一种自发电式电流检测传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种自发电式电流检测传感器，在进行电流检测时，既能获得电能，又能实现被测电流的检测。自发电式电流检测传感器，包括：以电流互感模块利用互感原理将被测电流转换为感应电流；以广义共振升压模块利用广义共振升压原理将感应电流转换为电能；以反广义共振检测模块获取电流取样模块的第一端和第二端之间的第一取样电压信号，及广义共振升压模块的第一输入端和第二输入端之间的第二取样电压信号；反广义共振检测模块根据第一取样电压信号和第二取样电压信号，计算得到与电流信号相关联的电信号。

A Self-generating Current Detection Sensor

【技术实现步骤摘要】
一种自发电式电流检测传感器
本专利技术涉及传感器领域，特别是涉及一种自发电式电流检测传感器。
技术介绍
交流电流互感器是检测大电流的主要传感器，也是检测高压线路上的电流的主要传感器，具有技术成熟、简单、可靠、隔离、安全、廉价等优点。经典的交流互感器的使用方法是：被测电流的导线以不接触地方式穿过交流互感器的环形铁芯的通孔，作为互感器的初级绕组，其电流为I0；在互感器的环形铁芯上绕制次级绕组，并在次级绕组的两个输出端之间接很小的电阻，如果接入电流表时，流过电流表的电流I1正比于I0，当初级的电感量为L1，次级的电感量为L2，设计良好的互感器的互感量计算公式为M1＝(L12*L22)*0.5，电流变化比计算公式为n＝I0/I1＝(L2/L1)*0.5，特点是次级的电压很小，次级的输出电流I1不容许连接并联于电流表上的附加负载，以免分流而引起电流表测量不准。因此，若试图从次级绕组取得电流和电压供给电子电路等使用时，存在两个缺点：所获得的电压低、功率小；次级电流变化到不能用于电流测量。为了达到单纯地利用互感器的次级电流获得较高的电压和功率的目的，现有的方法是采用基于广义共振升压的技术。但是，基于广义共振升压的技术利用互感器次级电流获得较高的电压和功率的方法，破坏了互感器的次级电流的波形和幅度，使得直接、简单地仅用互感器实现既获得电压和功率又测量电流的目的不能实现。而在许多应用领域，尽管互感器所测量的电流的载体具有近在咫尺的丰富电能，却不能使用，例如测量高压线的电流时，不能引用高压线的高压电源，无论在轨道交通领域的电网(电压25000V)绝缘子漏电检测，或是国家干线电网绝缘子漏电检测都不能使用电网电压；家用电度表测量电功率时不仅需要用互感器测量电流，还要用变压器获得电源来支持电度表工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自发电式电流检测传感器，在进行电流检测时，既能通过被测电流获得电能，又能实现被测电流的检测。本专利技术第一方面提供一种自发电式电流检测传感器，包括：电流互感模块、电流取样模块、广义共振升压模块、反广义共振检测模块；电流互感模块的第一端与广义共振升压模块的第一输入端连接，电流互感模块的第二端与电流取样模块的第一端连接，电流取样模块的第二端与广义共振升压模块的第二输入端连接；反广义共振检测模块与电流取样模块的第一端和第二端、及广义共振升压模块的第一输入端及第二输入端连接；电流互感模块利用互感原理将被测电流转换为感应电流；广义共振升压模块利用广义共振升压原理将感应电流转换为电能；反广义共振检测模块获取电流取样模块的第一端和第二端之间的第一取样电压信号，及广义共振升压模块的第一输入端和第二输入端之间的第二取样电压信号；反广义共振检测模块根据第一取样电压信号和第二取样电压信号，得到与电流信号相关联的电信号。进一步的，电流互感模块包括初级线圈和次级线圈，被测电流穿过初级线圈，次级线圈包括电感；广义共振升压模块包括谐振升压单元、整流滤波单元、储能单元、及稳压防反保护单元；次级线圈的电感与电流取样模块和谐振升压单元串联；谐振升压单元用于根据电感对感应电流进行谐振升压处理，得到升压电压信号；整流滤波单元用于对谐振升压处理后的升压电压信号进行整流滤波处理；稳压防反保护单元用于对整流滤波处理后的升压电压信号进行稳压处理，并防止储能单元的电能反向泄漏；储能单元用于将升压电压信号转换为电能。进一步的，广义共振升压模块还包括稳压防反保护单元；稳压防反保护单元用于对整流滤波单元整流滤波处理后的升压电压信号进行稳压处理，并防止储能单元的电能反向泄漏。