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一種無線電流檢測裝置的製作方法

2023-11-05 07:38:17 1


本實用新型屬於測量技術領域,尤其涉及一種無線電流檢測裝置。



背景技術:

無線電流檢測技術是一種通過將傳輸線上的交變電流通過互感變壓器轉換成電壓量,進而進行採集的技術。無線電流檢測裝置的用途主要有:1.工業應用:電網傳輸線上電流測量,發電機輸出電流監控,電動機輸入電流監控,三相交變電源等電力系統中電流量的測量。2.企業應用:對生產的恆流恆壓源進行輸出特性評估,包括其輸出的諧波雜散程度等。3.民用:家用、車用便攜電源的狀態檢測等。在現代化生產中,電網電壓由於用電器的增多,阻抗特性的複雜,會使反饋回電網的電流含有很多豐富的諧波分量,同時一些交變電源由於負載特性的不同,也會使電源工作不正常,而且對於強電網絡或者弱電網絡,有線連接的電流檢測裝置為對主迴路有一定幹擾。因此有必要設計一種隔離式的具有諧波測量功能的電流傳感裝置,以適應不同場合的檢測需求。

從原理角度看,目前應用較多的是通過電流型互感器來檢測交變電流,測量諧波的方法有基於模擬電路的濾波法和基於數字處理系統的傅立葉變換法。其中傅立葉變換法,可以通過數字系統將採樣回來的交流信號進行傅立葉變換,進而在數字域進行濾波,系統較為簡潔,但實時性不好,不同的處理系統延遲不一樣。基於模擬電路的濾波法,是通過模擬濾波器將信號直接進行分離,數字系統的作用只是採樣和顯示,系統的實時性較好,穩定性較高。在目前的一些應用中,電流檢測裝置大多通過不同頻帶的濾波器將頻率分開來,這樣就使得濾波器系統變得較為複雜。



技術實現要素:

本實用新型的目的是提出一種採樣精度高,實時性好,系統簡潔,人機互動良好的中小交變電流檢測裝置。

為實現上述目的,本實用新型採用的技術方案是:一種無線電流檢測裝置,包括交變電流輸出和上位機,還包括電流型互感器系統、濾波器系統、輔助電源系統、單片機處理及藍牙發送系統;電流型互感器系統、濾波器系統串聯接入交變電流輸出,濾波器系統與單片機處理及藍牙發送系統的輸入端相連,單片機處理及藍牙發送系統的輸出端連接上位機,輔助電源系統分別連接電流型互感器系統、濾波器系統和單片機處理及藍牙發送系統。

在上述的無線電流檢測裝置中,電流型互感器系統包括變壓器、放大器電路;變壓器輸入端連接交變電流輸出,放大器電路連接變壓器輸出端。

在上述的無線電流檢測裝置中,變壓器原副線圈匝數比為1:14,磁芯為ZS157125鐵矽鋁,放大器電路核心運算放大器採用OPA313單電源運算放大器。

在上述的無線電流檢測裝置中,濾波器系統包括三階有源低通濾波器和三階有源高通濾波器;三階有源低通濾波器與三階有源高通濾波器並聯後接入放大器電路輸出端。

在上述的無線電流檢測裝置中,三階有源低通濾波器和三階有源高通濾波器的核心運放均選用OPA313單電源運放;三階有源低通濾波器的截止頻率為1300Hz,三階有源高通濾波器的截止頻率為2700Hz。

在上述的無線電流檢測裝置中,輔助電源系統包括大電容充電電路,基於TPS61073的BOOST升壓電路;大電容充電電路包括一個10歐姆限流電阻,低導通壓降二極體B10100和2.2F電容,2.2F電容與一個10uf的坦電容並聯以降低輸出紋波,基於TPS61073的BOOST升壓電路串聯接入大電容充電電路之後,基於TPS61073的BOOST升壓電路輸入限制為1.8V以上,輸出電壓恆定為5V。

在上述的無線電流檢測裝置中,單片機處理及藍牙發送系統包括單片機系統和藍牙數據發送系統,單片機系統連接濾波器系統輸出口,藍牙數據發送系統發送端連接單片機系統IO口,藍牙數據發送系統接收端連接上位機USB口;輔助電源系統為單片機系統提供5V電壓。

