专利名称：电网参数智能传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能电表的电网参数采样领域，特别涉及一种电网参数智能传感器。
背景技术：
智能电表包括电压传感器、电流传感器、模数转换器、数字信号处理器，数据 存储器，按键，显示器，通讯电路，电源电路等。电压传感器用于将被测电压回路的电 压转化为模拟电压信号；电流传感器用于将被测电流回路的电流转化为模拟电压信号； 模数转换器用于将电压传感器输出的模拟电压信号及电流传感器输出的模拟电压信号转 化为数字信号；数字信号处理器用于对模数转换器输出的数字信号进行处理，计算并输 出电网参数，如电压，电流，频率，有功功率，无功功率，视在功率，有功电能量，无 功电能量等，并将电能量数据等参数存于数据存储器，通过按键在显示器上显示相关的 智能电表的参数；通讯电路用于与外部设备进行数据通讯；电源电路用于提供工作电 源。
电流传感器通常安装在智能电表的端子盒上，电流传感器的输出端通过连接导 线与智能电表电路板上的模数转换器输入端相连接。由于电流传感器与电路板上的模数 转换器之间需要较长的信号传输连接导线来传输模拟信号，因而容易引入外部电磁场的 干扰，对智能电表的电网参数的测量误差产生影响。
此外，智能电表的电网参数的测量误差经过校准后，智能电表的电压传感器和 电流传感器不能与其它智能电表的电压传感器和电流传感器进行互换，否则需要对智能 电表的电网参数的测量误差重新进行校准。发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种电网参数智能传感器，减少了 外部电磁场对智能电表的电网参数的测量误差的影响，实现了电压及电流信号的数字化 采样，同时智能电表间的电网参数智能传感器可以进行互换而不需要对智能电表的电网 参数的测量误差重新进行校准。
本发明解决现在技术问题所采用的技术方案是其包括一个用于将输入电压 转化为模拟电压信号的电压传感器、一个用于将输入电流转化为模拟电压信号的电流传 感器、一个用于将电压传感器输出的模拟电压信号转化为数字电压信号以及将电流传感 器输出的模拟电压信号转化为数字电流信号的模数转换器、一个用于对模数转换器输出 的数字电压信号及数字电流信号进行处理并计算和输出电网参数的数字信号处理器，电 压传感器和电流传感器分别经模数转换器连接数字信号处理器，数字信号处理器设有用 于输出电网参数的通讯接口。数字信号处理器计算并输出的电网参数如电压，电流，频 率，电压与电流间的相位差，有功功率，无功功率，视在功率，有功电能量，无功电能量等。
优选地，所述数字信号处理器还设有用于校验电网参数的测量误差的有功电能 量脉冲输出端口或无功电能量脉冲输出端口端口。
优选地，所述电压传感器为电阻分压式电压传感器或电压互感器，所述电流传 感器为分流器或电磁式电流互感器或线圈式电流互感器。
优选地，所述电流传感器包括一个用于将第一路输入电流转化为模拟电压信号 的第一电流传感器和一个用于将第二路输入电流转化为模拟电压信号的第二电流传感 器，第一电流传感器和第二电流传感器分别经模数转换器连接数字信号处理器。模数转 换器将第一电流传感器和第二电流传感器输出的模拟电压信号转化为第一路数字电流信 号和第二路数字电流信号，数字信号处理器比较第一路数字电流信号和第二路数字电流 信号的大小，选择第一路数字电流信号或第二路数字电流信号进行电网参数如电压，电 流，频率，电压与电流间的相位差，有功功率，无功功率，视在功率，有功电能量，无 功电能量等计算，数字信号处理器通过通讯接口输出电网参数。
优选地，所述电压传感器包括一个用于将A相输入电压转化为模拟电压信号的 第一电压传感器、一个用于将B相输入电压转化为模拟电压信号的第二电压传感器和一 个用于将C相输入电压转化为模拟电压信号的第三电压传感器，所述电流传感器包括一 个用于将A相输入电流转化为模拟电压信号的第一电流传感器、一个用于将B相输入 电流转化为模拟电压信号的第二电流传感器和一个用于将C相输入电流转化为模拟电压 信号的第三电流传感器，所述第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第 一电流传感器、第二电流传感器和第三电流传感器分别经模数转换器连接数字信号处理ο
