基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置制造方法及图纸

一种基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置，可解决现有技术对雷电流进行测量时误差大且安装不方便的技术问题。包括前端测量模块、信号传输模块及信号接收处理模块，前端测量装置采用三维测量探头，信号传输模块包括AD放大模块；AD放大模块设置在电磁屏蔽盒中；三维测量探头与AD放大模块的输入端通过屏蔽电缆连接；AD放大模块的输出端通过采集卡与电光转换器连接；本实用新型专利技术通过将测量装置安装在风机塔筒壁上，测量装置探头传感到雷电流产生的瞬态磁场信号，并将其信号处理后通过光纤传输到PC端进行数据接收读取，通过标定计算还原得到雷电流波形，精度可靠性高，装置安装方便，成本低，体积小。

Lightning current measuring device of wind turbine based on magnetoresistance effect of tunnel

【技术实现步骤摘要】
基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置
本技术涉及电流测量
，具体涉及一种基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置。
技术介绍
风力发电因其清洁无污染、可永续利用等优点在近数十年得到蓬勃发展,这种快速发展也伴随着日益严重的雷电灾害威胁。特别是目前伴随着风电机组单机容量的提升，风机整体高度的增加，使其自身的引雷能力大大提高，此时携带巨大能量的雷电流将在风电机组塔筒内部产生瞬态变化的电磁场，可能会对电力,信号线路和电子控制系统内产生电磁干扰进而威胁到风电机组的安全稳定运行。因此对雷电流参数的测量对风电机组的安全稳定运行，探讨防雷对策，提高防雷设备性能具有十分重要的意义。在雷电流参数测量方面，目前国内外主要有以下一些方法：磁钢棒法,磁带，和罗氏线圈法。磁钢棒法最早在我国得到广泛应用，虽然在实际应用中获得了大量的雷电测量数据，但是在这种测量方法测量误差大，不能重复记录，而且安装读数十分不便。后来又发展提出磁带法，虽然较磁钢棒法在测量精度稳定性等方面有了明显的改善，但同磁钢棒法一样，仍不能实现对雷电流波形的测量。罗氏线圈法能够较为准确测量雷电流的波形与幅值，且测量精度高，抗干扰能力强，但是测量时必须将被测导体穿过线圈中心进行测量，如在日本东京天空树塔的雷电流测量时，就使用了罗氏线圈进行测量，将两个巨大的罗氏线圈套在东京天空树塔上，一个用于测高频雷电流信号，一个用于测量低频雷电流信号，这就使在测量安装过程极为不便。而现如今应用在风机塔筒的雷击电流的测量也主要为罗氏线圈，不仅安装不便，并且成本十分昂贵。r>
技术实现思路
本技术提出的一种基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置，可解决现有技术对雷电流进行测量时误差大且安装不方便的技术问题。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置，包括：采用前端测量装置和信号接收处理端，将前端测量装置安装在风机塔筒的筒壁上，用来测量雷击风机时的雷电流产生的瞬态磁场的幅值，陡度，极性，并将测量的信号通过光电转换传输到后端信号接收处理端进行读取记录，通过标定计算得到实际雷电流的大小。具体包括三只相同的高频隧道磁阻传感器构成的传感器探头，信号处理模块包括AD放大模块，电源模块，电磁屏蔽盒；其中，三维传感器探头是采用两个垂直放置的PCB板，并将三个传感器芯片两两垂直焊接在板子上，两个板子通过四个信号接口固定，同时四个接口将一个传感器的输出与供电转接到其他两个传感器所在的板子上，优化了测量装置的布局。三只相同的高频隧道磁阻传感器构成的传感器探头，每个传感器的尺寸为5mm*5mm*1.5mm,传感器电路采用四个非屏蔽高灵敏度隧道磁阻元件组成惠斯通电桥，惠斯通全桥电路提供差分电压输出。将三个传感器分别固定在探头的三个侧面上，每只传感器的敏感轴互相垂直，可以感受由雷电流产生的不同方向的瞬态磁场强度，且三个传感器构成空间位置小于6mm*6mm*6mm。其中，采用惠斯通全桥电路差分电压输出，可以识别小信号输出，精确处理小信号，并且可以大大降低外部电磁干扰，保证每只磁场传感器敏感轴互相垂直，这样可以使得传感器探头实现全向传感的功能。且探头尺寸小，保证探测到的是一个单点的磁场，测量精度更高。AD放大模块将输出的三对差分信号模拟量转换成单端输出进行放大，经采集卡与电光转换器传输给PC端进行数据读取。电源模块：电源使用12V锂电池，采用12V转5V稳压模块得到5V稳压输出给测量装置供电，可以在实际应用中长期工作。电磁屏蔽盒：在对雷击风机塔筒的雷电流进行测量时，高压线路上恶劣的电磁信号可能会耦合进入信号处理电路进而造成电磁干扰。所以需要进行对测量系统进行电磁屏蔽设计。而对于强电磁干扰环境下运行的传感系统，单一材料屏蔽不能满足应用需求，需要采用多材料组合屏蔽。综合考虑电场屏蔽与磁场屏蔽的屏蔽性能，使用1mm纯铜和2mm坡莫合金的组合屏蔽外壳对后端信号处理电路进行电磁屏蔽，同时用其将除探头外的信号处理模块进行安装固定。信号传输过程采用屏蔽电缆进行传输，保证在实际应用中测量装置不受高频电磁干扰的影响。由上述技术方案可知，本技术的基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置，将测量装置安装在风机塔筒壁上，用于测量雷击风机时雷电流产生磁场的幅值，陡度，极性。