交流电压检测电路及其制成的电能表的制作方法

本实用新型具体涉及一种交流电压检测电路及其制成的电能表。

背景技术：

随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们日常生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。

近年来，随着对输电线路的状态监测要求越来越多，交流电压检测的次数以及要求也越来越多。目前，常用的交流电压检测，一般都采用传统的接线方式来进行仪表测量或者采用接触式的检测方式来进行判断是否有电。接线方式进行仪表测量，一般采用的是万用表测量的方式，即采用万用表的表笔接触电线；而接触式检测，一般采用的是试电笔检测，即采用试电笔接触电线从而测量电线是否有电。

但是，无论是万用表测量还是试电笔测量，其存在如下问题：

1)危险性高：万用表或者试电笔测量，都需要检测人员将表笔与电线进行接触测量，测量过程中，检测人员全程暴露在高压电线周围，非常危险；

2)检测灵敏度较差：万用表或者试电笔测量，检测灵敏度相对较差，也已经不再适用于现今的对输电线路的状态监测要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于提供一种安全可靠且检测灵敏度较高的交流电压检测电路。

本实用新型的目的之二在于提供一种包括了所述交流电压检测电路的电能表。

本实用新型提供的这种交流电压检测电路，包括电源模块、交流电压信号检测模块、信号放大模块和信号处理模块；电源模块给所述交流电压检测电路供电；交流电压信号检测模块、信号放大模块和信号处理模块依次串接；交流电压信号检测模块用于对交流电压信号进行检测，并将检测信号上传信号放大模块；信号放大模块用于将上传的检测信号放大后输出到信号处理模块；信号处理模块用于将上传的放大后的检测信号进行信号处理，并对外提供一路交流电压检测信号。

所述的交流电压检测电路还包括显示模块；显示模块与信号放大模块的输出端连接，用于将所述交流电压检测电路的工作状态对外进行显示。

所述的显示模块为由运放构成的LED显示模块。

所述的显示模块包括运算放大器、正相输入第一电阻、正相输入第二电阻、正相输入电容、负相输入第一电阻、负相输入第二电阻、负相输入第三电阻、放大信号输入电阻、限流电阻和LED指示灯；电源信号通过串接的正相输入第一电阻和正相输入第二电阻连接到运算放大器的正相输入端，正相输入电容与正相输入第一电阻并联；电源信号同时通过负相输入第二电阻和负相输入第三电阻接地，负相输入第一电阻与负相输入第二电阻并联，电源信号通过负相输入第一电阻连接运算放大器的负相输入端；信号放大模块的输出信号通过放大信号输入电阻连接运算放大器的输出端；运算放大器的输出端同时通过限流电阻和LED指示灯连接电源信号。

所述的交流电压信号检测模块包括印制电路板、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容；第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容均设置在印制电路板上；交流信号的输入端一端通过第一电阻后输出第一检测信号，第一检测信号还通过第三电阻连接电源模块输出的直流供电电源信号；第一电容与第三电阻并联；交流信号的输入端另一端通过第二电阻后输出第二检测信号，第二检测信号还通过第四电阻连接电源模块输出的直流供电电源信号；第二电容与第四电阻并联；印制电路板双面铺铜，且每一面的铜皮均连接到交流信号的输入端。

所述的信号放大模块为由运算放大器构成的信号放大模块。

所述的信号处理模块包括信号处理保护二极管、信号处理滤波电容、信号处理开关管上拉电阻、信号处理开关管输入电阻、信号处理输出上拉电阻、信号处理输出下拉电阻和信号处理开关管；信号放大模块输出的信号通过反向连接的信号处理保护二极管后，第一路信号通过信号处理开关管输入电阻连接信号处理开关管的控制端，第二路信号通过信号处理滤波电容接地并进行滤波；信号处理开关管的控制端还通过信号处理开关管上拉电阻连接电源信号；信号处理开关管的动作端一端直接连接电源信号，信号处理开关管的动作端另一端为信号处理模块的输出引脚，信号处理开关管的动作端另一端通过信号处理输出上拉电阻连接电源信号，同时也通过信号处理输出下拉电阻接地。

本实用新型还提供了一种电能表，所述电能表包括了所述的交流电压检测电路。

本实用新型提供的这种交流电压检测电路及其制成的电能表，通过感应式交流检测方式对交流电压进行感应检测，通过精密的电路实现对交流电压的检测，同时通过显示模块进行显示，并对外提供一路信号输出端口用于其他设备的信息获取，因此本实用新型能够安全可靠的对交流电压进行检测，而且检测灵敏度较高。

附图说明

图1为本实用新型的功能模块图。

图2为本实用新型的交流电压信号检测模块的电路原理示意图。

图3为本实用新型的显示模块的电路原理示意图。

图4为本实用新型的信号处理模块的电路原理示意图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的功能模块图：本实用新型提供的这种交流电压检测电路，包括电源模块、交流电压信号检测模块、信号放大模块、信号处理模块和显示模块；电源模块给所述交流电压检测电路供电；交流电压信号检测模块、信号放大模块和信号处理模块依次串接；交流电压信号检测模块用于对交流电压信号进行检测，并将检测信号上传信号放大模块；信号放大模块用于将上传的检测信号放大后输出到信号处理模块；信号处理模块用于将上传的放大后的检测信号进行信号处理，并对外提供一路交流电压检测信号；显示模块与信号放大模块的输出端连接，用于将所述交流电压检测电路的工作状态对外进行显示。