优选地，所述电压传感器包括一个用于将A相输入电压转化为模拟电压信号的 第一电压传感器和一个用于将C相输入电压转化为模拟电压信号的第二电压传感器，所 述电流传感器包括一个用于将A相输入电流转化为模拟电压信号的第一电流传感器和一 个用于将C相输入电流转化为模拟电压信号的第二电流传感器，所述第一电压传感器、 第二电压传感器、第一电流传感器和第二电流传感器分别经模数转换器连接数字信号处 理器。
优选地，所述电网参数智能传感器还包括一个用于存储电网参数的测量误差校 准数据的存储器，存储器与数字信号处理器连接。数字信号处理器读取存储器中的电网 参数的测量误差校准数据用于对电网参数的测量误差进行修正。
优选地，所述电网参数智能传感器还包括一个用于检测环境温度的温度传感 器，温度传感器与数字信号处理器连接。数字信号处理器读取温度传感器的环境温度测 量值用于对电网参数的测量误差进行温度补偿。
优选地，所述电网参数智能传感器还包括一个用于检测前端CT接线状态的CT 短路检测电路，CT短路检测电路的输入端与输入电流连接，CT短路检测电路的输出端 与数字信号处理器连接。数字信号处理器读取CT短路检测电路的输出信号进行CT接 线状态的判断，识别出CT是否发生短路，数字信号处理器通过通讯接口输出电网参数及 CT接线状态。
优选地，所述电网参数智能传感器还包括还包含一个用于使数字信号处理器与 外部通讯设备保持电气隔离的电气隔离电路，电气隔离电路与数字信号处理器连接。外部通讯设备通过电气隔离电路读取电网参数智能传感器的电网参数。
本发明的有益效果是1、通过将电压传感器、电流传感器、模数转换器、数字信号处理器组合在一个电网 参数智能传感器中，缩短了电流传感器与模数转换器之间连接线的长度，减少了外部电 磁场对智能电表的电网参数的测量误差的影响，数字信号处理器通过通讯接口输出电网 参数，如电压，电流，频率，相位差，有功功率，无功功率，视在功率，有功电能量， 无功电能量等，实现了电网参数的数字化采样；2、电网参数智能传感器与智能电表的数字信号处理器之间仍然需要信号传输连接导 线，但由于传输的是数字信号，因此具有抗干扰能力强的特点；此外，智能电表间的电 网参数智能传感器可以进行互换而无需重新校准智能电表的电网参数的测量误差；3、电网参数智能传感器中组合CT短路检测电路后，可以进行CT接线状态检测；4、电网参数智能传感器中组合温度传感器后，可以对工作温度范围内的电网参数的 测量误差进行补偿，从而保证电网参数智能传感器在工作温度范围内的电网参数的测量 精度；5、采用电气隔离电路后，还可以使电网参数智能传感器的内部电路与外部设备通讯 保持电气隔离，外部通讯设备通过电网参数智能传感器的电气隔离电路读取电网参数智 能传感器的电网参数。
图1是本发明实施例1的原理框图。
图2是本发明实施例2的原理框图。
图3是本发明实施例3的原理框图。
图4是本发明实施例4的原理框图。
图5是本发明实施例5的原理框图。
图6是本发明实施例6的原理框图。
图7是本发明实施例7的原理框图。
图8是本发明实施例8的原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1如图1所示，一种电网参数智能传感器，包括一个用于将输入电压转化为模拟电压 信号的电压传感器1、一个用于将输入电流转化为模拟电压信号的电流传感器2、一个用 于将电压传感器1输出的模拟电压信号转化为数字电压信号以及将电流传感器2输出的模 拟电压信号转化为数字电流信号的模数转换器3、一个用于对模数转换器3输出的数字电 压信号及数字电流信号进行处理并计算和输出电网参数的数字信号处理器4，数字信号处 理器4设有用于输出电网参数的通讯接口。
数字信号处理器4计算如电压，电流，频率，电压与电流间的相位差，有功功 率，无功功率，视在功率，有功电能量，无功电能量等电网参数，数字信号处理器4通过通讯接口输出电网参数。
