JPH07280848A - Optical sensor - Google Patents
Optical sensorInfo
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- JPH07280848A JPH07280848A JP6100555A JP10055594A JPH07280848A JP H07280848 A JPH07280848 A JP H07280848A JP 6100555 A JP6100555 A JP 6100555A JP 10055594 A JP10055594 A JP 10055594A JP H07280848 A JPH07280848 A JP H07280848A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電圧もしくは電流監視
に用いる光センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical sensor used for voltage or current monitoring.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、この種の装置としては、例えば、
(株)オプトロニクス社発行「光センサ・テクノロジー
集成」(1990年2月19日発行)第31〜32頁の
「電圧センサ、磁界センサ」の項に開示されるものがあ
り、これは電圧センサもしくは電流センサを通過した光
の偏光状態を検光子を通して光の強度変化に変えて電界
もしくは磁界の強度を測定するものであった。2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of device, for example,
Optronics Co., Ltd. published "Optical Sensor Technology Collection" (Published February 19, 1990), "Voltage Sensors, Magnetic Field Sensors" on pages 31-32. The intensity of an electric field or a magnetic field is measured by changing the polarization state of the light passing through the current sensor into a change in the intensity of the light through an analyzer.
【0003】そして、これは図7に示すような構成であ
った。図7において、OSは半導体発光素子等の光源、
OFは光ファイバ、Sは光センサ素子、O/Eは光電気
変換部、Soはセンサ出力である。光センサ素子Sは電
圧を測定する場合には電気光学効果を有するポッケルス
素子、電流を測定する場合には磁気光学効果を有するフ
ァラデー素子等を用いる。This has a structure as shown in FIG. In FIG. 7, OS is a light source such as a semiconductor light emitting element,
OF is an optical fiber, S is an optical sensor element, O / E is a photoelectric conversion unit, and So is a sensor output. As the optical sensor element S, a Pockels element having an electro-optical effect is used when measuring a voltage, and a Faraday element having a magneto-optical effect is used when measuring a current.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記構成の従来装置で
は、以下に示すような問題点があった。 (1) 光ファイバを2本必要とする。 (2) 測定精度が光ファイバの伝送損失変動、受光部の利
得変動ならびに直線性の影響を受ける。 (3)センサ素子が高価である。The conventional device having the above-mentioned structure has the following problems. (1) Two optical fibers are required. (2) The measurement accuracy is affected by the transmission loss fluctuation of the optical fiber, the gain fluctuation of the light receiving part, and the linearity. (3) The sensor element is expensive.
【0005】そこで本発明は、このような問題点を解決
するため、以下の特徴を持った光センサを提供すること
を目的とする。 (1) 測定精度は、光伝送系の伝送損失,受光系の直線性
や利得変動の影響を受けない。 (2) センサ部に電源を必要としない。 (3) 伝送系が絶縁されている。 (4) 1本の光ファイバで構成可能である。 (5) 安価な素子により構成可能である。In order to solve such problems, the present invention has an object to provide an optical sensor having the following features. (1) The measurement accuracy is not affected by the transmission loss of the optical transmission system, the linearity of the light receiving system, and the gain fluctuation. (2) No power supply is required for the sensor section. (3) The transmission system is insulated. (4) It can be composed of one optical fiber. (5) It can be composed of an inexpensive element.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光センサは、被測定電圧もしくは電流より
エネルギーを得て、被測定電圧もしくは電流に対応した
繰り返し周波数を持った光信号を発生する手段と、その
光信号を伝送する手段と、その伝送された光信号を受け
て被測定電圧もしくは電流に対応した電気信号に変換す
る手段と、を設けたことを特徴としている。In order to achieve the above object, the optical sensor of the present invention obtains energy from a measured voltage or current and outputs an optical signal having a repetition frequency corresponding to the measured voltage or current. It is characterized in that a means for generating, a means for transmitting the optical signal, and a means for receiving the transmitted optical signal and converting the optical signal into an electric signal corresponding to a voltage or current to be measured are provided.