在上述的無線電流檢測裝置中,單片機系統採用MSP430F5529,藍牙數據發送系統採用TICC2650。

本實用新型工作原理:以電流型互感器系統和濾波器系統為核心,完成交變電流採樣和1000Hz基波,2000Hz二次諧波,3000Hz三次諧波的分離。使用單片機MSP430F5529進行濾波放大後的交流電壓採樣,同時通過藍牙系統將基波幅值,二次諧波幅值以及三次諧波幅值發送到上位機。系統以2.2F電容作為系統儲能元件以提供脫機工作時的電能,通過TPS61073升壓晶片提供5V恆定輸出電壓為系統供電。無線測量10mA至1.5A有效值的交變電流,同時測量出交變電流所含有的基波以及二次,三次諧波幅度值,通過上位機實時顯示。

本實用新型的有益效果:能夠以相當高的精度進行含諧波的交變電流採樣,系統功耗低,輸出穩定而準確,並可以進行人為校準。

附圖說明

圖1為本實用新型一個實施例結構示意圖;

圖2為本實用新型一個實施例電流互感器系統電路圖;

圖3(a)、圖3(b)為本實用新型一個實施例濾波器系統電路圖;

圖4為本實用新型一個實施例輔助電源系統結構電路圖;

圖5為本實用新型一個實施例單片機處理和藍牙發送系統電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的實施方式進行詳細描述。

所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的,僅用於解釋本實用新型,而不能解釋為對本實用新型的限制。

下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本實用新型的不同結構。為了簡化本實用新型的公開,下文中對特定例子的部件和設置進行描述。它們僅僅為示例,並且目的不在於限制本實用新型。此外,本實用新型可以在不同例子中重複參考數字和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的,其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關係。此外,本實用新型提供了各種特定的工藝和材料的例子,但是本領域普通技術人員可以意識到其它工藝的可應用性和/或其他材料的使用。另外,以下描述的第一特徵在第二特徵之「上」的結構可以包括第一和第二特徵形成為直接接觸的實施例,也可以包括另外的特徵形成在第一和第二特徵之間的實施例,這樣第一和第二特徵可能不是直接接觸。

本實用新型的描述中,需要說明的是,除非另有規定和限定,術語「相連」「連接"應做廣義理解,例如,可以是機械連接或電連接,也可以是兩個元件內部的連通,可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,對於相領域的普通技術人員而言,可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。

本實施例採用的技術方案如下:一種無線電流檢測裝置,包括交變電流輸出和上位機,還包括電流型互感器系統、濾波器系統、輔助電源系統、單片機處理及藍牙發送系統;電流型互感器系統、濾波器系統串聯接入交變電流輸出,濾波器系統與單片機處理及藍牙發送系統的輸入端相連,單片機處理及藍牙發送系統的輸出端連接上位機,輔助電源系統分別連接電流型互感器系統、濾波器系統和單片機處理及藍牙發送系統。

進一步,電流型互感器系統包括變壓器、放大器電路;變壓器輸入端連接交變電流輸出,放大器電路連接變壓器輸出端。

進一步,變壓器原副線圈匝數比為1:14,磁芯為ZS157125鐵矽鋁,放大器電路核心運算放大器採用OPA313單電源運算放大器。

進一步,濾波器系統包括三階有源低通濾波器和三階有源高通濾波器;三階有源低通濾波器與三階有源高通濾波器並聯後接入放大器電路輸出端。

進一步,三階有源低通濾波器和三階有源高通濾波器的核心運放均選用OPA313單電源運放;三階有源低通濾波器的截止頻率為1300Hz,三階有源高通濾波器的截止頻率為2700Hz。

進一步,輔助電源系統包括大電容充電電路,基於TPS61073的BOOST升壓電路;大電容充電電路包括一個10歐姆限流電阻,低導通壓降二極體B10100和2.2F電容,2.2F電容與一個10uf的坦電容並聯以降低輸出紋波,基於TPS61073的BOOST升壓電路串聯接入大電容充電電路之後,基於TPS61073的BOOST升壓電路輸入限制為1.8V以上,輸出電壓恆定為5V。

