一種電壓電流信號的檢測隔離及傳輸裝置的製作方法

2023-06-12 18:59:11

專利名稱：一種電壓電流信號的檢測隔離及傳輸裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於電力系統的電壓電流傳感器，具體地說是一種在導體上直接取得電流信號和在電阻上取得的電壓信號經頻率變換電路變換，再由光耦、光纖或者變壓器隔離後，再經頻率變換電路的解調，最後將信號送入計算機監控系統，以此來檢測電壓電流的裝置。
背景技術：
目前，在電力系統中檢測電流的方法較多，有電磁場耦合檢測法如電流互感器，霍爾元件，光電互感器來實現間接檢測；但隨著電力事業的發展，其傳輸過程中的電壓等級也在不斷提高，常用的電流檢測方法就存在著笨重，穩定性差，由於磁飽和的作用導致檢測範圍窄，精度低，加工和安裝難度大等許多缺點。
簡單的光耦隔離的方法在實際應用中，也存在著各種漂移現象，如光耦的發光二極體在長期通電運行過程中，其發光亮度要衰減，這樣就限制它在工程中的應用範圍和時間。
在各種的有源檢測中，都存在著一個共同的問題就是一個信號線和兩個電源線在工程安裝過程中容易產生錯誤，從而導致不必要的損失和誤差。

發明內容
本發明的目的是提供一種能直接檢測電壓電流的方法及裝置，可實現檢測範圍寬，精度高穩定性好，易於操作，安全可靠。
本發明是由檢測放大電路、調製隔離解調電路、信號傳輸電路、電源電路等部分組成，其特徵如下1.檢測放大電路電流信號的採集是在導體上取E、F兩點，其長度ΔL為0.5～100cm，將其作為取樣電阻，當有電流流經導體時，將產生微小的電壓降UEF；以獲得電流流經導體時的微小電壓降UEF。
電壓信號的採集是將三個電阻串聯後與被測電源相聯，在中間的電阻的兩端E、F上取出電壓信號UEF，因三個電阻的阻值較大，這樣就能實現微功耗的電壓檢測。
將已獲得的電壓信號UEF、電流信號UEF送到二級放大器IC1、IC2進行放大。
2.調製隔離解調電路經過放大的電流信號與頻率變換電路相連，經過與高頻的載頻信號調製，其方法多種多樣，主要的方法有調幅，調頻，調相等，這幾種方法都是使低頻信號在載波信號的作用下，變成一個高頻的開關信號，使原來的模擬信號變成為一個開關信號，這樣就避免了發光二極體LED等器件的各種漂移(溫漂、時漂)。
隔離部份可以用變壓器，光耦、光纖等構成。經光耦PC或變壓器隔離後，送至解調部分的檢波、濾波電路，再通過運算放大器IC3放大後得到交流信號，傳輸至監控系統。
變壓器做為隔離元件時，只要將變壓器做成絕緣性好，而且能滿足各種電壓等級的即可。普通光耦只適用於低壓。
高壓光電隔離器件是由強度高、絕緣性能好的不透光的密閉管，一個發光二極體和一個接收光電管組成，在光電管內可以用光纖將發光二極體與一個接收光電管連接，或加光纖連接，而用空氣、通光，透明度好的，絕緣度高的氣體、固體、液體等充填。光纖隔離時，也可以實現本辦法的功能。
解調部份是調製部分的反變換，只是與調製部份的方法相對應，就能實現線性的不失真變換。
3.信號傳輸電路只要在直流電源的輸出端的正負兩極各連接一個電感器L1或在正負兩極只聯接一個電感器，由於電感器對直流電源呈現低阻狀態，且經過兩條電線l1、l2後，它能給傳感器提供一個穩定的直流電源，而電感器對於交流信號來說卻呈現高阻狀態，交流信號不能順利通過，只要在電感器之前將傳感器的信號檢出，就能實現雙線傳輸交流信號和提供直流電源的雙重功能。同樣由於採用的交流電流在兩條電線l1、l2間傳輸，所以它的抗幹擾能力強。
