一种多功能数字直流漏电流传感器的制作方法

1.本发明涉及电流传感器技术领域，具体涉及一种多功能数字直流漏电流传感器。


背景技术：

2.变电站直流电源系统中，当直流支路绝缘性能降低、交流窜入时，由于传统漏电流传感器存在检测精度不高、零位飘移等问题，导致不能及时准确地排查和排除故障支路，使得一些重要负荷开关误动、拒动的现象时有发生，造成了严重的变电站电力事故。传统漏电流传感器具有以下几种特点：传感器一般采用直流
±
12v双电源供电，供电网络较复杂；传感器输出多为直流
±
5v电压信号或4～20ma电流信号，后级处理电路比较复杂，且影响测量精度，一般为1级；传感器存在零漂现象，需要手工调零；一般不具有检测交流窜入的功能。
3.如中国专利cn202522611u，公开日2012年11月7日，一种直流漏电流传感器，包括环形外壳、置于所述外壳内且可供外部需检测的线路穿过的磁环、缠绕于所述磁环上的线圈以及可接受所述线圈传递的信号且可电性连接于外部控制中心的检测电路板，所述检测电路板通过活动插设方式电性连接于所述线圈。其通过活动插设的方式电性连接在线圈上，当检测电路板出现故障时，操作人员可以直接将检测电路板从线圈上拆卸下来进行维修，当维修好以后，直接重新安装上去。这种直流漏电流传感器存在检测精度不高、调零不方便、无法检测交流窜入等问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：目前的直流漏电流传感器存在检测精度不高、无法检测交流窜入的技术问题。提出了一种能够提高检测精度、具有检测交流窜入功能的多功能数字直流漏电流传感器。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种多功能数字直流漏电流传感器，包括智能监测模块和通讯模块，所述智能监测模块与所述通讯模块连接，所述智能监测模块包括调制电路、磁芯组件、检测电路和控制单元，智能监测模块的监测过程包括：所述调制电路对所述磁芯组件进行调制产生方波信号，方波信号经过检测电路处理后传输给控制单元，控制单元根据接收的数据进行分析识别。
6.一种多功能数字直流漏电流传感器，包括智能监测模块和通讯模块，通过调制电路对磁芯组件进行调制以产生方波信号，检测电路对其加工后送入控制单元(mcu)，控制单元(mcu)可通过智能算法识别出当前漏电流的大小、方向以及是否有交流窜入，通过通讯模块实现与外界的数据交互功能。
7.作为优选，所述调制电路与所述磁芯组件组成信号调制检测电路，所述信号调制检测电路包括运放跟随电路和磁芯组件调制电路，所述信号调制检测电路包括电阻r1、电阻r2和运放u1a，电阻r1的一端接5v电压，电阻r1的另一端分别与电阻r2的一端和运放u1a的同相输入端连接，电阻r2的另一端接地，运放u1a的反相输入端与运放u1a的输出端连接，运放u1a的输出端接2.5v电压。
8.电阻r1、r2和运放u1a组成一个运放跟随电路，提供一个稳定的模拟2.5v参考基准。电阻r3、r4、r5、r6、r7和运放u1b组成对磁芯组件的调制电路，产生一个低频方波激励信号。运放u1a的正电源端接稳定的模拟5v电压，运放u1a的负电源端与模拟接地端连接。
9.作为优选，所述磁芯组件调制电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7和运放u1b，电阻r3的一端与运放u1a的输出端连接，电阻r3的另一端分别与运放u1b的同相输入端和电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端分别与电阻r6的一端和电阻r7的一端连接，电阻r6的另一端与运放u1b的输出端连接，电阻r7的另一端与磁芯组件的一端连接，电阻r4的一端与运放u1a的输出端连接，电阻r4的另一端分别与运放u1b的反相输入端和磁芯组件的另一端连接。
10.同样，运放u1b的正电源端接稳定的模拟5v电压，运放u1b的负电源端与模拟接地端连接。
11.作为优选，信号调制检测电路的直流漏电流检测过程包括：当磁芯组件中有直流偏磁时，磁芯组件获得相应的感应电动势，信号调制检测电路的输出端占空比发生变化，利用占空比的变化情况进行直流漏电流检测。
12.当磁芯组件中有直流偏磁时，磁芯组件会获得一个感应电动势，信号调制检测电路信号输出端占空比将会发生变化，且占空比变化的大小和直流偏磁输入信号的幅值成正比，这样以达到检测直流漏电流的目的。
13.作为优选，信号调制检测电路的交流窜入检测过程包括：当有交流窜入时，磁芯组件产生相应的感应电动势，方波的频率产生变化，通过方波的频率变化情况进行交流窜入检测。
14.当有交流窜入时，磁芯组件将会产生感应电动势，导致方波的频率产生变化，通过对方波频率变化的检测，以达到检测交流窜入的目的。
15.作为优选，所述智能监测模块还包括温度检测单元，温度检测单元将采集的温度信息传输给控制单元，控制单元根据温度信息对测量数据进行修正。
16.控制单元(mcu)通过读取温度检测单元的温度信息，实时对传感器的测量数据进行修正，以达到宽温度范围且保持高精度的目的。
17.作为优选，所述通讯模块包括rs485通讯单元，所述rs485通讯单元与所述控制单元连接。
18.控制单元(mcu)通过rs485通讯接口接受外界校零指令，实现自动校零。
19.作为优选，所述通讯模块还包括保护电路，所述保护电路与所述rs485通讯单元连接。
20.通讯单元包括保护电路和rs485通讯模块，实现和外界数据交互的目的。当检测到系统漏电时触发保护电路，同时能够通过rs485通讯单元上传故障情况。
