[发明专利]非接触式电压传感器

说明书

非接触式电压传感器，包括：传感电极，传感电极具有供被测导体穿过的空间，被测导体和传感电极之间形成输入耦合电容，传感电极与地之间形成接地阻抗；至少一反馈导体，反馈导体穿过传感电极，并与传感电极之间形成反馈耦合电容，反馈耦合电容和输入耦合电容成比例；信号放大模块，传感电极的输出端与信号放大模块的输入端相连，信号放大模块的输出端与反馈导体相连，信号放大模块输出电压测量结果，信号放大模块用于放大传感电极感应到的交流电压信号并对电压信号进行移相，使信号放大模块输出的电压的幅值与待测电压的幅值成线性关系、相位与待测电压的相位相反。本发明采用了闭环传感原理，可以实现交流电压幅值、相位、频率的非接触测量。

技术领域

本发明属于电力传感技术领域，尤指涉及一种非接触式电压传感器。

背景技术

电压在电子系统中是最基础的信号之一，电压测量装置的应用在电力系统中无处不见。在电力传感领域，交流电压信号的采集、交流电压幅值大小的测量十分重要。在低压测量领域，电压测量装置通常为接触式测量，在高压测量领域，电压测量装置包括电压互感器和电容式电压传感器，电压互感器可以实现变电站及换流站内部的电气设备和关键节点的实时传感和量测，但其功能单一，仅能用于测量工频电压信号。电容式电压传感器利用传感电极与被测导电体形成耦合电容，可以采集到被测导体上的交流电压信号，但仅能采集到被测交流电压信号的频率信息，在未标定的情况下，不能直接得到被测交流电压的幅值信息，而且在电压检测场景中，传感电极与被测导体之间形成的空间耦合电容还会随空气湿度、绝缘材料老化、空间相对位置发生变化而变化，标定后采集到的电压幅值信息也会因上述因素而产生极大的误差。交流电压的幅值的采集是当前非接触电压传感器的难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空间耦合电容的闭环非接触式电压传感器，能够实现交流电压幅值的采集。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

非接触式电压传感器，包括：传感电极，所述传感电极具有供被测导体穿过的空间，被测导体和所述传感电极之间形成输入耦合电容，所述传感电极与地之间形成接地阻抗；至少一反馈导体，所述反馈导体穿过所述传感电极，并与所述传感电极之间形成反馈耦合电容，所述反馈耦合电容和所述输入耦合电容成比例；信号放大模块，所述传感电极的输出端与所述信号放大模块的输入端相连，所述信号放大模块的输出端与所述反馈导体相连，所述信号放大模块输出电压测量结果，所述信号放大模块用于放大传感电极感应到的交流电压信号并对电压信号进行移相，使信号放大模块输出的电压的幅值与待测电压的幅值成比例、相位与待测电压的相位相反。

进一步的，所述反馈导体和被测导体采用相同的导电材料制成，和/或所述反馈导体的形状和被测导体的形状相同。

进一步的，所述信号放大模块包括信号放大电路和积分电路，所述信号放大电路用于将传感电极感应到的交流电压信号放大，所述积分电路用于将信号放大电路的输出信号进行90°移相后输出。进一步的，所述信号放大模块还包括设置于所述积分电路之后的滤波电路。

优选的，所述信号放大模块的输入端或输出端设置有电压跟随器，通过设置电压跟随器可以避免信号放大模块的输入或输出阻抗对空间耦合电容造成影响。

进一步的，所述反馈导体的数量为1，反馈导体和被测导体对称设置，且相互平行，反馈耦合电容和输入耦合电容的比值为1:1。

进一步的，所述反馈导体的数量为2以上，反馈导体和被测导体均匀间隔设置，且相互平行，反馈耦合电容和输入耦合电容的比值为n:1，n为反馈导体的数量。

进一步的，所述反馈导体和被测导体沿圆周均匀间隔布置。

进一步的，所述传感电极为中空筒状。

进一步的，所述传感电极为中空圆筒或中空矩形壳体或半圆筒形壳体或C形壳体或U形壳体或圆环形或半圆环形或平板状。