进一步的，谐振升压单元包括谐振电容器，整流滤波单元包括整流器，储能单元包括储能电容器或可充电储能电池；谐振电容器与整流器的正、负输入端并联；整流器的正输出端与储能电容器的正输入端连接，整流器的负输出端与储能电容器的负输入端连接，且整流器的负输出端作为地线端；可充电储能电池的正极相对地线端输出电源电压。进一步的，稳压防反保护单元包括限压稳压管及防反向泄漏二极管；限压稳压管的负极与整流器的负输出端及可充电储能电池的负极连接，限压稳压管的正极与整流器的正输出端及防反向泄漏二极管的正极连接；防反向泄漏二极管的负极与可充电储能电池的正极连接。进一步的，电流取样模块为取样电阻；当初级线圈的初级电感量为L1、次级线圈的次级电感量为L2、传输的电流频率为F，感应电流I1相对被测电流I0的电流变比为n＝1/(L2/L1)0.5；谐振电容器的容量的计算公式为C1＝1/L2/(2πF)0.5；电流取样模块R01的电阻值不大于预设值；感应电流I1的取样系数KZ0的计算公式为KZ0＝VZ0/I1＝R01，R01为取样电阻的电阻阻值；谐振电容器的正反击穿电压大于储能电容器的正向击穿电压加整流器的正向压降。进一步的，反广义共振检测模块包括差分移位单元、虚部差分移位单元、移相单元及反广义共振解算单元；差分移位单元与电流取样模块的第一端和第二端连接，差分移位单元与广义共振升压模块的第一输入端和第二输入端连接，虚部差分移位单元的输出端与移相单元的输入端连接，移相单元的输出端及差分移位单元的输出端与反广义共振解算单元连接；差分移位单元用于获取电流取样模块第一端和第二端之间的第一取样电压信号，对第一取样电压信号进行差分移位处理，得到第一检测信号；虚部差分移位单元用于获取广义共振升压模块的第一输入端和第二输入端之间的第二取样电压信号，对第二取样电压信号进行虚部差分移位处理，得到第二检测信号；移相单元用于对第二检测信号进行移相放大处理，得到第三检测信号；反广义共振解算单元用于对第一检测信号及第二检测信号进行计算，得到与电流信号相关联的电信号。进一步的，差分移位单元为综合电流电压差分移位放大器；综合电流电压差分移位放大器包括第一运放器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器及第四电阻器；第一电阻器的一端与电流取样模块的第一端连接，第一电阻器的另一端与第一运放器的正输入端连接；第二电阻器的一端与电流取样模块的第二端连接，第二电阻器的另一端与第一运放器的负输入端连接；第三电阻器的一端与第一运放器的正输入端连接，第三电阻器的另一端与供电端连接；第四电阻器的一端与第一运放器的负输入端连接，第四电阻器的另一端与第一运放器的输出端连接；第一运放器的输出端输出第一检测信号。进一步的，第一运放器输出的第一检测信号VZ1的计算公式为VZ1＝VZ0*KZ1＝(I1+IX)*KZ0*KZ1，KZ1为传输系数，VZ0为第一取样电压信号的电压值，I1为感应电流的电流值，IX为谐振虚部电流的电流值，KZ0感应电流I1的取样系数；当I1及IX取最大值时，VZ1的电压值不大于输出限幅值，输出限幅值表示输出幅度失真的电压限制值。进一步的，虚拟差分移位单元为虚部电流电压差分移位放大器；综合电流电压差分移位放大器包括第二运放器、第五电阻器、第六电阻器、第七电阻器及第八电阻器；第五电阻器的一端与广义共振升压模块的第一输入端连接，第五电阻器的另一端与第二运放器的正输入端连接；第六电阻器的一端与广义共振升压模块的第二输入端连接，第二电阻器的另一端与第二运放器的负输入端连接；第七电阻器的一端与第二运放器的正输入端连接，第七电阻器的另一端与供电端连接；第八电阻器的一端与第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自发电式电流检测传感器，其特征在于，包括：电流互感模块、电流取样模块、广义共振升压模块、反广义共振检测模块；所述电流互感模块的第一端与所述广义共振升压模块的第一输入端连接，所述电流互感模块的第二端与所述电流取样模块的第一端连接，所述电流取样模块的第二端与所述广义共振升压模块的第二输入端连接；所述反广义共振检测模块与所述电流取样模块的第一端和第二端、及所述广义共振升压模块的第一输入端及第二输入端连接；所述电流互感模块利用互感原理将被测电流转换为感应电流；所述广义共振升压模块利用广义共振升压原理将所述感应电流转换为电能；所述反广义共振检测模块获取所述电流取样模块的第一端和第二端之间的第一取样电压信号，及所述广义共振升压模块的第一输入端和第二输入端之间的第二取样电压信号；所述反广义共振检测模块根据所述第一取样电压信号和所述第二取样电压信号，得到与电流信号相关联的电信号。

【技术特征摘要】
