地连接器、信号放大器、单片机与无线通信单元，其中，电源控制单元采用稳压芯片将电源稳压到3.3V给系统供电，开合式非接触感应环与导体产生耦合电容，大地连接器与感应电极形成耦合回路通路，实现精确测量电压值，信号放大器接收耦合信号并进行放大输出，单片机具备ADC采样功能，处理放大输出信号并且输出精确电压值，无线通信单元可通过串口接收单片机数据，并将数据采用主动或被动上报的方式发送给汇集终端。

作为优选方案，电源控制单元采用CT取电方式给电池充电。

作为优选方案，开合式非接触感应环包括电缆导体，电缆导体外部罩有金属感应片，电缆导体通有交流电压时，金属感应片朝向电缆导体一面产生交流电场，金属感应片背面产生微弱交流电压信号，交流电压信号会穿过连接在金属感应片背面的电容器，通过电容器到达信号放大器，信号放大器对其微弱交流电压信号进行处理及放大，信号放大器输出适当的电压值给分压采样电阻，分压采样电阻将分压值输入单片机的ADC采样通道，ADC采样通道计算出精确的交流电场电压。

进一步地，大地连接器与开合式非接触感应环和信号放大器接入形成耦合回路通路。

一种非接触式电压测量传感器的工作方法，传感器具有无线通信功能，安装部署前需通过无线调试设备或调试串口给传感器设置好ID地址，并将传感器的ID绑定至汇集终端，具体包括以下步骤：

S1：部署时，将开合式非接触感应环卡在被测电缆上；

S2：将大地接线器与配电柜内任意大地连接，此时，开合式非接触感应环内的金属感应片正面与被测电缆导体之间产生电场，其背面会产生交流电压的弱信号；打开传感器电源开关，传感器进入初始化设置，初始化设置由汇集终端下发的方式进行，设置参数包括电压超范围阈值、时钟校准指令；传感器采用定时测量并存储测量数据，在定时上报的工作方式；定时测量、定时存储由控制信号放大器的电源实现；定时上报由单片机内部实时时钟控制；

S3：测量时，信号放大器将微弱交流电压信号进行处理及放大，输出适当的电压值输出给单片机的ADC采样通道，通过包括计算、补偿、校准的方式输出精确的交流电压值，并将电压值定时存储；

S4：单片机将ADC计算出的电压值传送给无线通讯单元；

S5：无线通讯单元将电压值上报给汇集终端或其他主机，上报周期按预先规定的周期上报。

作为优选方案，步骤S1中的被测电缆包括配电柜内断路器的出线端。

作为优选方案，步骤S3中的定时测量和定时存储优选为每分钟采样一次，每分钟存储一次。

作为优选方案，步骤S5中的周期上报优选为每五分钟上报一次。

本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：

（1）不用接触电网线路N（Neutral Wire）与L（Live Wire）线体，只需耦合感应L（Live Wire）线、连接E(Earth)线，即可精确输出电压波形数据，通过单片机的ADC（Airborne Digital Computer）采样计算得出电压值，因此，无需直接与带电金属导线接触，测量出电缆的电压波形、电压值；

（2）感应装置采用开合方式，无需停电即可部署，安装方便；

（3）采用主回路电缆导体与感应金属电极片之间的电容进行信号耦合，利用电容器原理和屏蔽原理，当金属板的一个面受到电场激发时，由于电子流动，会在另一个面产生相对应的电荷，从而在金属板内部形成一个与外界相反的电场，利用这两个电场会相互平衡的原理来实现测量电压，只需接入大地即可测量出准确的电压值，误差范围可保证在±5%以内。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的系统单元框图；

图2为本发明的电压测量原理图；

图3为本发明的工作过程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合图1至图3对本发明的实施例的非接触式电压测量传感器进行具体说明。