【0007】この光信号を発生する手段としては、抵抗
とコンデンサによる時定数回路と、その時定数回路を通
して駆動される発光回路(素子)と、その発光素子の光
により時定数回路のコンデンサの充電電圧を放電させる
光制御スイッチ回路(素子)を用いることができる。ま
た、発光回路としては、発光素子と定電圧素子を直列に
した回路を用い、この発光素子としては、発光ダイオー
ド,レーザダイオード,EL素子,ランプ等の素子を用
いることができる。さらに、定電圧素子としては、ツェ
ナーダイオードやダイオードの順方向電圧を用いること
ができる。As means for generating this optical signal, a time constant circuit composed of a resistor and a capacitor, a light emitting circuit (element) driven through the time constant circuit, and a charging voltage of a capacitor of the time constant circuit by the light of the light emitting element. A light control switch circuit (element) that discharges can be used. Further, as the light emitting circuit, a circuit in which a light emitting element and a constant voltage element are connected in series is used, and as the light emitting element, elements such as a light emitting diode, a laser diode, an EL element, and a lamp can be used. Further, a Zener diode or a forward voltage of the diode can be used as the constant voltage element.
【0008】また、前記光制御スイッチ素子としては、
フォトトランジスタ,光サイリスタ等の素子を用いた
り、トランジスタもしくは電界効果トランジスタ(FE
T)と太陽電池等の光起電力素子を用いたり、トランジ
スタもしくはFETとCdS等の光導電素子を用いた
り、さらにはトランジスタもしくはFETとフォトダイ
オードを用いることができる。Further, as the light control switch element,
Elements such as phototransistors and optical thyristors are used, or transistors or field effect transistors (FE) are used.
T) and a photovoltaic element such as a solar cell, a transistor or an FET and a photoconductive element such as CdS, or a transistor or an FET and a photodiode can be used.
【0009】さらに、前記光信号を伝送する手段とし
て、光ファイバを用いたり、光空間伝搬を用いることが
できる。そして、被測定電圧もしくは電流に対応した電
気信号に変換する手段として、受光回路(素子)と周波
数電圧変換器(F/V変換器)を用いることができる。Furthermore, as a means for transmitting the optical signal, an optical fiber or optical space propagation can be used. Then, a light receiving circuit (element) and a frequency voltage converter (F / V converter) can be used as means for converting into an electric signal corresponding to the measured voltage or current.
【0010】[0010]
【作 用】本発明の光センサは、以上の構成をとること
により、被測定電圧もしくは電流をエネルギーにして
被測定電圧もしくは電流を周波数に変換して光伝送する
機能、及び受光側で周波数をもとの電圧もしくは電流
に対応した電気信号に変換する機能を有し、以下に示す
ような作用効果を奏する。 (1) 振幅情報によらず周波数情報により伝送しているた
め、測定精度は光伝送系の伝送損失の影響を受けない。 (2) 精度はセンサ部のV/F変換特性と受光部のF/V
変換特性に依存し、受光系の直線性、利得変動が精度に
影響しない。 (3) 被測定電圧もしくは電流よりエネルギーを得るた
め、センサ部に電源を必要としない。 (4) 片方向の光伝送系で良く、双方向の光伝送系を必要
としない。[Operation] With the above configuration, the optical sensor of the present invention has a function of converting the measured voltage or current into frequency by using the measured voltage or current as energy, and transmitting the frequency at the light receiving side. It has a function of converting into an electric signal corresponding to the original voltage or current, and has the following effects. (1) The measurement accuracy is not affected by the transmission loss of the optical transmission system because it is transmitted by frequency information instead of amplitude information. (2) The accuracy is the V / F conversion characteristic of the sensor part and the F / V of the light receiving part.