1.一种自发电式电流检测传感器，其特征在于，包括：电流互感模块、电流取样模块、广义共振升压模块、反广义共振检测模块；所述电流互感模块的第一端与所述广义共振升压模块的第一输入端连接，所述电流互感模块的第二端与所述电流取样模块的第一端连接，所述电流取样模块的第二端与所述广义共振升压模块的第二输入端连接；所述反广义共振检测模块与所述电流取样模块的第一端和第二端、及所述广义共振升压模块的第一输入端及第二输入端连接；所述电流互感模块利用互感原理将被测电流转换为感应电流；所述广义共振升压模块利用广义共振升压原理将所述感应电流转换为电能；所述反广义共振检测模块获取所述电流取样模块的第一端和第二端之间的第一取样电压信号，及所述广义共振升压模块的第一输入端和第二输入端之间的第二取样电压信号；所述反广义共振检测模块根据所述第一取样电压信号和所述第二取样电压信号，得到与电流信号相关联的电信号。2.根据权利要求1所述的自发电式电流检测传感器，其特征在于，所述电流互感模块包括初级线圈和次级线圈，所述被测电流穿过所述初级线圈，所述次级线圈包括电感；所述广义共振升压模块包括谐振升压单元、整流滤波单元、储能单元；所述次级线圈的电感与所述电流取样模块和所述谐振升压单元串联；所述谐振升压单元用于根据所述电感对所述感应电流进行谐振升压处理，得到升压电压信号；所述整流滤波单元用于对谐振升压处理后的所述升压电压信号进行整流滤波处理；所述储能单元用于将所述升压电压信号转换为电能。3.根据权利要求2所述的自发电式电流检测传感器，其特征在于，所述广义共振升压模块还包括稳压防反保护单元；所述稳压防反保护单元用于对所述整流滤波单元整流滤波处理后的所述升压电压信号进行稳压处理，并防止所述储能单元的电能反向泄漏。4.根据权利要求2所述的自发电式电流检测传感器，其特征在于，所述谐振升压单元包括谐振电容器，所述整流滤波单元包括整流器，所述储能单元包括储能电容器或可充电储能电池；所述谐振电容器与所述整流器的正、负输入端并联；所述整流器的正输出端与所述储能电容器的正输入端连接，所述所述整流器的负输出端与所述储能电容器的负输入端连接，且所述整流器的负输出端作为地线端；所述可充电储能电池的正极相对所述地线端输出电源电压。5.根据权利要求3所述的自发电式电流检测传感器，其特征在于，所述稳压防反保护单元包括限压稳压管及防反向泄漏二极管；所述限压稳压管的负极与所述整流器的负输出端及所述可充电储能电池的负极连接，所述限压稳压管的正极与所述整流器的正输出端及所述防反向泄漏二极管的正极连接；所述防反向泄漏二极管的负极与所述可充电储能电池的正极连接。6.根据权利要求5所述的自发电式电流检测传感器，其特征在于，所述电流取样模块为取样电阻；当所述初级线圈的初级电感量为L1、所述次级线圈的次级电感量为L2、传输的电流频率为F，所述感应电流I1相对所述被测电流I0的电流变比为n＝1/(L2/L1)0.5；所述谐振电容器的容量的计算公式为C1＝1/L2/(2πF)0.5；所述感应电流I1的取样系数KZ0的计算公式为KZ0＝VZ0/I1＝R01，其中R01为所述取样电阻的电阻阻值；所述谐振电容器的正反击穿电压大于所述储能电容器的正向击穿电压加所述整流器的正向压降。7.根据权利要求1所述的自发电式电流检测传感器，其特征在于，所述反广义共振检测模块包括差分移位单元、虚部差分移位单元、移相单元及反广义共振解算单元；所述差分移位单元与所述电流取样模块的第一端和第二端连接，所述差分移位单元与所述广义共振升压模块的第一输入端和第二输入端连接，所述虚部差分移位单元的输出端与所述移相单元的输入端连接，所述移相单元的输出端及所述差分移位单元的输出端与所述反广义共振解算单元连接；所述差分移位单元用于获取所述电流取样模块第一端和第二端之间的第一取样电压信号，对所述第一取样电压信号进行差分移位处理，得到第一检测信号；所述虚部差分移位单元用于获取所述广义共振升压模块的第一输入端和第二输入端之间的第二取样电压信号，对所述第二取样电压信号进行虚部差分移位处理，得到第二检测信号；所述移相单元用于对所述第二检测信号进行移相放大处理，得到第三检测信号；所述反广义共振解算单元用于对所述第一检测信号及所述第二检测信号进行计算，得到与电流信号相关联的电信号。8.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐德尧，曾承志，李敏，
申请(专利权)人：唐智科技湖南发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43