本发明专利技术公开了一种电线直流电压的非接触测量装置及方法，基于压电器件实现电线直流电压非接触测量，被测直流电压通过电容分压取样，取样直流电压施加于压电器件电极两端，根据压电器件的逆压电效应，压电器件的两个极板之间的距离会随着取样电压的大小和极性变化，从而改变本身的电容。结合锁定放大技术实现压电器件变化的电容值的测量以及取样电容值的测量，通过电容的变化，就可以反推得到取样电压，再反推得到被测直流电压。本发明专利技术摒弃了传统振动电容式电容测量方式中的机械结构部分，并且采用锁定放大器技术，可以测量出电线直流电压的幅度和极性，具有功耗低、体积小、质量轻和测量准确度高的优点，可广泛应用于直流电压测量技术领域。测量技术领域。测量技术领域。
【技术实现步骤摘要】
一种电线直流电压的非接触测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及直流电压测量
，尤其是一种电线直流电压的非接触测量装置及方法。
技术介绍
[0002]传统上电线直流电压或交流电压的检测都需要与物体接触，通过传导电流来完成。但这种接触测量方式有时很不方便，比如在某些无法破坏线路绝缘层的节点处将无法获得电压数据。因此，近年来，人们开始研究电线电压的非接触测量方式。由于交流电压的非接触测量技术比较成熟，因而研究的热点是直流电压的非接触测量技术。相对于传统接触式电压表，非接触式电压表具有使用简便、安全性高、不受线路绝缘影响等优势，将成为未来电压测量装置的发展方向。
[0003]现有的非接触测量直流电压主要有三种方法，一是探针法，将导体探针置于通电电线与参考地形成的电场中，直接测量探针与参考地之间的电位差，然后根据探针与通电电线之间的位置推算出电线的直流电压；二是利用某些晶体材料的泡克耳效应，根据双折射现象折射角的大小进行电线直流电压的测量；三是变电容的方法，通过改变电容两个极板的相对位置，将直流感应电压信号转变为交变信号，通过信号放大处理得到待测电线的直流电压。
[0004]其中第三种变电容的方式，又可以用不同的方式来实现，如旋转叶片式、MEMS(微机电系统)横向振动式、振动电容式等几种。旋转叶片式采用电机驱动屏蔽电极旋转，通过周期性屏蔽、释放感应电极调制出交流信号；MEMS横向振动式利用可动梳齿与固定梳齿的相对位置变化调制出交流信号；振动电容式传感器通过纵向振动周期性改变感应电极与待测体之间距离，在感应电极上调制出交流信号实现测量。
[0005]但是探针法存在测量结果随时间漂移，测量误差大，无法长时间在线测量以及每次测量前需要清零的缺点。基于泡克耳效应的光学式传感器，需要光学器件，成本较高，且受环境温度以及漂电荷的影响较大。变电容方式的几种技术方案中，旋转叶片式功耗大、磨损严重；MEMS横向振动式存在信噪比低、测量结果不稳定的缺点；振动电容式传感器系统中存在悬臂梁等机械结构，测量结果易受悬臂梁结构和几何尺寸的影响。
技术实现思路
[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种电线直流电压的非接触测量装置及方法，通过压电器件实现电线直流电压非接触测量，摒弃了传统振动电容式电容测量方式中的机械结构部分，具有功耗低、体积小、质量轻、测量准确度高等优点。
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种电线直流电压的非接触测量装置，包括取样铜片、压电器件、正弦信号发生电路、锁定放大电路、模数转换电路和微控制器模块；
[0008]所述取样铜片，用于与目标测量电线之间形成第一取样电容；
[0009]所述压电器件，构成第二取样电容，所述压电器件用于对目标测量直流电压进行
分压取样得到取样电压；其中，所述第二取样电容根据所述压电器件的逆压电效应与所述取样电压匹配；
[0010]所述正弦信号发生电路，用于产生正弦激励电压；
[0011]所述锁定放大电路，用于获取所述取样铜片、所述正弦信号发生电路与所述锁定放大电路连接处的第一节点电压，并根据所述正弦激励电压结合所述第一节点电压得到第一输出电压；
[0012]和，用于获取所述压电器件、所述正弦信号发生电路与所述锁定放大电路连接处的第二节点电压，并根据所述正弦激励电压结合所述第二节点电压得到第二输出电压；
[0013]所述模数转换电路，用于对所述电路模拟信号进行模数转换得到数字信号；所述数字信号包括所述正弦激励电压、所述第一节点电压、所述第二节点电压、所述第一输出电压和所述第二输出电压；
[0014]所述微控制器模块，用于根据所述模数转换电路的数字信号确定所述取样铜片的第一取样电容以及所述压电器件的第二取样电容和取样电压，并根据所述第一取样电容、所述第二取样电容和所述取样电压确定目标测量直流电压。
[0015]可选地，所述测量装置还包括显示模块，用于显示所述目标测量直流电压的电压值，所述显示模块与所述微控制器模块电性连接。
[0016]可选地，所述测量装置还包括直流电源模块，所述直流电源模块与所述正弦信号发生电路、所述锁定放大电路、所述模数转换电路、所述微控制器模块和所述显示模块连接，所述直流电源模块用于为所述测量装置供电。
[0017]可选地，所述测量装置还包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关和第三单刀双掷开关；所述正弦信号发生电路与所述第一单刀双掷开关的闸口端连接；所述取样铜片与所述第二单刀双掷开关的闸口端连接；所述锁定放大电路与所述第三单刀双掷开关的闸口端连接；所述第一单刀双掷开关的触点1、第二单刀双掷开关的触点1和第三单刀双掷开关的触点1顺次连接；所述第一单刀双掷开关的触点2和所述第二单刀双掷开关的触点2均与所述第三单刀双掷开关的触点2连接，所述压电器件设于所述第一单刀双掷开关的触点2和所述第二单刀双掷开关的触点2之间；