The linearity and gain variation of the light receiving system do not affect the accuracy, depending on the conversion characteristics. (3) Since the energy is obtained from the measured voltage or current, the sensor does not need a power supply. (4) A unidirectional optical transmission system is sufficient, and a bidirectional optical transmission system is not required.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の実施例を図1ないし図6に基
づいて説明する。まず、図1は本発明の一実施例を示す
回路図で、(a)は光伝送系に光ファイバOFを用いた
方式、(b)はレンズLを用いた光空間伝搬方式であ
る。また、図2は図1に示すコンデンサCの充放電特性
を示すグラフ図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, (a) is a system using an optical fiber OF in an optical transmission system, and (b) is an optical space propagation system using a lens L. 2 is a graph showing the charge / discharge characteristics of the capacitor C shown in FIG.
【0012】入力電圧Viにより、抵抗Rを通じてコン
デンサCが充電され、図2の〜に示すようにコンデ
ンサCの充電電圧が最高電圧Vpに達すると、光制御ス
イッチ回路(素子)PSWは発光回路(素子)OSの光
信号OPT1を受けて導通する。次いで、図2の〜
に示すようにコンデンサCを放電させてコンデンサCの
電圧は最低電圧Vbになり、光信号OPT1が急激に弱
まって、光制御スイッチ回路(素子)PSWは非導通に
なる。そして、再びコンデンサCが図2の〜に示す
ように充電され、充放電動作を繰り返す。The input voltage Vi charges the capacitor C through the resistor R, and when the charging voltage of the capacitor C reaches the maximum voltage Vp as shown in (1) of FIG. 2, the light control switch circuit (element) PSW causes the light emitting circuit (element) PSW. It receives the optical signal OPT1 of the element) OS and becomes conductive. Then, in FIG.
As shown in, the capacitor C is discharged, the voltage of the capacitor C becomes the minimum voltage Vb, the optical signal OPT1 suddenly weakens, and the optical control switch circuit (element) PSW becomes non-conductive. Then, the capacitor C is charged again as shown in (1) to (2) of FIG. 2, and the charging / discharging operation is repeated.
【0013】充放電周波数は入力電圧に依存するので、
光信号OPT2を受光回路(素子)ORで受け、充放電
の周波数を周波数電圧変換器F/Vにより出力電圧Vo
に変換すれば、出力電圧Voより入力電圧Viを検出す
ることができる。Since the charging / discharging frequency depends on the input voltage,
The light signal OPT2 is received by the light receiving circuit (element) OR, and the charging / discharging frequency is output by the frequency voltage converter F / V to the output voltage Vo.
If converted into, the input voltage Vi can be detected from the output voltage Vo.
【0014】そして、本発明においては、図1における
光制御スイッチ回路(素子)PSWのバリエーションと
して種々なものが考えられ、例えば、図3の(a)に示
すようにフォトトランジスタPTRを用いたもの、
(b)に示すようにトランジスタTRと太陽電池SCを
用いたもの、(C)のようにトランジスタTRとCds
等の光導電素子PRと抵抗Rbを用いたもの、(d)の
ようにトランジスタTRとフォトダイオードPDと抵抗
Rbを用いたもの等が考えられる。In the present invention, various variations of the optical control switch circuit (element) PSW in FIG. 1 are conceivable, and for example, a phototransistor PTR is used as shown in FIG. 3A. ,
A transistor TR and a solar cell SC are used as shown in (b), and a transistor TR and Cds are used as shown in (C).
A photoconductive element PR and a resistor Rb may be used, a transistor TR, a photodiode PD and a resistor Rb may be used as shown in FIG.
【0015】また、図1における発光回路(素子)OS
のバリエーションとしても種々なものが考えられ、例え
ば、図4の(a)に示すように発光素子ODと定電圧素
子RDを用いたもの、(b)に示すように発光ダイオー
ドLEDとツェナーダイオードZDを用いたもの、
(C)のように発光素子ODのみを用いたもの、(d)
のようにレーザダイオードLDのみを用いたもの等が考
えられる。Further, the light emitting circuit (element) OS in FIG.
