一种基于耦合的非接触式电阻和电感检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及电力技术领域，特别是涉及一种基于耦合的非接触式电阻和电感检测装置。


背景技术：

2.当前，针对电缆铠装和电缆接头与铠装的接触电阻和电感的测量分为接触式测量和非接触式测量，但是有一些场合不适用常规的接触式测量，例如在电缆带电的情况下，从安全考虑就无法通过接触的方式来完成测量；且现有技术中非接触式的测量方式无法避开电缆铠装感应电流的干扰。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的无法在电缆带电时检测回路的电阻和电感，从而提供一种基于耦合的非接触式电阻和电感检测装置。
4.为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
5.一种基于耦合的非接触式电阻和电感检测装置，包括：控制器、驱动电路、开关电路、主谐振电路、耦合谐振电路及信号检测电路；
6.所述驱动电路与所述控制器连接，用于将所述控制器产生的驱动信号进行放大并输出；
7.所述开关电路与所述驱动电路连接，用于根据放大后的驱动信号输出方波信号；
8.所述主谐振电路与所述开关电路连接，用于将输出的方波信号转变成一个高频激励信号；
9.所述耦合谐振电路与所述主谐振电路连接，用于将所述主谐振电路产生的高频激励信号转变为与所述耦合谐振电路的电阻和电感相对应的阻尼衰减信号，并回传给所述主谐振电路；
10.所述信号检测电路与所述主谐振电路连接，用于在所述驱动电路停止工作时，所述信号检测电路采集所述主谐振电路收到的阻尼衰减信号，并进行调整输出为检测电压信号；
11.所述控制器与所述信号检测电路连接，用于根据输出的检测电压信号，分析计算电缆铠装待测回路的电阻和电感。
12.优选地，还包括待测阻抗，
13.所述待测阻抗与所述耦合谐振电路连接。
14.优选地，所述开关电路包括升压电路和全桥逆变电路，
15.所述控制器、所述升压电路及所述全桥逆变电路构成连接回路；且所述主谐振电路与所述全桥逆变电路连接。
16.优选地，所述信号检测电路包括ad采样电路和运放电路，
17.所述运放电路与所述主谐振电路连接，用于对所述主谐振电路收到的阻尼衰减信
号进行放大处理并生成检测电压信号；
18.所述ad采样电路与所述运放电路连接，用于采集检测电压信号；
19.所述控制器与所述ad采样电路连接，用于提取检测电压信号的周期并进行连续采样，同时根据连续三个周期的波峰点作为采样点计算电缆铠装待测回路的电阻与电感。
20.优选地，所述控制器包括计算模块和信号处理模块，
21.所述信号处理模块用于处理并提取检测电压信号的周期及采样点电压值，
22.所述计算模块用于根据检测电压信号的周期及采样点电压值计算电缆铠装待测回路的电阻和电感。
23.优选地，所述主谐振电路为串联式谐振电路。
24.优选地，所述耦合谐振电路为串联式谐振电路或并联式谐振电路。
25.优选地，所述运放电路与所述主谐振电路之间还连接有电阻分压电路。
26.优选地，所述主谐振电路与所述耦合谐振电路之间具有隔离区。
27.相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
28.上述技术方案中所提供的一种基于耦合的非接触式电阻和电感检测装置；
29.1.通过驱动电路、开关电路及主谐振电路产生一个高频激励信号，在解决带电检测的同时，避开了电缆铠装感应电流的干扰，使的检测的结果更为精确；
30.2.设置隔离区，起到了隔离耐压的作用，有效的保护了设备及人身安全。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本实用新型的一种实施方式中提供的基于耦合的非接触式电阻和电感检测装置的结构示意图。
33.图2为图1所示的原理图。
34.图3为升压电路原理图。
35.图4为检测信号电压信号周期图。
36.附图标记说明：
37.1、控制器；2、驱动电路；3、开关电路；31、升压电路；32、全桥逆变电路；4、主谐振电路；5、耦合谐振电路；6、信号检测电路；61、ad采样电路；62、运放电路；63、电阻分压电路；7、待测阻抗；8、隔离区。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖
直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.本实用新型实施例提供了一种基于耦合的非接触式电阻和电感检测装置，如图1至图2所示的，包括控制器1、驱动电路2、开关电路3、主谐振电路4、耦合谐振电路5及信号检测电路6；其中驱动电路2与控制器1连接，用于将控制器1产生的驱动信号进行放大并输出；开关电路3与驱动电路2连接，用于根据放大后的驱动信号输出方波信号；主谐振电路4与开关电路3连接，用于将输出的方波信号转变成一个高频激励信号；且耦合谐振电路5与主谐振电路4 连接，用于将主谐振电路4产生的高频激励信号转变为与耦合谐振电路5的电感和电阻相对应的阻尼衰减信号，并回传给主谐振电路4；信号检测电路6与主谐振电路4连接，用于在驱动电路2停止工作时，信号采集电路采集主谐振电路4接收到的阻尼衰减信号，并进行调整输出为检测电压信号；进一步的，控制器1与信号检测电路6连接，用于根据输出的检测电压信号分析计算电缆铠装待测回路的电阻和电感。