用整流橋電路可以實現電源極性變換，這樣就能保證在實現工程的安裝過程中，不因電源的正負極性而損壞傳感器的功能。
4.電源電路電源可以採用兩種方法其一，直流逆變方法，就是用電子振蕩電路產生一個固定頻率的信號，經變壓器後送至高壓測的整流穩壓電路。
其二，用速飽和電流互感器產生一個交流電壓後，經整流送至穩壓電路。
本發明採用雙線式傳輸，整流橋極性變換，使人們在工程安裝過程中不可能產生誤操作，簡單、方便、可靠。
本發明應用頻率變換電路，可以使採集信號範圍寬、線性好，精度高，長期穩定性優於已有的各類檢測方法。


圖1為本發明的電路原理圖。
圖2為本發明用於分體傳輸的電路原理圖。
圖3為本發明採用變壓器隔離時的電路原理圖。
圖4為本發明採用高壓隔高時的電路原理圖。
圖5為本發明採用高壓光電隔離管時的電路原理圖。
圖6為本發明檢測電壓時的取樣原理圖。
具體的實施方式本發明的電流檢測原理基於歐姆定律，ΔU＝I×ΔR，其中I為流過導體的電流，ΔU為為流過導體的電流在E、F兩點間的電壓降，將ΔU送入由R1、R2和IC1組成的放大器後，該放大信號由R3、R4和IC2組成的放大器再次放大。
本發明的電壓檢測原理基於歐姆定律，圖1中將三個電阻串聯後與被測電源相聯，在中間的電阻上取出E、F兩點間的電壓信號UEF，因三個電阻的阻值較大，這樣就能實現微功耗的電壓檢測。將UEF′送入由R1、R2和IC1組成的放大器後，再將該放大信號送入由R3、R4和IC2組成的比例積分放大器再次放大。
將經過IC2放大後的信號，經由IC4組成的V/F調製器調製成頻率受電壓控制的開關信號，經C5隔直後送至光耦PC的發光管陽極，其陰極與隔離電源地相連。
經光耦隔離後的頻率可變的開關信號，經過二極體D2檢波及電容C3和R10濾波後，送至由R12、R13和IC3組成的同相放大器放大。最後放大信號經電阻R14接地。這時交流信號經電源地和整流橋極性變換電路返送回直流電源的電感器之前的電容的兩端，形成一個交流的電壓信號。
檢測點的F與IC1的同相端相連，檢測點E經電阻R1與IC1的反相端和R2相連，IC1的輸出端和R3相連，電阻R3的另一端與IC2的反相端和R4相連，R4的另一端與電容C2相連，C2的另一端與IC2的輸出端和電阻R5相連。電阻R6與IC2的同相端相連，電阻R6的另一端與IC4的3腳和C5相連，IC4的4腳和8腳與隔離電源正連接。IC4的6、7腳相連後與電阻R7和電容C4相連，IC4的1腳與隔離電源負連接。C5的另一端與光耦發光二極體的陽極和電阻R8相連，R8的另一端與隔離電源正相連。R5的另一端與IC4的2腳相連。光耦PC的集電極與二極體D2的陽極和電阻R11相連，二極體D2的陰極與電容C3、電阻R10、R12相連。IC3的反相端與電阻R9和光耦PC的發射極相連，IC3的同相端與電容C3、電阻R10、R12、R13相連，IC3的輸出端與電阻R13、R14相連，電阻R14的另一端與R9的另一端及電源地相連。具體詳見圖2。