实施例2如图2所示，一种电网参数智能传感器，包括一个用于将输入电压转化为模拟电压 信号的电压传感器1、一个用于将第一路输入电流转化为模拟电压信号的第一电流传感器 21和一个用于将第二路输入电流转化为模拟电压信号的第二电流传感器22，第一电流传 感器21和第二电流传感器22分别经模数转换器3连接数字信号处理器4，数字信号处理 器4设有用于输出电网参数的通讯接口。
模数转换器3将电压传感器1输出的模拟电压信号转化为数字电压信号，将第一 电流传感器21和第二电流传感器22输出的模拟电压信号转化为第一路数字电流信号和第 二路数字电流信号。数字信号处理器4比较输入第一路数字电流信号和第二路数字电流 信号的大小，选择第一路数字电流信号或第二路数字电流信号进行电网参数如电压，电 流，频率，电压与电流间的相位差，有功功率，无功功率，视在功率，有功电能量，无 功电能量等计算，从而防止发生窃电事件，数字信号处理器4通过通讯接口输出电网参 数，同时数字信号处理器4输出有功电能量脉冲信号和无功电能量脉冲信号用于校验电 网参数的测量误差。
实施例3如图3所示，一种电网参数智能传感器，包括一个用于将A相输入电压转化为模拟电 压信号的第一电压传感器1A、一个用于将B相输入电压转化为模拟电压信号的第二电压 传感器1B、一个用于将C相输入电压转化为模拟电压信号的第三电压传感器1C、一个用 于将A相输入电流转化为模拟电压信号的第一电流传感器2A、一个用于将B相输入电流 转化为模拟电压信号的第二电流传感器2B和一个用于将C相输入电流转化为模拟电压信 号的第三电流传感器2C，所述第一电压传感器1A、第二电压传感器1B、第三电压传感 器1C、第一电流传感器2A、第二电流传感器2B和第三电流传感器2C分别经模数转换器 3连接数字信号处理器4，数字信号处理器4设有用于输出电网参数的通讯接口。
模数转换器3将电压传感器1A、电压传感器1B、电压传感器IC输出的模拟电 压信号转化为A相数字电压信号、B相数字电压信号、C相数字电压信号，将电流传感 器2A、电流传感器2B、电流传感器2C输出的模拟电压信号转化为A相数字电流信号、 B相数字电流信号、C相数字电流信号。数字信号处理器4计算并输出电压、电流、频 率、电压与电流间的相位差、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能量、无功电能 量等电网参数，数字信号处理器4通过通讯接口输出电网参数，同时数字信号处理器4输 出有功电能量脉冲信号和无功电能量脉冲信号用于校验电网参数的测量误差。
实施例4如图4所示，一种电网参数智能传感器，包括一个用于将A相输入电压转化为模拟电 压信号的第一电压传感器1A、一个用于将C相输入电压转化为模拟电压信号的第二电压 传感器1C、一个用于将A相输入电流转化为模拟电压信号的第一电流传感器2A、一个用 于将C相输入电流转化为模拟电压信号的第二电流传感器2C，所述第一电压传感器1A、 第二电压传感器1C、第一电流传感器2A和第二电流传感器2C分别经模数转换器3连接 数字信号处理器4，数字信号处理器4设有用于输出电网参数的通讯接口。
模数转换器将第一电压传感器1A、第二电压传感器IC输出的模拟电压信号转化为A相数字电压信号、C相数字电压信号，将第一电流传感器2A、第二电流传感器2C 输出的模拟电压信号转化为A相数字电流信号、C相数字电流信号。数字信号处理器4 计算并输出电压、电流、频率、电压与电流间的相位差、有功功率、无功功率、视在功 率、有功电能量、无功电能量等电网参数，数字信号处理器4通过通讯接口输出电网参 数，同时数字信号处理器4输出有功电能量脉冲信号和无功电能量脉冲信号用于校验电 网参数的测量误差。
实施例5如图5所示，一种电网参数智能传感器，包括一个用于将输入电压转化为模拟电压 信号的电压传感器1、一个用于将输入电流转化为模拟电压信号的电流传感器2、一个用 于将电压传感器1输出的模拟电压信号转化为数字电压信号以及将电流传感器2输出的 模拟电压信号转化为数字电流信号的模数转换器3，电压传感器1和电流传感器2分别经 模数转换器3连接数字信号处理器4，数字信号处理器4设有用于输出电网参数的通讯接 口。数字信号处理器4连接有一个用于存储电网参数的测量误差校准数据的存储器5。