如图2所示为本实用新型的交流电压信号检测模块的电路原理示意图：交流电压信号检测模块包括印制电路板、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C3；第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容均设置在印制电路板上；交流信号的输入端一端(图中的数字2所在的引脚)通过第一电阻后输出第一检测信号，第一检测信号还通过第三电阻连接电源模块输出的直流供电电源信号；第一电容与第三电阻并联；交流信号的输入端另一端(图中的数字11所在的引脚)通过第二电阻后输出第二检测信号，第二检测信号还通过第四电阻连接电源模块输出的直流供电电源信号；第二电容与第四电阻并联；交流输入电压感应信号前端使用大的输入串接电阻R1，R2，通过R3，R4上拉到VCC，从而使得在交流输入端有一个直流偏置电压；印制电路板采用双面FR4的印制电路板，印制电路板双面铺铜，且每一面的铜皮均连接到交流信号的输入端(即信号感应区的入口)。

交流电压检测模块必须与交流电源的输入线平行，中间隔着的间距尽可能小，从而加强交流信号耦合；交流电压检测模块可以设计成外壳凹槽直接和外部的交流电源输入线进行耦合，也可以通过端子排接入电表，在电表内部将交流检测模块靠近内部的电压连接线进行耦合。

由于双面的FR4印制板的两面铺铜，因此印制电路板及两面的敷铜区域相当于一个电容，即感应区相当于一个电容，且印制板的感应区(敷铜区域)面积越大，电容越大；被检测的50HZ交流电源会在周围产生交流变化的磁场，双面印制板等效的电容会感应到微弱的交流电压信号，从而实现对交流电压信号的耦合。

图2中，交流信号的输入端为2和11两个数字所示的引脚，即敷铜区域及印制电路板所形成的电容相当于连接在图中的2和11两个引脚之间，交流电压信号检测模块的输入端即为这个等效电容的两端。

如图3所示为本实用新型的显示模块的电路原理示意图：显示模块包括运算放大器U2A、正相输入第一电阻R13、正相输入第二电阻R14、正相输入电容C4、负相输入第一电阻R16、负相输入第二电阻R17、负相输入第三电阻R18、放大信号输入电阻R15、限流电阻R19和LED指示灯LED1；电源信号通过串接的正相输入第一电阻和正相输入第二电阻连接到运算放大器的正相输入端，正相输入电容与正相输入第一电阻并联；电源信号同时通过负相输入第二电阻和负相输入第三电阻接地，负相输入第一电阻与负相输入第二电阻并联，电源信号通过负相输入第一电阻连接运算放大器的负相输入端；信号放大模块的输出信号通过放大信号输入电阻连接运算放大器的输出端；运算放大器的输出端同时通过限流电阻和LED指示灯连接电源信号；图中的IN信号为信号放大模块输出的放大信号，其为一路频率为50Hz的方波信号；运放U2A作为电压比较器，固定电压用电阻R16，R17，R18做分压，该分压电压接运放的反相端；当检测到交流电压信号时，此时IN信号为一路频率为50Hz的方波信号，该信号通过电阻R19连接LED灯和12V电源：当IN信号为低电平时，此时LED灯点亮，当IN信号为高电平时，此时LED灯熄灭，从而使得检测到有交流电压信号时，此时LED灯以50Hz的频率闪烁；而未检测到有交流电压信号时，此时运放U2A的输出端一直输出为高电平，此时LED灯处于常灭状态。

如图4所示为本实用新型的信号处理模块的电路原理示意图：信号处理模块包括信号处理保护二极管D4、信号处理滤波电容C5、信号处理开关管上拉电阻R21、信号处理开关管输入电阻R20、信号处理输出上拉电阻R7、信号处理输出下拉电阻R10和信号处理开关管Q2；信号放大模块输出的信号通过反向连接的信号处理保护二极管后，第一路信号通过信号处理开关管输入电阻连接信号处理开关管的控制端，第二路信号通过信号处理滤波电容接地并进行滤波；信号处理开关管的控制端还通过信号处理开关管上拉电阻连接电源信号；信号处理开关管的动作端一端直接连接电源信号，信号处理开关管的动作端另一端为信号处理模块的输出引脚，信号处理开关管的动作端另一端通过信号处理输出上拉电阻连接电源信号，同时也通过信号处理输出下拉电阻接地；当检测到交流电压时候，前级别输出驱动LED的方波信号经过二极管D4把MOS管Q2导通，输出IO电平为5V,当没有检测到交流信号时候，D4左端为高电平，MOS管Q2不导通，输出IO的电路电平为2.5V,从上可以看出，检测到交流电时候IO输出电路为5.0V,没有交流信号时候输出电平为2.5V。该电平可以作为外部监控平台的检测IO口，通过IO口电平判断是否有交流电的存在，作为外部监控平台的一个输入信号。

本申请提供的这种交流电压检测电路，可用于其他任何需要进行交流电压检测的电子设备，包括各类型的计量仪表(比如电能表、水表、燃气表、热量表等)、电能管理终端、配电终端、电能质量监控设备、电网自动化终端、采集终端、集中器、数据采集器、计量仪表、手抄器、故障指示器等。