本发明专利技术涉及一种基于载波隔离测量交流电压的方法及电路，其方法包括将高频载波信号加载到被测工频电压的零线或大地线上；采用电容耦合的非接触式方式采集火线上的信号得到耦合信号；对耦合信号依次进行滤波和积分处理得到耦合积分信号；采用频率选频的方法从所述耦合积分信号中分离出高频载波积分信号和待测工频积分信号；分别对高频载波积分信号、待测工频积分信号以及高频载波信号进行AD采样，计算出火线上的工频信号的交流电压值。由于高频载波积分信号和待测工频积分信号是同一个耦合通道，耦合过来的电压信号是同步比例大小的，因此在耦合电极与火线之间的距离发生变化时，计算出的工频信号的交流电压值是不变的，测量精度不受影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电压信号测量领域，具体涉及一种基于载波隔离测量交流电压的方法及电路。
技术介绍
1、现有交流电压测量方式多数为接触式测量，非接触式测量大部分也只是测量是否有电压，具体电压有效值不能测量出来。可以非接触式测量电压有效值的设备，大多采用的方式也都是电容直接耦合，在这种直接耦合方式下测工频电压值时，电容值的大小对测量结果影响很大。耦合电容的容值跟电容正负极板的距离有关，因此对测量极板的位置要求极高，位置微动就会引起电压值的巨大变化。在实际应用中，因电力线在不同的用电环境下，线的绝缘外皮薄厚不同，造成测量耦合极板与被测电压线的距离位置变化，极板位置的变化相当于耦合电容的变化，耦合电容的容值变化又对测量电压准确度有非常大影响，实际应用中耦合极板对被测线距离变化，影响精度可以达到50％～200％，所以不能在实际测量应用场合中使用。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于载波隔离测量交流电压的方法及电路，以解决因耦合极板与被测电压线之间距离变化而影响测量精度的问题。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于载波隔离测量交流电压的方法，包括：
3、s1，将一固定频率的高频载波信号加载到待测电力线的零线或大地线上，利用连接在所述待测电力线上的工频用电负载将所述高频载波信号传递至所述待测电力线的火线上，使所述高频载波信号叠加在所述火线上的工频信号中；
4、s2，采用电容耦合的非接触式方式采集所述待测电力线的火线上的信号，得到耦合信号；</p>5、s3，对所述耦合信号依次进行滤波和积分处理，得到耦合积分信号；
6、s4，根据所述高频载波信号的频率，采用频率选频的方法从所述耦合积分信号中分离出高频载波积分信号；以及根据所述工频信号的频率，采用频率选频的方法从所述耦合积分信号中分离出待测工频积分信号；
7、s5，分别对所述高频载波积分信号、所述待测工频积分信号以及所述高频载波信号进行ad采样，对应得到所述高频载波积分信号的采样值、所述待测工频积分信号的采样值以及所述高频载波信号的采样值；
8、s6，根据所述高频载波积分信号的采样值、所述待测工频积分信号的采样值以及所述高频载波信号的采样值，计算出所述火线上的工频信号的交流电压值。
9、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
10、进一步，所述高频载波信号的形式为正弦信号。
11、进一步，所述s1中将一固定频率的高频载波信号加载到待测电力线的零线或大地线上之前，以及所述s5中对所述高频载波信号进行ad采样之前，还均包括：
12、对所述高频载波信号进行放大处理。
13、进一步，在所述s1中，具体采用隔离耦合电容将一固定频率的高频载波信号加载到待测电力线的零线端或大地端上。
14、进一步，在所述s5中，所述高频载波积分信号的采样值、所述待测工频积分信号的采样值以及所述高频载波信号的采样值的表达式分别为：
15、
16、其中，v1rms1、v2rms2以及v3rms3分别表示所述高频载波积分信号的采样值、所述待测工频积分信号的采样值以及所述高频载波信号的采样值；v1(t)、v2(t)以及v3(t)分别表示t时刻的所述高频载波积分信号、所述待测工频积分信号以及所述高频载波信号；t表示ad采样周期；j1、j2以及j3分别表示对所述高频载波积分信号、所述待测工频积分信号以及所述高频载波信号进行ad采样过程中ad采集数据比例系数。
17、进一步，在所述s6中，计算所述火线上的工频信号的交流电压值的公式为：
18、
19、其中，vx表示所述火线上的工频信号的交流电压值；v1rms1、v2rms2以及v3rms3分别表示所述高频载波积分信号的采样值、所述待测工频积分信号的采样值以及所述高频载波信号的采样值；j4表示与所述工频信号的电压校准相关的换算系数。
20、在上述一种基于载波隔离测量交流电压的方法的基础上，本专利技术还提供一种基于载波隔离测量交流电压的电路。
21、一种基于载波隔离测量交流电压的电路，用于实现如上述所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，包括：
22、mcu，用于产生一固定频率的高频载波信号；
23、载波放大电路，与所述mcu连接，用于对所述高频载波信号进行放大处理；
24、隔离耦合电容，与所述载波放大电路以及待测电力线的零线或大地线连接，用于将放大后的所述高频载波信号加载到所述待测电力线的零线或大地线上，使连接在所述待测电力线上的工频用电负载将所述高频载波信号传递至所述待测电力线的火线上，进而使所述高频载波信号叠加在所述火线上的工频信号中；
25、耦合电极，靠近所述火线设置，用于采用电容耦合的非接触式方式采集所述待测电力线的火线上的信号，得到耦合信号；
26、滤波电路，与所述耦合电极连接，用于对所述耦合信号进行滤波处理；
27、积分电路，与所述滤波电路连接，用于对滤波后的所述耦合信号进行积分处理，得到耦合积分信号；