数字信号处理器4计算并输出电压、电流、频率、电压与电流间的相位差、有 功功率、无功功率、视在功率、有功电能量、无功电能量等电网参数，数字信号处理器 4通过通讯接口输出电网参数，同时数字信号处理器4输出有功电能量脉冲信号和无功电 能量脉冲信号用于校验电网参数的测量误差。数字信号处理器4读取存储器5中的电网 参数的测量误差校准数据用于对电网参数的测量误差进行修正。
实施例6如图6所示，一种电网参数智能传感器，包括一个用于将输入电压转化为模拟电压 信号的电压传感器1、一个用于将输入电流转化为模拟电压信号的电流传感器2、一个用 于将电压传感器1输出的模拟电压信号转化为数字电压信号以及将电流传感器2输出的 模拟电压信号转化为数字电流信号的模数转换器3，电压传感器1和电流传感器2分别经 模数转换器3连接数字信号处理器4，数字信号处理器4设有用于输出电网参数的通讯接 口。数字信号处理器4连接有一个用于存储电网参数的测量误差校准数据的存储器5和 一个用于检测环境温度的温度传感器6。
数字信号处理器4计算并输出电压、电流、频率、电压与电流间的相位差、有 功功率、无功功率、视在功率、有功电能量、无功电能量等电网参数，数字信号处理器 4通过通讯接口输出电网参数，同时数字信号处理器4输出有功电能量脉冲信号和无功电 能量脉冲信号用于校验电网参数的测量误差。数字信号处理器4读取存储器5中的电网 参数的测量误差校准数据用于对电网参数的测量误差进行修正。数字信号处理器4读取 温度传感器6的环境温度测量值，用于对电网参数的测量误差进行温度补偿。
实施例7如图7所示，一种电网参数智能传感器，包括一个用于将输入电压转化为模拟电压 信号的电压传感器1、一个用于将输入电流转化为模拟电压信号的电流传感器2、一个用 于将电压传感器1输出的模拟电压信号转化为数字电压信号以及将电流传感器2输出的模 拟电压信号转化为数字电流信号的模数转换器3、一个用于检测前端CT接线状态的CT 短路检测电路7，电压传感器1和电流传感器2分别经模数转换器3连接数字信号处理器 4，CT短路检测电路7的输入端与输入电流相连，CT短路检测电路7的输出端与数字信号处理器4相连，数字信号处理器4设有用于输出电网参数的通讯接口。数字信号处理 器4还连接有一个用于存储电网参数的测量误差校准数据的存储器5和一个用于检测环境 温度的温度传感器6。
数字信号处理器4计算并输出电压、电流、频率、电压与电流间的相位差、有 功功率、无功功率、视在功率、有功电能量、无功电能量等电网参数，数字信号处理器4 通过通讯接口输出电网参数及CT接线状态，同时数字信号处理器4输出有功电能量脉冲 信号和无功电能量脉冲信号用于校验电网参数的测量误差。数字信号处理器4读取存储 器5中的电网参数的测量误差校准数据用于对电网参数的测量误差进行修正。数字信号 处理器4读取温度传感器6的环境温度测量值，用于对电网参数的测量误差进行温度补 偿。数字信号处理器4读取CT短路检测电路7的输出信号并进行CT接线状态的识别， 检测CT接线回路是否发生了短路。
实施例8如图8所示，一种电网参数智能传感器，包括一个用于将输入电压转化为模拟电压 信号的电压传感器1、一个用于将输入电流转化为模拟电压信号的电流传感器2、一个用 于将电压传感器1输出的模拟电压信号转化为数字电压信号以及将电流传感器2输出的模 拟电压信号转化为数字电流信号的模数转换器3、一个用于对模数转换器3输出的数字电 压信号及数字电流信号进行处理并计算和输出电网参数的数字信号处理器4、一个用于使 数字信号处理器4与外部通讯设备保持电气隔离的电气隔离电路8。
数字信号处理器4计算并输出电压、电流、频率、电压与电流间的相位差、有 功功率、无功功率、视在功率、有功电能量、无功电能量等电网参数，数字信号处理器 4通讯接口通过电气隔离电路8与外部通讯设备通信并输出电网参数，同时数字信号处理 器4输出有功电能量脉冲信号和无功电能量脉冲信号用于校验电网参数的测量误差。电 气隔离电路8使数字信号处理器4与外部通讯设备保持电气隔离。
