[发明专利]一种非接触式电压测量传感器及其工作方法

说明书

本发明提供了一种非接触式电压测量传感器及其工作方法,包括电源控制单元、开合式非接触感应环、大地连接器、信号放大器、单片机与无线通信单元，电源控制单元采用稳压芯片将电源稳压到3.3V给系统供电，开合式非接触感应环与导体产生耦合电容，大地连接器与感应电极形成耦合回路通路，信号放大器接收耦合信号并进行放大输出，单片机具备ADC采样功能，无线通信单元可通过串口接收单片机数据，并将数据采用主动或被动上报的方式发送给汇集终端。通过本发明的技术方案，无需直接与带电金属导线接触，测量出电缆的电压波形、电压值；感应装置采用开合方式，无需停电即可部署，安装方便；只需接入大地即可测量出准确的电压值，误差范围可保证在±5%以内。

技术领域

本发明涉及电压监测技术领域，具体而言，特别涉及一种非接触式电压测量传感器及其工作方法。

背景技术

在电压测量领域,尤其是在低压配网的“220/380V电压”等级下缺少一种非接触式的电精确电压测量方法。如果要精确测量交流电压值，传统的电压测量传感器需要连接到交流电N（Neutral Wire）与L（Live Wire）线体，通过互感器或隔离芯片隔离，采用计量芯片或ADC（Airborne Digital Computer）采样技术进行计算得出测量结果。采用传统的测量技术设计的产品安装部署时必须停电作业，不便于改造环境的应用，停电安装还会导致用户停电，为施工部署带来不便，安装效率低，用户体验感差。

目前，市面上已经有非接触式电压测量的相关产品，但此类产品测量精度非常差，只能体现出“有”或“无”的测量状态，不能实现电压监测、能源控制等具体应用。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种非接触式电压测量传感器，无需接入电缆导体，即可精确测量电缆电压。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种非接触式电压测量传感器，包括电源控制单元、开合式非接触感应环、大地连接器、信号放大器、单片机与无线通信单元，其中，电源控制单元采用稳压芯片将电源稳压到3.3V给系统供电，开合式非接触感应环与导体产生耦合电容，大地连接器与感应电极形成耦合回路通路，实现精确测量电压值，信号放大器接收耦合信号并进行放大输出，单片机具备ADC采样功能，处理放大输出信号并且输出精确电压值，无线通信单元可通过串口接收单片机数据，并将数据采用主动或被动上报的方式发送给汇集终端。

作为优选方案，电源控制单元采用CT取电方式给电池充电。

作为优选方案，开合式非接触感应环包括电缆导体，电缆导体外部罩有金属感应片，电缆导体通有交流电压时，金属感应片朝向电缆导体一面产生交流电场，金属感应片背面产生微弱交流电压信号，交流电压信号会穿过连接在金属感应片背面的电容器，通过电容器到达信号放大器，信号放大器对其微弱交流电压信号进行处理及放大，信号放大器输出适当的电压值给分压采样电阻，分压采样电阻将分压值输入单片机的ADC采样通道，ADC采样通道计算出精确的交流电场电压。

进一步地，大地连接器与开合式非接触感应环和信号放大器接入形成耦合回路通路。

一种非接触式电压测量传感器的工作方法，传感器具有无线通信功能，安装部署前需通过无线调试设备或调试串口给传感器设置好ID地址，并将传感器的ID绑定至汇集终端，具体包括以下步骤：

S1：部署时，将开合式非接触感应环卡在被测电缆上；

S2：将大地接线器与配电柜内任意大地连接，此时，开合式非接触感应环内的金属感应片正面与被测电缆导体之间产生电场，其背面会产生交流电压的弱信号；打开传感器电源开关，传感器进入初始化设置，初始化设置由汇集终端下发的方式进行，设置参数包括电压超范围阈值、时钟校准指令；传感器采用定时测量并存储测量数据，在定时上报的工作方式；定时测量、定时存储由控制信号放大器的电源实现；定时上报由单片机内部实时时钟控制；