進一步,單片機處理及藍牙發送系統包括單片機系統和藍牙數據發送系統,單片機系統連接濾波器系統輸出口,藍牙數據發送系統發送端連接單片機系統IO口,藍牙數據發送系統接收端連接上位機USB口;輔助電源系統為單片機系統提供5V電壓。

更進一步,單片機系統採用MSP430F5529,藍牙數據發送系統採用TICC2650。

本實施例具體實施時,如圖1所示,上述的無線電流檢測裝置,包括:電流型互感器系統1、濾波器系統2、輔助電源系統3、單片機處理及藍牙發送系統4。電流型互感器系統1、濾波器系統2串聯連接於交變電流輸出5後,濾波器系統2的輸出作為單片機處理及藍牙發送系統4的輸入,單片機處理及藍牙發送系統4的輸出作為系統輸出,輔助電源系統3作為外圍部分。

如圖2所示,電流互感器系統包括原副線圈匝數比為1:14的環形變壓器11和放大電路12,副線圈並接一個100歐姆的貼片電阻進行電流轉電壓,一個由單片機處理及藍牙發送系統4提供的3.3V電平經過分壓後提供一個60mV的偏置電平將變壓器輸出電壓抬升至GND電平以上,一個由輔助電源系統3提供供電的單電源運放串接至變壓器輸出用於將信號放大。

如圖3(a)圖3(b)所示,濾波器系統包括一個三階有源低通濾波器21和三階有源高通濾波器22。圖3(a)所示,三階有源低通濾波器21設置的截止頻率為1300Hz,對2000Hz二次諧波的衰減為10dB,對3000Hz三次諧波的衰減為20dB,電流信號經過此濾波器後,基波可以基本無衰減通過,有所衰減,幅度將為原來的0.3。三次諧波基本被濾掉。輸出的信號即可交由單片機處理和藍牙發送系統4進行採樣。圖3(b)所示,三階有源高通濾波器22設置的截止頻率為2700Hz,對2000Hz二次諧波的衰減為10dB,對1000Hz基波以及直流偏置的衰減為20dB,電流信號經過此濾波器後,三次諧波的正半周可以基本無衰減通過。輸出的信號即可交由單片機處理及藍牙發送系統4進行採樣。

如圖4所示,輔助電源系統包括一個2.2F大電容充電電路31,和基於TPS61073的BOOST升壓電路32。其中大電容充電電路31包括一個10歐姆限流電阻,低導通壓降二極體B10100和2.2F電容,2.2F電容與一個10uf的坦電容並聯以降低輸出紋波,一個基於TPS61073的BOOST升壓電路32串接至2.2F大電容充電電路31之後,基於TPS61073的BOOST升壓電路輸入限制為1.8V以上,輸出電壓恆定為5V

如圖5所示,單片機處理及藍牙發送系統包括單片機系統41和藍牙數據發送系統42,單片機系統41供電電壓為輔助電源系統3提供的+5V電壓,單片機系統41的功能包括:1.片上AD三通道交流採樣:分別採樣輸入電流信號、低通濾波器輸出信號、高通濾波器輸出信號。2.進行功率計算,通過總信號功率=基波功率+二次諧波功率+三次諧波功率,可以計算出二次諧波的幅度值,從而將基波信號IA,二次諧波信號IB,三次諧波信號IC的幅度值計算出來。藍牙數據發送系統包括發送端和接收端,發送端連接至單片機IO口,接收端連接至上位機USB口。

本實施例一種無線電流檢測裝置能夠無線測量10mA至1.5A有效值的交變電流,同時可以測量出交變電流所含有的基波以及二次,三次諧波幅度值,系統功耗低,輸出穩定而準確,並且可以進行人為校準,通過上位機實時顯示。

應當理解的是,本說明書未詳細闡述的部分均屬於現有技術。

雖然以上結合附圖描述了本實用新型的具體實施方式,但是本領域普通技術人員應當理解,這些僅是舉例說明,可以對這些實施方式做出多種變形或修改,而不背離本實用新型的原理和實質。本實用新型的範圍僅由所附權利要求書限定。

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