[0018]其中，当所述第一单刀双掷开关、所述第二单刀双掷开关和所述第三单刀双掷开关均闭合于触点1，所述锁定放大电路，用于获取所述取样铜片、所述正弦信号发生电路与所述锁定放大电路连接处的第一节点电压，并根据所述正弦激励电压结合所述第一节点电压得到第一输出电压；
[0019]当所述第一单刀双掷开关、所述第二单刀双掷开关和所述第三单刀双掷开关均闭合于触点2，所述锁定放大电路，用于获取所述压电器件、所述正弦信号发生电路与所述锁定放大电路连接处的第二节点电压，并根据所述正弦激励电压结合所述第二节点电压得到第二输出电压。
[0020]可选地，所述测量装置还包括第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一电阻一端与所述第三单刀双掷开关的触点2连接，另一端与GND端连接；所述第二电阻设于所述第一单刀双掷开关的触点2和所述第三单刀双掷开关的触点2之间；所述第三电阻设于所述第一单刀双掷开关的触点1和所述第二单刀双掷开关的触点1之间。
[0021]第二方面，本专利技术实施例提供了一种应用如本专利技术实施例第一方面所述的一种电
线直流电压的非接触测量装置的电线直流电压的非接触测量方法，包括：
[0022]通过所述测量装置对目标测量电线进行电压取样；
[0023]通过所述电压取样的结果得到电路模拟信号，根据所述电路模拟信号进行模数转换得到数字信号；
[0024]根据所述数字信号确定取样铜片的第一取样电容以及压电器件的第二取样电容和取样电压；
[0025]根据所述第一取样电容、所述第二取样电容和所述取样电压确定目标测量直流电压；
[0026]其中，所述数字信号包括正弦激励电压、第一节点电压、第二节点电压、第一输出电压和第二输出电压。
[0027]可选地，所述根据所述数字信号确定取样铜片的第一取样电容以及压电器件的第二取样电容和取样电压，包括：
[0028]根据所述正弦激励电压和所述第一节点电压确定所述第一取样电容；
[0029]根据所述正弦激励电压、所述第二节点电压和所述第二输出电压确定所述第一取样电容和所述第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电线直流电压的非接触测量装置，其特征在于，包括取样铜片、压电器件、正弦信号发生电路、锁定放大电路、模数转换电路和微控制器模块；所述取样铜片，用于与目标测量电线之间形成第一取样电容；所述压电器件，构成第二取样电容，所述压电器件用于对目标测量直流电压进行分压取样得到取样电压；其中，所述第二取样电容根据所述压电器件的逆压电效应与所述取样电压匹配；所述正弦信号发生电路，用于产生正弦激励电压；所述锁定放大电路，用于获取所述取样铜片、所述正弦信号发生电路与所述锁定放大电路连接处的第一节点电压，并根据所述正弦激励电压结合所述第一节点电压得到第一输出电压；和，用于获取所述压电器件、所述正弦信号发生电路与所述锁定放大电路连接处的第二节点电压，并根据所述正弦激励电压结合所述第二节点电压得到第二输出电压；所述模数转换电路，用于对所述电路模拟信号进行模数转换得到数字信号；所述数字信号包括所述正弦激励电压、所述第一节点电压、所述第二节点电压、所述第一输出电压和所述第二输出电压；所述微控制器模块，用于根据所述模数转换电路的数字信号确定所述取样铜片的第一取样电容以及所述压电器件的第二取样电容和取样电压，并根据所述第一取样电容、所述第二取样电容和所述取样电压确定目标测量直流电压。2.根据权利要求1所述的一种电线直流电压的非接触测量装置，其特征在于，还包括显示模块，用于显示所述目标测量直流电压的电压值，所述显示模块与所述微控制器模块电性连接。3.根据权利要求2所述的一种电线直流电压的非接触测量装置，其特征在于，还包括直流电源模块，所述直流电源模块与所述正弦信号发生电路、所述锁定放大电路、所述模数转换电路、所述微控制器模块和所述显示模块连接，所述直流电源模块用于为所述测量装置供电。4.根据权利要求1所述的一种电线直流电压的非接触测量装置，其特征在于，还包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关和第三单刀双掷开关；所述正弦信号发生电路与所述第一单刀双掷开关的闸口端连接；所述取样铜片与所述第二单刀双掷开关的闸口端连接；所述锁定放大电路与所述第三单刀双掷开关的闸口端连接；所述第一单刀双掷开关的触点1、第二单刀双掷开关的触点1和第三单刀双掷开关的触点1顺次连接；所述第一单刀双掷开关的触点2和所述第二单刀双掷开关的触点2均与所述第三单刀双掷开关的触点2连接，所述压电器件设于所述第一单刀双掷开关的触点2和所述第二单刀双掷开关的触点2之间；其中，当所述第一单刀双掷开关、所述第二单刀双掷开关和所述第三单刀双掷开关均闭合于触点1，所述锁定放大电路，用于获取所述取样铜片、所述正弦信号发生电路与所述锁定放大电路连接处的第一节点电压，并根据所...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国福，柳革命，李岩，刘婵娟，邹兰平，
申请(专利权)人：广州商学院，
类型：发明
国别省市：
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