如图1、图2所示，本发明提出了一种非接触式电压测量传感器，包括电源控制单元、开合式非接触感应环、大地连接器、信号放大器、单片机与无线通信单元，其中，电源控制单元采用稳压芯片将电源稳压到3.3V给系统供电，电源控制单元采用CT取电方式给电池充电。开合式非接触感应环与导体产生耦合电容，大地连接器与感应电极形成耦合回路通路，精确测量电压值，信号放大器接收耦合信号并进行放大输出，单片机具备ADC采样功能，处理放大输出信号并且输出精确电压值，无线通信单元可通过串口接收单片机数据，并将数据采用主动或被动上报的方式发送给汇集终端。开合式非接触感应环包括电缆导体，电缆导体外部罩有金属感应片，电缆导体通有交流电压时，金属感应片朝向电缆导体一面产生交流电场，金属感应片背面产生微弱交流电压信号，交流电压信号会穿过连接在金属感应片背面的电容器，通过电容器到达信号放大器，信号放大器对其微弱交流电压信号进行处理及放大，信号放大器输出适当的电压值给分压采样电阻，分压采样电阻将分压值输入单片机的ADC采样通道，ADC采样通道计算出精确的交流电场电压。大地连接器与开合式非接触感应环和信号放大器接入形成耦合回路通路。采用主回路电缆导体与感应金属电极片之间的电容进行信号耦合，利用电容器原理和屏蔽原理，当金属板的一个面受到电场激发时，由于电子流动，会在另一个面产生相对应的电荷，从而在金属板内部形成一个与外界相反的电场，利用这两个电场会相互平衡的原理来实现测量电压。

一种非接触式电压测量传感器的工作方法，传感器具有无线通信功能，安装部署前需通过无线调试设备或调试串口给传感器设置好ID地址，并将传感器的ID绑定至汇集终端，具体包括以下步骤：

S1：部署时，将开合式非接触感应环卡在被测电缆上，被测电缆包括配电柜内断路器的出线端。

S2：将大地接线器与配电柜内任意大地连接，此时，开合式非接触感应环内的金属感应片正面与被测电缆导体之间产生电场，其背面会产生交流电压的弱信号；打开传感器电源开关，传感器进入初始化设置，初始化设置由汇集终端下发的方式进行，设置参数包括电压超范围阈值、时钟校准指令；传感器采用定时测量并存储测量数据，在定时上报的工作方式；定时测量、定时存储由控制信号放大器的电源实现；定时上报由单片机内部实时时钟控制。

S3：测量时，信号放大器将微弱交流电压信号进行处理及放大，输出适当的电压值输出给单片机的ADC采样通道，通过包括计算、补偿、校准的方式输出精确的交流电压值，并将电压值定时存储，每分钟采样一次，每分钟存储一次。

S4：单片机将ADC计算出的电压值传送给无线通讯单元。

S5：无线通讯单元将电压值上报给汇集终端或其他主机，上报周期按预先规定的周期上报，每五分钟上报一次。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种非接触式电压测量传感器，包括电源控制单元、开合式非接触感应环、大地连接器、信号放大器、单片机与无线通信单元，其特征在于,所述电源控制单元采用稳压芯片将电源稳压到3.3V给系统供电，所述开合式非接触感应环与导体产生耦合电容，所述大地连接器与感应电极形成耦合回路通路，实现精确测量电压值，所述信号放大器接收耦合信号并进行放大输出，所述单片机具备ADC采样功能，处理放大输出信号并且输出精确电压值，所述无线通信单元可通过串口接收单片机数据，并将数据采用主动或被动上报的方式发送给汇集终端。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式电压测量传感器,其特征在于,所述电源控制单元采用CT取电方式给电池充电。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式电压测量传感器,其特征在于,所述开合式非接触感应环包括电缆导体，电缆导体外部罩有金属感应片，电缆导体通有交流电压时，金属感应片朝向电缆导体一面产生交流电场，金属感应片背面产生微弱交流电压信号，交流电压信号会穿过连接在金属感应片背面的电容器，通过电容器到达信号放大器，信号放大器对其微弱交流电压信号进行处理及放大，信号放大器输出适当的电压值给分压采样电阻，分压采样电阻将分压值输入单片机的ADC采样通道，ADC采样通道计算出精确的交流电场电压。

4.根据权利要求3所述的一种非接触式电压测量传感器,其特征在于,所述大地连接器与开合式非接触感应环和信号放大器接入形成耦合回路通路。

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