There are various possible variations. For example, as shown in FIG. 4A, a light emitting element OD and a constant voltage element RD are used, and as shown in FIG. 4B, a light emitting diode LED and a zener diode ZD are used. Using
The one using only the light emitting element OD as in (C), (d)
As described above, a device using only the laser diode LD can be considered.
【0016】図5に示す実施例は、図3(a)に示すフ
ォトトランジスタPTRと図4(b)に示す発光ダイオ
ードLEDとツェナーダイオードZDを用いた一例であ
り、本発明としては、この例に限らず、図3の(a),
(b),(c),(d)に示す光制御スイッチ回路(素
子)PSWの実施例と、図4の(a),(b),
(c),(d)に示す発光回路(素子)OSの実施例を
適宜組み合わせることにより、多数通りの実施例が可能
である。The embodiment shown in FIG. 5 is an example using the phototransistor PTR shown in FIG. 3A, the light emitting diode LED and the Zener diode ZD shown in FIG. 4B, and this embodiment is the present invention. 3A, as well as FIG.
Examples of the optical control switch circuit (element) PSW shown in (b), (c) and (d), and (a), (b), and FIG.
By properly combining the embodiments of the light emitting circuit (element) OS shown in (c) and (d), many embodiments are possible.
【0017】図6は本発明の応用例で、電力線PLの交
流電流測定を行っている例である。電力線PLの電流I
は、カレントトランスCTと整流回路RECにより、電
圧Viに変換され、図5に示す系統により出力電圧Vo
が得られ、出力電圧Voより電力線PLの電流Iを知る
ことができる。FIG. 6 is an application example of the present invention, which is an example in which AC current measurement of the power line PL is performed. Current I of power line PL
Is converted into the voltage Vi by the current transformer CT and the rectifier circuit REC, and the output voltage Vo is converted by the system shown in FIG.
Then, the current I of the power line PL can be known from the output voltage Vo.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、被測定電圧もしくは電流をエネルギーにして被測定
電圧もしくは電流を周波数に変換して光伝送するので、
以下のような効果が期待出来る。 (1) 振幅情報によらず周波数情報により伝送しているた
め、測定精度は光伝送系の伝送損失の影響を受けない。 (2) 精度はセンサ部のV/F変換特性と受光部のF/V
変換特性に依存し、受光系の直線性、利得変動が精度に
影響しない。 (3) センサ部に電源を必要としない。 (4) 伝送系が絶縁されている。 (5) 片方向の光伝送系で良く、双方向の光伝送系を必要
としない。 (6) 安価な素子によりセンサを構成できる。即ち、電気
光学効果(ポッケルス効果、カー効果)を用いた電圧セ
ンサや磁気光学効果(ファラデー効果)を用いた電流セ
ンサに比べて光学系が安価に構成できる。As described in detail above, according to the present invention, the voltage or current to be measured is used as energy to convert the voltage or current to be converted into frequency for optical transmission.
The following effects can be expected. (1) The measurement accuracy is not affected by the transmission loss of the optical transmission system because it is transmitted by frequency information instead of amplitude information. (2) The accuracy is the V / F conversion characteristic of the sensor part and the F / V of the light receiving part.
The linearity and gain variation of the light receiving system do not affect the accuracy, depending on the conversion characteristics. (3) No power supply is required for the sensor section. (4) The transmission system is insulated. (5) A unidirectional optical transmission system is sufficient, and a bidirectional optical transmission system is not required. (6) The sensor can be composed of inexpensive elements. That is, the optical system can be constructed at a lower cost than a voltage sensor using the electro-optical effect (Pockels effect, Kerr effect) or a current sensor using the magneto-optical effect (Faraday effect).
【図1】本発明の一実施例を示す回路図で、(a)は光
伝送系に光ファイバOFを用いた方式、(b)はレンズ
Lを用いた光空間伝搬方式である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, (a) is a system using an optical fiber OF in an optical transmission system, and (b) is an optical space propagation system using a lens L.
【図2】図1に示すコンデンサCの充放電特性を示すグ
ラフ図である。FIG. 2 is a graph showing charge / discharge characteristics of a capacitor C shown in FIG.