然后将测量的信号通过光电转换传输到后端信号接收处理端进行读取记录。因为风机塔筒的特殊对称结构，本技术通过测得的磁场信号标定计算得出雷电流的大小。本技术装置通过将三只相同的基于隧道磁阻效应制成的高频隧道磁阻传感器分别固定在传感器探头的三个面上，传感器的三个敏感轴相互垂直，可以实现对雷电流产生同一点任意方向的磁场大小进行传感，并将测量信号传输到终端处理记录，从而实现瞬态雷电流的非接触式测量。本技术的测量装置安装方便，成本低，测量探头体积小，精度高，测量雷电流范围大，适用于风机塔筒，高铁高架桥等雷击瞬态大电流的测量。附图说明图1是本技术的原理框图；图2是本技术的中高频隧道磁场传感器内部等效结构示意图；图3是本技术的高频隧道磁场传感器的传感器探头三维结构示意图；图4是本技术的传感器探头侧视图；图5是本技术的屏蔽盒的三维结构图；图6是本技术的传感器探头原理图；图7是本技术的AD放大模块原理图；图8是本技术的实施使用示意图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。图1所示为本技术实施例雷击风机雷电流测量装置的实施方式原理框图，它包括三维测量探头，AD放大模块，电源模块，电磁屏蔽盒，电光转换器和信号接收处理模块；AD放大模块设置在电磁屏蔽盒中；所述信号接收处理模块具体为PC端数据接收处理器；进一步说，本实施例雷击风机雷电流测量装置包括前端测量模块、信号传输模块及信号接收处理模块，所述前端测量装置采用三维测量探头，所述信号传输模块包括AD放大模块；所述AD放大模块设置在电磁屏蔽盒中；所述三维测量探头与AD放大模块的输入端通过屏蔽电缆连接；所述AD放大模块的输出端经采集卡与电光转换器连接；所述电光转换器输出端与信号接收端之间通过光纤连接；所述三维测量探头包括三个相同的高频隧道磁阻传感器，高频隧道磁阻传感器一1、高频隧道磁阻传感器二2、高频隧道磁阻传感器三3，还包括两个垂直放置的探头PCB板，探头PCB板一4和探头PCB板二5，探头PCB板一4垂直固定在探头PCB板二5上，所述高频隧道磁阻传感器一1固定在探头PCB板一4的一个侧面上，高频隧道磁阻传感器二2固定在探头PCB板一4的与高频隧道磁阻传感器一1相反的一面上，所述高频隧道磁阻传感器三3固定在探头PCB板二5的底面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置，包括前端测量模块、信号传输模块及信号接收处理模块，其特征在于：所述前端测量模块采用三维测量探头，所述信号传输模块包括AD放大模块；所述AD放大模块设置在电磁屏蔽盒中；/n所述三维测量探头与AD放大模块的输入端通过屏蔽电缆连接；/n所述AD放大模块的输出端经采集卡与电光转换器连接；/n所述电光转换器输出端与信号接收端之间通过光纤连接；/n所述三维测量探头包括三个相同的高频隧道磁阻传感器，高频隧道磁阻传感器一(1)、高频隧道磁阻传感器二(2)、高频隧道磁阻传感器三(3)，还包括两个垂直放置的探头PCB板，探头PCB板一(4)和探头PCB板二(5)，探头PCB板一(4)垂直固定在探头PCB板二(5)上，所述高频隧道磁阻传感器一(1)固定在探头PCB板一(4)的一个侧面上，高频隧道磁阻传感器二(2)固定在探头PCB板一(4)的与高频隧道磁阻传感器一(1)相反的一面上，所述高频隧道磁阻传感器三(3)固定在探头PCB板二(5)的底面上；/n三个高频隧道磁阻传感器芯片两两垂直；/n两个探头PCB板通过信号接口固定，同时信号接口将其中一个传感器的输出与供电转接到其他两个传感器所在的板子上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置，包括前端测量模块、信号传输模块及信号接收处理模块，其特征在于：所述前端测量模块采用三维测量探头，所述信号传输模块包括AD放大模块；所述AD放大模块设置在电磁屏蔽盒中；
所述三维测量探头与AD放大模块的输入端通过屏蔽电缆连接；
所述AD放大模块的输出端经采集卡与电光转换器连接；
所述电光转换器输出端与信号接收端之间通过光纤连接；
所述三维测量探头包括三个相同的高频隧道磁阻传感器，高频隧道磁阻传感器一(1)、高频隧道磁阻传感器二(2)、高频隧道磁阻传感器三(3)，还包括两个垂直放置的探头PCB板，探头PCB板一(4)和探头PCB板二(5)，探头PCB板一(4)垂直固定在探头PCB板二(5)上，所述高频隧道磁阻传感器一(1)固定在探头PCB板一(4)的一个侧面上，高频隧道磁阻传感器二(2)固定在探头PCB板一(4)的与高频隧道磁阻传感器一(1)相反的一面上，所述高频隧道磁阻传感器三(3)固定在探头PCB板二(5)的底面上；
三个高频隧道磁阻传感器芯片两两垂直；
两个探头PCB板通过信号接口固定，同时信号接口将其中一个传感器的输出与供电转接到其他两个传感器所在的板子上。


2.根据权利要求1所述的基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置，其特征在于：所述高频隧道磁阻传感器内部电路是采用四个隧道磁阻组成惠斯通电桥，每个电阻阻值都是30K欧姆。


3.根据权利要求1所述的基于隧道磁阻效应的雷击风机雷电流测量装置，其特征在于：所述每个高频隧道磁阻传感器的尺寸都是5mm*5...

【专利技术属性】
技术研发人员：向念文，程永健，李伟，程凌云，万逸虎，朱德贵，王超群，董冰冰，杜斌，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34