本方法中的隔離元件光耦PC如應用原理圖3所示的變壓器T2替換也可實現本功能。其連接方法是檢測點的F與IC1、IC2的同相端相連，檢測點E經電阻R1與IC1的反相端和R2相連，IC1的輸出端和R3相連，電阻R3的另一端與IC2的反相端和R4相連，R4的另一端與IC2的輸出端和電阻R5相連。電阻R5電容C2相連，電容C電阻的另一端與二極體D2的陽極和電阻R6相連，電阻R6與二極體D1的陽極和變壓器T1的輸出端相連，變壓器T2的另一端與隔離電源的地相連，變壓器T2的輸出端與二極體D3的陽極相連，二極體D3的陰極與電容C3的正極、R7和電源正相連。變壓器T2的另一端與電容C3的負、電阻R7的另一端和電源負相連。
本方法中的信號傳輸距離較近，可採用圖1所示的方法。去掉傳輸線、整流橋極性變換、電子震蕩電路DZ(振頻不低於50HZ)、變壓器T1及整流穩壓電路(78系列穩壓器)，其電源直接採用隔離電源給傳感器提供電源。連接方法與圖2中檢測放大電路、調製隔離解調電路部分相同。
本方法中如應用高壓電壓、高壓電流的檢測時，可採用速飽和電源和高壓隔離電源給傳感器提供電源。其隔離部分採用光纖GC傳輸見圖4，採用高壓光電管隔離傳輸見圖5，其檢測放大電路、調製電路與圖3中檢測放大電路、調製電路部分相同。只是將原電路中的光耦PC去掉。增加一個發光管，其連接方法是發光管的陽極與電阻R8和電容C5相連。
本實施方案中的IC1、IC2、IC3為雙運算放大器，型號062電路；IC4為555時基電路；V1為穩壓塊。
本實施方案中的IC1、IC2、IC3如採用直流放大器，則也可以適用直流的電壓、電流的檢測。
權利要求
1.一種電壓電流信號的檢測隔離及傳輸裝置，具有檢測電路、傳輸電路和電源，其特徵在於檢測放大電路將獲取的電流信號UEF或電壓信號UEF送運算放大器IC1、IC2二級放大，至調製隔離解調電路中的IC4調製為開關信號，經光耦PC或變壓器隔離後，送至解調部分的檢波、濾波電路，再通過運算放大器IC3放大後得到交流信號，傳輸至監控系統。
2.按照權利要求1所述的電壓電流信號的檢測隔離及傳輸裝置，其特徵在於當分體傳輸時，經光耦PC或變壓器隔離後，送至解調部分的檢波、濾波電路，再通過運算放大器IC3放大後得到交流信號，經電源極性變換電路Z和正負電源線l1、l2送至電感器L1前，經電容C6提取信號傳輸至監控系統。
3.一種電壓電流信號的檢測隔離及傳輸裝置，具有檢測電路、傳輸電路和電源，其特徵在於檢測放大電路將獲取的電流信號UEF或電壓信號UEF送運算放大器IC1、IC2二級放大，經調製電路的IC4調製為開關信號並送至光纖頭的發光管LE1或高壓光電隔離管的發光管LE2上，通過光纖或高壓光電隔離管耦合傳輸至監控系統。
4.按照權利要求1所述的電壓電流信號的檢測隔離及傳輸裝置，其特徵在於檢測放大中路採集的電流信號UEF是在檢測導體上取E、F兩點，其長度ΔL為0.5～100cm；採集的電壓信號UEF是將三個電阻串聯後與被測電源相串聯，在中間的電阻兩端E、F上取出電壓信號UEF。
全文摘要
本發明涉及一種應用於電力系統的電壓電流傳感器，具體地說是一種在導體上直接取得電流信號和在電阻上取得的電壓信號經頻率變換電路變換，最後將信號送入計算機監控系統，以此來檢測電壓電流的裝置。其特徵在於檢測放大電路將獲取的電流信號U
文檔編號G01R19/00GK1502996SQ0214487
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月20日 優先權日2002年11月20日
發明者吳偉, 吳 偉 申請人:吳偉, 吳 偉