权利要求
1.一种电网参数智能传感器，其特征在于，其包括一个用于将输入电压转化为模 拟电压信号的电压传感器、一个用于将输入电流转化为模拟电压信号的电流传感器、一 个用于将电压传感器输出的模拟电压信号转化为数字电压信号以及将电流传感器输出的 模拟电压信号转化为数字电流信号的模数转换器、一个用于对模数转换器输出的数字电 压信号及数字电流信号进行处理并计算和输出电网参数的数字信号处理器，电压传感器 和电流传感器分别经模数转换器连接数字信号处理器，数字信号处理器设有用于输出电 网参数的通讯接口。
2.根据权利要求1所述电网参数智能传感器，其特征在于所述数字信号处理器 设有用于校验电网参数的测量误差的有功电能量脉冲输出端口或无功电能量脉冲输出端
3.根据权利要求1所述电网参数智能传感器，其特征在于所述电压传感器为电阻 分压式电压传感器或电压互感器，所述电流传感器为分流器或电磁式电流互感器或线圈 式电流互感器。
4.根据权利要求1所述电网参数智能传感器，其特征在于所述电流传感器包括一 个用于将第一路输入电流转化为模拟电压信号的第一电流传感器和一个用于将第二路输 入电流转化为模拟电压信号的第二电流传感器，第一电流传感器和第二电流传感器分别 经模数转换器连接数字信号处理器。
5.根据权利要求1所述电网参数智能传感器，其特征在于所述电压传感器包括一 个用于将A相输入电压转化为模拟电压信号的第一电压传感器、一个用于将B相输入电 压转化为模拟电压信号的第二电压传感器和一个用于将C相输入电压转化为模拟电压信 号的第三电压传感器，所述电流传感器包括一个用于将A相输入电流转化为模拟电压信 号的第一电流传感器、一个用于将B相输入电流转化为模拟电压信号的第二电流传感器 和一个用于将C相输入电流转化为模拟电压信号的第三电流传感器，所述第一电压传感 器、第二电压传感器、第三电压传感器、第一电流传感器、第二电流传感器和第三电流 传感器分别经模数转换器连接数字信号处理器。
6.根据权利要求1所述电网参数智能传感器，其特征在于所述电压传感器包括一 个用于将A相输入电压转化为模拟电压信号的第一电压传感器和一个用于将C相输入电 压转化为模拟电压信号的第二电压传感器，所述电流传感器包括一个用于将A相输入电 流转化为模拟电压信号的第一电流传感器和一个用于将C相输入电流转化为模拟电压信 号的第二电流传感器，所述第一电压传感器、第二电压传感器、第一电流传感器和第二 电流传感器分别经模数转换器连接数字信号处理器。
7.根据权利要求1所述电网参数智能传感器，其特征在于其还包含一个用于存储 电网参数的测量误差校准数据的存储器，存储器与数字信号处理器连接。
8.根据权利要求1所述电网参数智能传感器，其特征在于其还包含一个用于检测 环境温度的温度传感器，温度传感器与数字信号处理器连接。
9.根据权利要求1所述电网参数智能传感器，其特征在于其还包含一个用于检测 前端CT接线状态的CT短路检测电路，CT短路检测电路的输入端与输入电流相连，CT 短路检测电路的输出端与数字信号处理器连接。
10.根据权利要求1所述电网参数智能传感器，其特征在于其还包含一个用于使数字信号处理器与外部通讯设备保持电气隔离的电气隔离电路，电气隔离电路与数字信号处理器连接。
全文摘要
本发明涉及一种电网参数智能传感器，包括电压传感器、电流传感器、模数转换器和数字信号处理器，电压传感器和电流传感器分别经模数转换器连接数字信号处理器，数字信号处理器设有用于输出电网参数的通讯接口。本发明通过将电压传感器、电流传感器、模数转换器、数字信号处理器组合在一个电网参数智能传感器中，缩短了电流传感器与模数转换器之间连接线的长度，减少了外部电磁场对智能电表的电网参数的测量误差的影响，抗干扰能力强，智能电表间的电网参数智能传感器可以进行互换而无需重新校准智能电表的电网参数的测量误差。
文档编号G01R22/10GK102023270SQ20101055295
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者李颖 申请人:李颖