42.具体的，基于耦合的非接触式电阻和电感检测装置还包括待测阻抗7；待测阻抗7是电缆系统中的重要组成部分，包括电缆金属套、附件铜壳或尾管、中间接头过桥线、接地线以及各部分之间的压接及紧固件；此外，当任一处连接不良，均会引起接地回路电阻变大；如：电缆金属套与铜编织线焊接不良，使连接电阻增加0.1ω，在10ka短路电流作用下，该处瞬间发热功率增加10mw，局部发热并灼伤电缆主绝缘，引起电缆在接头或尾管附近击穿，如电阻进一步加大，会限制短路电流，延长跳闸时间，引起火灾。
43.具体的，开关电路3包括升压电路31和全桥逆变电路32，控制器1、升压电路31及全桥逆变电路32构成连接回路，用于增强方波信号强度；且主谐振电路4与全桥逆变电路32连接，用于将输出的方波信号转变为高频激励信号；如图3所示的，在本实施例中，升压电路31采用boost升压原理，实现dc/dc 升压。
44.具体的，信号检测电路6包括ad采样电路61和运放电路62；其中运放电路62与主谐振电路4连接，用于对主谐振电路4收到的阻尼衰减信号进行放大处理，并生成检测电压信号；在本实施例中，优选地运放电路62为型号opa2350 的运放芯片，其带宽为38mhz，转换速率：22v/us；进一步的，ad采样电路61 与运放电路62连接，用于采集运放电路62生成的检测电压信号；在本实施例中，优选型号为ad9220、频率为10mhz的ad采样模块，其采样精度高，且便于提高计算精度。
45.具体的，控制器1与ad采样电路61连接，用于提取检测电压信号的周期，并对检测信号电压进行连续采样；如图4所示的，u1、u2、u3分别为检测电压信号的周期及三个采样点对应的电压值，同时根据连续三个检测电压信号的周期的波峰点作为采样点计算检测电压信号的阻尼系数。
46.具体的，控制器1包括计算模块和信号处理模块，信号处理模块用于处理并提取检测电压信号的周期及采样点电压值，计算模块用于根据检测电压信号的周期及采样点电压值计算检测电压信号的阻尼系数；优选地，在本实施例中控制器1为型号stm32f407zgt6，其频率高达168mhz，且满足算法移植。
47.当信号处理模块处理并提取检测电压信号的周期及三个采样点的电压值后，计算模块根据以下公式，计算检测电压信号的阻尼系数；
48.a＝1/tln(u1-u2/u2-u3)；
49.其中：u1、u2、u3分别为三个采样点对应的电压值；
50.而u1、u2、u3对应的时刻分别为t1、t2、t3,
51.且t2＝t1+t，t3＝t2+t，t为周期，a为阻尼系数。
52.进一步的，依据检测电压信号的阻尼系数通过以下公式求解耦合谐振电路5 的电阻值和电感值；具体的，耦合谐振电路5为串联式谐振电路或并联式谐振电路，
53.当耦合谐振电路5采用串联式谐振电路，
54.则：a＝r/2l；
55.f0＝1/2π√lc；
56.c为已知，可以算出r及l；
57.其中，a为阻尼系数，r为回路电阻，l回路电感；
58.当耦合谐振电路5采用并联式谐振电路，
59.则：a＝1/2rc；
60.f0＝1/2π√lc；
61.c为已知，可以算出r及l；
62.其中，a为阻尼系数，r为回路电阻，c为回路电容；
63.进一步的，依据检测电压信号待测回路的阻尼系数通过以下公式求解耦合谐振电路5的待测回路的电阻值和电感值；
64.具体的，耦合谐振电路5为串联式谐振电路或并联式谐振电路，
65.当耦合谐振电路5采用串联式谐振电路，
66.则：a1＝r1/2l1；
67.f1＝1/2π√l1c；
68.c为已知，可以算出r1及l1；
69.其中，a1为待测回路阻尼系数，r1为待测回路电阻，l1待测回路电感；
70.当耦合谐振电路5采用并联式谐振电路，
71.则：a1＝1/2r1c；
72.f1＝1/2π√l1c；
73.c为已知，可以算出r1及l1；
74.其中，a1为待测回路阻尼系数，r1为待测回路电阻，c为待测回路电容；
75.进一步的，依据耦合谐振电路5的电阻值和电感值和耦合谐振电路5的待测回路的电阻值和电感值可求出电缆铠装回路电阻和电感值；
76.即：δr＝r
1-r；
77.δl＝l
1-l
78.其中，δr为铠装回路电阻，δl为铠装回路电感；
79.具体的，在运放电路62与所述主谐振电路4之间还连接有电阻分压电路63，用于保护电路，防止电压过度增高。
80.具体的，主谐振电路4与耦合谐振电路5之间具有隔离区8，隔离区8为预设定的安全距离，且隔离区8可起到隔离耐压的作用，用以保护设备间的安全和维修人员的安全。
81.实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。