【図3】図1に示す光制御スイッチ回路(素子)PSW
の数種類の回路図で、(a)はフォトトランジスタPT
Rを用いたもの、(b)はトランジスタTRと太陽電池
SCを用いたもの、(C)はトランジスタTRとCds
等の光導電素子PRと抵抗Rbを用いたもの、(d)は
トランジスタTRとフォトダイオードPDと抵抗Rbを
用いたものである。3 is an optical control switch circuit (element) PSW shown in FIG.
Several types of circuit diagrams of (a) are phototransistors PT
R using, transistor (b) using transistor TR and solar cell SC, (C) transistor TR and Cds
A photoconductive element PR and a resistor Rb are used, and (d) is a transistor TR, a photodiode PD, and a resistor Rb.
【図4】図1に示す発光回路(素子)OSの数種類の回
路図で、(a)は発光素子ODと定電圧素子RDを用い
たもの、(b)は発光ダイオードLEDとツェナーダイ
オードZDを用いたもの、(C)は発光素子ODのみを
用いたもの、(d)はレーザダイオードLDのみを用い
たものである。4A and 4B are circuit diagrams of several types of the light emitting circuit (element) OS shown in FIG. 1, in which (a) uses a light emitting element OD and a constant voltage element RD, and (b) shows a light emitting diode LED and a zener diode ZD. The one used, (C) uses only the light emitting element OD, and (d) uses only the laser diode LD.
【図5】図3(a)に示すフォトトランジスタPTRと
図4(b)に示す発光ダイオードLEDとツェナーダイ
オードZDを用いた一実施例の回路図である。5 is a circuit diagram of an embodiment using the phototransistor PTR shown in FIG. 3A, the light emitting diode LED and the Zener diode ZD shown in FIG. 4B.
【図6】電力線の交流電流測定を行う本発明の応用例を
示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an application example of the present invention for measuring an alternating current of a power line.
【図7】従来の光センサの構成を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional optical sensor.
Vi 入力電圧 Vo 出力電圧 R 抵抗 C コンデンサ PSW 光制御スイッチ回路(素子) OS 発光回路(素子) OR 受光回路(素子) F/V 周波数電圧変換器 OF 光ファイバ L レンズ OPT1,2 光信号 PTR フォトトランジスタ TR トランジスタ SC 太陽電池 PR Cds等の光導電素子 Rb 抵抗 PD フォトダイオード OD 発光素子 RD 定電圧素子 LED 発光ダイオード ZD ツェナーダイオード LD レーザダイオード PL 電力線 CT カレントトランス RO 抵抗 D ダイオード I 電流 REC 整流回路 Co コンデンサ Vi input voltage Vo output voltage R resistance C capacitor PSW optical control switch circuit (element) OS light emitting circuit (element) OR light receiving circuit (element) F / V frequency voltage converter OF optical fiber L lens OPT1, optical signal PTR phototransistor TR Transistor SC Photovoltaic cell PR Cds and other photoconductive elements Rb Resistance PD Photodiode OD Light emitting element RD Constant voltage element LED Light emitting diode ZD Zener diode LD Laser diode PL Power line CT Current transformer RO Resistance D diode I Current REC Rectifier Co capacitor
Claims (13)
を得て、被測定電圧もしくは電流に対応した繰り返し周
波数を持った光信号を発生する手段と、その光信号を伝
送する手段と、その伝送された光信号を受けて被測定電
圧もしくは電流に対応した電気信号に変換する手段と、
を設けたことを特徴とする光センサ。1. A means for obtaining energy from a measured voltage or current to generate an optical signal having a repetition frequency corresponding to the measured voltage or current, a means for transmitting the optical signal, and the transmitted signal. Means for receiving an optical signal and converting it into an electrical signal corresponding to the voltage or current to be measured,
An optical sensor characterized by being provided.
