[发明专利]一种测量接地散流的阵列式电流传感器及数据采集系统

说明书

技术领域

本发明属于接地装置的测量技术领域，具体涉及一种测量接地散流的阵列式电流传感器及数据采集系统。

背景技术

对于地中接地体上电流的分布，常常利用高精度穿芯式罗格夫斯基线圈套在接地体上进行测量。该方法有其特定的应用条件，只能测量接地体上的散流分布且无法获得土壤中的散流分布。同时，该方法效率不高，一次只能测量接地体上一个点的电流值。

地中散流分布的研究对于接地理论及接地参数的获取具有重要意义，准确的掌握地中散流分布能为有效的设计降阻装置提供必要的参考。由于故障电流、操作电流或冲击雷电流经接地装置泄流时产生的时变电场的复杂性，很难从理论上推导出比较精确地数学表达式，从试验角度出发揭示接地装置的安全性能一直是接地性能研究的重要手段。通过测量手段获取地中的冲击散流特性能够全面地研究地中的散流规律，科学地预测输电线路的防雷效果。

发明内容

本发明的目的是针对缺乏地中散流测量装置的现状，提出一种测量接地散流的阵列式电流传感器及数据采集系统，该系统具有测量准确，抗干扰能力强、响应速度快、频率范围宽、线性行好等特点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种测量接地散流的阵列式电流传感器及数据采集系统，系统由特制电流传感器阵列、同轴屏蔽电缆、高速数据采集卡、光纤、控制处理模块和显示模块六个部分组成。其中特制电流传感器阵列通过同轴屏蔽电缆与高速数据采集卡的一端相连，高速数据采集卡的另一端通过光纤与控制处理模块的一端相连、控制处理模块的另一端通过光纤与显示模块相连。

各部件结构及功能：

1)所述特制电流传感器阵列由九个特制传感器均匀镶嵌在边长为70cm、材料为氧化物陶瓷的不导磁正方形骨架内，每行每列均含三个特制传感器，相邻两个特制传感器距离10cm，用于采集接地极附近土壤中电流值，通过同轴屏蔽电缆将特制电流传感器阵列的输出端与所述高速采集卡的输入端相连接，高速采集卡将采集到的接地极附近土壤中电流值经过控制处理模块，最终在显示模块上呈现。

所述特制传感器由引流针、不导磁骨架、聚合物绝缘外壳、铜质线圈和积分模块组成；所述的不导磁骨架的材料为非磁性塑料、截面直径为10～15mm、外径为30～60mm、内径25～50mm的圆环，其主要作用是固定所述铜质线圈。所述圆环中间含直径25～50mm、厚度10mm的不导磁塑料圆盘，其主要作用是固定所述特制传感器中心的引流针。

所述的铜质线圈由标称直径为0.1～0.3mm的铜漆包圆线均匀绕制在不导磁骨架上，铜质线圈的匝数为200匝，其主要作用是产生与轴向电流成正比的感应电动势。所述积分模块用于对铜质线圈产生的感应电动势进行积分，从而得到感应电流。所述铜质线圈两端的引出线与所述积分模块的输入端连接，所述积分模块的输出端作为特制传感器的输出端。所述聚合物绝缘外壳的材料为环氧树脂，聚合物绝缘外壳为内径为3～15mm、外径为6～18mm、厚度为5～10mm的圆环形壳体，用以防止大电流窜入所述特制传感器所在的测量回路而损毁测量设备。所述引流针为长度为10～20mm、外径为3～8mm的铜漆包导体，在引流针的外面套装塑料绝缘管后固接在所述聚合物绝缘外壳的轴心处，其主要作用是引流待测点的冲击电流。所述特制传感器的测量带宽为100Hz～200MHz，其不仅具有良好的响应特性，能够准确的测量冲击大电流，而且特制传感器通过电磁场耦合测量冲击电流，测量线圈本身与被测电流回路没有直接的电的联系，因此与主回路有着良好的电气绝缘性能。

2)所述高速数据采集卡为市购模块，主要用于对采集所述特制电流传感器阵列输出的电流信号，它能同时在九个通道上采集幅度为±10V、频率为0～200MHz的信号，采样频率为0～1GS/s，精度为0.05%FSR；采集可单次采集，也可连续采集；可以有效地解决在测试过程中的高速、多通道、长时间数据采集问题,使其成为传感器输出信号与数据处理系统的一个桥梁等。

3)所述控制处理模块为市购模块，采用32位高性能ARM处理器和μC/OS-II操作系统，主要用于完成针对所述高速数据采集卡的采样通道、采样频率、触发电平、存储位置等设置，针对所述显示模块的显示模式、通道选择等设置，以及数据处理。

4)所述显示模块为市购模块，采用19寸触摸显示器，主要用于显示所述高速数据采集卡所采集到的信号，并与所述控制处理模块一起构成人机交互界面，为单屏幕多窗口的显示方式，操作方便。