28、高频载波选频电路，与所述积分电路连接，用于根据所述高频载波信号的频率，采用频率选频的方法从所述耦合积分信号中分离出高频载波积分信号；
29、待测工频选频电路，与所述积分电路连接，用于根据所述工频信号的频率，采用频率选频的方法从所述耦合积分信号中分离出待测工频积分信号；
30、所述mcu还与所述高频载波选频电路、所述待测工频选频电路以及所述载波放大电路连接，用于分别对所述高频载波积分信号、所述待测工频积分信号以及放大后的所述高频载波信号进行ad采样，对应得到所述高频载波积分信号的采样值、所述待测工频积分信号的采样值以及所述高频载波信号的采样值；并根据所述高频载波积分信号的采样值、所述待测工频积分信号的采样值以及所述高频载波信号的采样值，计算出所述火线上的工频信号的交流电压值。
31、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
32、进一步，所述耦合电极包括由内至外依次层叠的感应探头层、绝缘层和屏蔽层；所述感应探头层为磁性软体或金属软体材料构成，所述绝缘层由厚度小于0.2毫米的软性绝缘材料构成，所述屏蔽层由软体金属材料构成。
33、进一步，所述mcu与所述载波放大电路之间通过分压电阻连接。
34、进一步，所述高频载波选频电路的电路结构与所述待测工频选频电路的电路结构相同，且均包括依次连接的一级带通滤波电路、信号放大电路和二级带通滤波电路；其中，通过设置所述高频载波选频电路与所述待测工频选频电路中的元件参数，使所述高频载波选频电路与所述待测工频选频电路的选频频率不同。
35、本专利技术的有益效果是：在本专利技术一种基于载波隔离测量交流电压的方法及电路中，由于电容耦合与频率有关，频率越高感抗越小，提高载波频率可以减小极板与被测电力线之间因距离带来的精度影响；同本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，所述高频载波信号的形式为正弦信号。
3.根据权利要求1所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，所述S1中将一固定频率的高频载波信号加载到待测电力线的零线或大地线上之前，以及所述S5中对所述高频载波信号进行AD采样之前，还均包括：
4.根据权利要求1所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，在所述S1中，具体采用隔离耦合电容将一固定频率的高频载波信号加载到待测电力线的零线端或大地端上。
5.根据权利要求1所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，在所述S5中，所述高频载波积分信号的采样值、所述待测工频积分信号的采样值以及所述高频载波信号的采样值的表达式分别为：
6.根据权利要求1所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，在所述S6中，计算所述火线上的工频信号的交流电压值的公式为：
7.一种基于载波隔离测量交流电压的电路，其特征在于，用于实现如权利要求1至6任一项所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，包括：
8.根据权利要求7所述的基于载波隔离测量交流电压的电路，其特征在于，所述耦合电极包括由内至外依次层叠的感应探头层、绝缘层和屏蔽层；所述感应探头层为磁性软体或金属软体材料构成，所述绝缘层由厚度小于0.2毫米的软性绝缘材料构成，所述屏蔽层由软体金属材料构成。
9.根据权利要求7所述的基于载波隔离测量交流电压的电路，其特征在于，所述MCU与所述载波放大电路之间通过分压电阻连接。
10.根据权利要求7所述的基于载波隔离测量交流电压的电路，其特征在于，所述高频载波选频电路的电路结构与所述待测工频选频电路的电路结构相同，且均包括依次连接的一级带通滤波电路、信号放大电路和二级带通滤波电路；其中，通过设置所述高频载波选频电路与所述待测工频选频电路中的元件参数，使所述高频载波选频电路与所述待测工频选频电路的选频频率不同。
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【技术特征摘要】
1.一种基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，所述高频载波信号的形式为正弦信号。
3.根据权利要求1所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，所述s1中将一固定频率的高频载波信号加载到待测电力线的零线或大地线上之前，以及所述s5中对所述高频载波信号进行ad采样之前，还均包括：
4.根据权利要求1所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，在所述s1中，具体采用隔离耦合电容将一固定频率的高频载波信号加载到待测电力线的零线端或大地端上。
5.根据权利要求1所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，在所述s5中，所述高频载波积分信号的采样值、所述待测工频积分信号的采样值以及所述高频载波信号的采样值的表达式分别为：
6.根据权利要求1所述的基于载波隔离测量交流电压的方法，其特征在于，在所述s6中，计算所述火线上的工频信号的交流电压值的...
【专利技术属性】
技术研发人员：师金柱，赵雷，何雪莲，张二伟，宋子豪，
申请(专利权)人：安阳霍远科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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