とコンデンサによる時定数回路と、その時定数回路を通
して駆動される発光回路(素子)と、その発光素子の光
により時定数回路のコンデンサの充電電圧を放電させる
光制御スイッチ回路(素子)と、を用いたことを特徴と
する請求項1記載の光センサ。2. As a means for generating the optical signal, a time constant circuit composed of a resistor and a capacitor, a light emitting circuit (element) driven through the time constant circuit, and charging of a capacitor of the time constant circuit by the light of the light emitting element. 2. An optical sensor according to claim 1, wherein an optical control switch circuit (element) for discharging a voltage is used.
素子を直列にした回路を用いたことを特徴とする請求項
2記載の光センサ。3. The photosensor according to claim 2, wherein a circuit in which a light emitting element and a constant voltage element are connected in series is used as the light emitting circuit.
レーザダイオード,EL素子,ランプ等の素子を用いた
ことを特徴とする請求項1又は2記載の光センサ。4. A light emitting diode as the light emitting element,
The optical sensor according to claim 1, wherein an element such as a laser diode, an EL element, or a lamp is used.
ードを用いたことを特徴とする請求項3記載の光セン
サ。5. The optical sensor according to claim 3, wherein a Zener diode is used as the constant voltage element.
方向電圧を用いたことを特徴とする請求項3記載の光セ
ンサ。6. The optical sensor according to claim 3, wherein a forward voltage of a diode is used as the constant voltage element.
トランジスタ,光サイリスタ等の素子を用いたことを特
徴とする請求項2記載の光センサ。7. The optical sensor according to claim 2, wherein an element such as a phototransistor or an optical thyristor is used as the light control switch element.
ジスタもしくは電界効果トランジスタ(FET)と太陽
電池等の光起電力素子を用いたことを特徴とする請求項
2記載の光センサ。8. The optical sensor according to claim 2, wherein a transistor or a field effect transistor (FET) and a photovoltaic element such as a solar cell are used as the light control switch element.
ジスタもしくはFETとCdS等の光導電素子を用いた
ことを特徴とする請求項2記載の光センサ。9. The optical sensor according to claim 2, wherein a transistor or an FET and a photoconductive element such as CdS are used as the light control switch element.
ンジスタもしくはFETとフォトダイオードを用いたこ
とを特徴とする請求項2記載の光センサ。10. The optical sensor according to claim 2, wherein a transistor or an FET and a photodiode are used as the light control switch element.
ファイバを用いたことを特徴とする請求項1記載の光セ
ンサ。11. The optical sensor according to claim 1, wherein an optical fiber is used as a means for transmitting the optical signal.
空間伝搬を用いたことを特徴とする請求項1記載の光セ
ンサ。12. The optical sensor according to claim 1, wherein optical space propagation is used as means for transmitting the optical signal.
た電気信号に変換する手段として、受光回路(素子)と
周波数電圧変換器(F/V変換器)を用いたことを特徴
とする請求項1記載の光センサ。13. A light receiving circuit (element) and a frequency-voltage converter (F / V converter) are used as means for converting into an electric signal corresponding to the measured voltage or current. The optical sensor described.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6100555A JPH07280848A (en) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | Optical sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6100555A JPH07280848A (en) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | Optical sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07280848A true JPH07280848A (en) | 1995-10-27 |
Family
ID=14277189
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6100555A Pending JPH07280848A (en) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | Optical sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07280848A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999041618A1 (en) * | 1998-02-12 | 1999-08-19 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Instrument for measuring alternating current |
CN107696909A (en) * | 2017-11-13 | 2018-02-16 | 重庆国翰能源发展有限公司 | A kind of charging gun of band charging instruction |
-
1994
- 1994-04-14 JP JP6100555A patent/JPH07280848A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB2339295A (en) * | 1998-02-12 | 2000-01-19 | Furukawa Electric Co Ltd | Instrument for measuring alternating current |
CN107696909A (en) * | 2017-11-13 | 2018-02-16 | 重庆国翰能源发展有限公司 | A kind of charging gun of band charging instruction |
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