21.作为优选，所述磁芯组件采用坡莫合金磁芯。坡莫合金磁芯具有初始磁导率高、剩磁和矫顽力低的优点。
22.本发明的实质性效果是：本发明包括智能监测模块和通讯模块，通过调制电路对磁芯组件进行调制以产生方波信号，检测电路对其加工后送入控制单元，控制单元可识别出当前漏电流的大小、方向以及是否有交流窜入，通过通讯模块实现与外界的数据交互功能，且控制单元通过读取温度检测单元的温度信息，实时对传感器的测量数据进行修正，以
达到宽温度范围且保持高精度的目的。
附图说明
23.图1为本实施例的组成示意图；图2为本实施例信号调制检测电路的电路示意图。
24.其中：1、智能监测模块，2、通讯模块，3、调制电路，4、磁芯组件，5、检测电路，6、控制单元，7、温度检测单元，8、rs485通讯单元，9、保护电路。
具体实施方式
25.下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
26.一种多功能数字直流漏电流传感器，如图1所示，包括智能监测模块1和通讯模块2，智能监测模块1与通讯模块2连接，智能监测模块1包括调制电路3、磁芯组件4、检测电路5和控制单元6，磁芯组件4采用坡莫合金磁芯。坡莫合金磁芯具有初始磁导率高、剩磁和矫顽力低的优点。智能监测模块1的监测过程包括：调制电路3对磁芯组件4进行调制产生方波信号，方波信号经过检测电路5处理后传输给控制单元6，控制单元6根据接收的数据进行分析识别。智能监测模块1还包括温度检测单元7，温度检测单元7将采集的温度信息传输给控制单元6，控制单元6根据温度信息对测量数据进行修正。控制单元6(mcu)通过读取温度检测单元7的温度信息，实时对传感器的测量数据进行修正，以达到宽温度范围且保持高精度的目的。
27.通讯模块2包括rs485通讯单元8，rs485通讯单元8与控制单元6连接。控制单元6(mcu)通过rs485通讯接口接受外界校零指令，实现自动校零。通讯模块2还包括保护电路9，保护电路9与rs485通讯单元8连接。通讯单元包括保护电路9和rs485通讯模块2，实现和外界数据交互的目的。当检测到系统漏电时触发保护电路9，同时能够通过rs485通讯单元8上传故障情况。
28.调制电路3与磁芯组件4组成信号调制检测电路5，如图2所示，其中sensor_in-和sensor_in+为磁芯组件4的输出信号，作为检测电路5的输入信号，signal_out为调制检测电路5的输出信号。信号调制检测电路5包括运放跟随电路和磁芯组件调制电路，信号调制检测电路5包括电阻r1、电阻r2和运放u1a，电阻r1的一端接5v电压，电阻r1的另一端分别与电阻r2的一端和运放u1a的同相输入端连接，电阻r2的另一端接地，运放u1a的反相输入端与运放u1a的输出端连接，运放u1a的输出端接2.5v电压。电阻r1、r2和运放u1a组成一个运放跟随电路，提供一个稳定的模拟2.5v参考基准。电阻r3、r4、r5、r6、r7和运放u1b组成对磁芯组件4的调制电路3，产生一个低频方波激励信号。运放u1a的正电源端接稳定的模拟5v电压，运放u1a的负电源端与模拟接地端连接。
29.磁芯组件调制电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7和运放u1b，电阻r3的一端与运放u1a的输出端连接，电阻r3的另一端分别与运放u1b的同相输入端和电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端分别与电阻r6的一端和电阻r7的一端连接，电阻r6的另一端与运放u1b的输出端连接，电阻r7的另一端与磁芯组件4的一端连接，电阻r4的一端与运放u1a的输出端连接，电阻r4的另一端分别与运放u1b的反相输入端和磁芯组件4的另一端连接。运放u1b的正电源端接稳定的模拟5v电压，运放u1b的负电源端与模拟接地端连接。
30.信号调制检测电路5的直流漏电流检测过程包括：当磁芯组件4中有直流偏磁时，磁芯组件4获得相应的感应电动势，信号调制检测电路5的输出端占空比发生变化，利用占空比的变化情况进行直流漏电流检测。当磁芯组件4中有直流偏磁时，磁芯组件4会获得一个感应电动势，信号调制检测电路5信号输出端占空比将会发生变化，且占空比变化的大小和直流偏磁输入信号的幅值成正比，这样以达到检测直流漏电流的目的。信号调制检测电路5的交流窜入检测过程包括：当有交流窜入时，磁芯组件4产生相应的感应电动势，方波的频率产生变化，通过方波的频率变化情况进行交流窜入检测。当有交流窜入时，磁芯组件4将会产生感应电动势，导致方波的频率产生变化，通过对方波频率变化的检测，以达到检测交流窜入的目的。
31.本实施例具有以下几个优点：1、单电源直流供电，供电网络简单；2、通讯方式输出，方便后级接收信号，且不损失精度；3、检测范围宽(0～
±
100ma)，且检测精度能达到0.5级；4、软件自动校零，无需人工参与；5、具有检测交流窜入的功能；6、具有自动温度补偿，环境适应强；7、非接触式测量，安装方便，且价格低廉。
32.本实施例包括智能监测模块1和通讯模块2，通过调制电路3对磁芯组件4进行调制以产生方波信号，检测电路5对其加工后送入控制单元6，控制单元6可通过智能算法识别出当前漏电流的大小、方向以及是否有交流窜入，通过通讯模块2实现与外界的数据交互功能。具有灵敏度高、检测准确和成本低廉等特点。满足现代智慧变电站对直流漏电流传感器准确测量、数字化智能化的要求。
33.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。