一种基于开启式结构的直流电流测量方法与流程

本发明涉及电流检测技术领域，具体地，涉及一种基于开启式结构的直流电流测量方法。

背景技术：

本发明主要基于直流小电流测量，测量范围为几十ma～几百ma，针对该类直流电流信号的测量普通基于磁调制技术，且多是基于闭环结构，安装维护不方便，且成本高。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种基于开启式结构的直流电流测量方法，本方法能够保证性能不降低的情况下实现测量直流小电流(几十ma～几百ma)信号不断电测量，且方法易于实现。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种基于开启式结构的直流电流测量方法，所述方法包括：

步骤1：搭建直流电流测量装置；

步骤2：将被测直流电流从直流电流测量装置的电流互感器中间穿过；

步骤3：打开装置辅助电源，使用开启直流电流测量装置对被测电流进行测量，将直流电流测量装置中的测试结果通过485发送至上位机；

步骤4：上位机基于测量结果生成测量报告。

进一步的，被测直流电流的大小范围为50ma～900ma。

进一步的，所述直流电流测量装置装置包括：

电源模块、方波振荡器、电流互感器、滤波器、放大器、电压转换模块、求和跟随器、数字转换电路和零点及额定值补偿模块；其中，电源模块用于向方波振荡器和电压转换模块供电，电压转换模块与求和跟随器连接，被测直流电流穿过电流互感器的磁芯，电流互感器的输出端与方波振荡器的输入端连接，方波振荡器的输出端与电流互感器的输入端和放大器输入端均连接，放大器的输出端与求和跟随器的输入端连接，求和跟随器输出的模拟电压信号直接送入数字转换电路，通过内部标定软件实现零点及额定值补偿处理，数字转换电路输出符合额定规格的rs485数字通信信号。

进一步的，方波振荡器对输入被测直流电流信号进行调制，调制后的信号通过滤波器进行解调，滤波后的信号通过放大器进行放大，放大后的信号通过求和跟随器传输至数字转换电路，经过数字处理转换为可实现rs485通信的数字通信信号。

进一步的，电流互感器为开启式电流互感器，开启式电流互感器用于作为具有储能延时作用的元件，被测直流电流信号通过方波振荡器进行调制，具体体现在：当不存在被测直流电流信号时，方波振荡器输出占空比为1:1的标准方波信号；当存在一定幅值的被测直流电流信号时，方波振荡器输出占空比发生变化，且与输入信号大小存在一定线性关系。

进一步的，电流互感器的磁芯采用冲压交错叠压铆合方式加工制成。

进一步的，电流互感器的磁芯材料为坡莫合金。

进一步的，电流互感器的磁芯经过绕线加工后成为磁环组件，磁环组件外部采用坡莫合金进行封装。

进一步的，滤波器为无限增益滤波器，用于实现求取信号的平均值，实现被测直流电流信号的解调；数字转换电路用于对采集的模拟信号进行处理，转换为适合rs485通信的数字信号，基于零点及额定值补偿模块对前端输出的模拟信号进行零点及额定值补偿，使后面得到大小符合要求的信号，并把装置零点及额定值进行标定。

进一步的，求和跟随器实现将解调放大出来的模拟信号抬高一定幅值，用于数字转换电路处理。

本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本方法能够保证产品性能不降低的情况下实现测量直流电流小(几十ma～几百ma)信号不断电测量，且产品安装维护方便。另外，本方法中的装置具有rs485通信功能，可实时将采集信号返回采集系统。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中基于开启式结构的直流电流测量方法的流程示意图；

图2是本申请中开启式数字化直流电流测量装置的原理示意图；

图3是本申请中电源模块电路示意图；

图4是本申请中方波振荡器、滤波器、比例放大、电压转换及求和跟随电路示意图；

图5是本申请中数字处理输出及端口防护电路示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参考图1，本申请实施例提供了一种基于开启式结构的直流电流测量方法，所述方法包括：

步骤1：搭建直流电流测量装置；

步骤2：将被测直流电流从直流电流测量装置的电流互感器中间穿过；

步骤3：打开装置辅助电源，使用开启直流电流测量装置对被测电流进行测量，将直流电流测量装置中的测试结果通过485发送至上位机；

步骤4：上位机基于测量结果生成测量报告。

请参考图2，本申请实施例提供了一种开启式数字化直流电流测量装置，所述装置包括：

电源模块、方波振荡器、电流互感器、滤波器、放大器、电压转换模块、求和跟随器、数字转换电路和零点及额定值补偿模块；其中，电源模块用于向方波振荡器和电压转换模块供电，电压转换模块与求和跟随器连接，被测直流电流穿过电流互感器的磁芯，电流互感器的输出端与方波振荡器的输入端连接，方波振荡器的输出端与电流互感器的输入端和放大器输入端均连接，放大器的输出端与求和跟随器的输入端连接，求和跟随器输出的模拟电压信号直接送入数字转换电路，通过内部标定软件实现零点及额定值补偿处理，数字转换电路输出符合额定规格的rs485数字通信信号。

检测原理见图2，传感器外部供电电源经过适当处理转换为方波振荡器所需的供电电源±vr，通过方波振荡器对输入被测直流电流信号进行调制，再通过无限增益滤波及放大对信号进行解调放大，后经过数字处理，转换为可实现rs485通信的数字通信信号。

振荡电路要能够起振，必须满足相位和幅度的两个基本条件。另外，从电路结构上来说，就是一定要有正反馈和具有蓄能延时作用的元件存在，同时为了使最后得到稳定的振荡幅度，负反馈环节也不能完全没有，正负反馈平衡时振荡幅度就稳定。图2中，开启式电流互感器主要作用就是具有储能延时作用的元件。

被测直流电流信号通过方波振荡器进行调制，具体体现在：当不存在被测直流电流信号时，方波振荡器输出占空比为1:1的标准方波信号；当存在一定幅值的被测直流电流信号时，方波振荡器输出占空比发生变化，且与输入信号大小存在一定线性关系。本传感器正是基于此磁调制原理实现被测直流电流信号的有效检测。特别说明：被测量直流电流信号大小主要与设计的电流互感器相关，超过一定的测量范围都会影响检测精度。另外，为保证调制精度，要求正负电源稳定，且不宜过大。

开启式电流互感器其作为储能元件，互感器电感量l不能过小，因为l越小，通过它的电流增加或递减的速度越快，运放由一次翻转到下次翻转的时间越短，振荡周期也越短，一旦短到小于运放的最小响应时间，运放就会失去响应，不再翻转，于是振荡不起来。从另一方面讲，该电路的振荡过程中需要靠电感储存能量，电感越小，储存的能量越少，少于一定量就不足以使电路起振。

磁芯结构：开启式电流互感器作为信号调制环节，性能调制性能的关键参数在于电感l及饱和磁感应强度br等。其中，电感l只取决于它的线圈匝数以及磁芯磁导率和线圈的尺寸、结构、形状为了保证开启式电流互感器具有闭环的同等性能参数，磁芯设计上采用冲压交错叠压铆合方式进行加工。

磁芯材料选择：磁特性高度均匀和足够高的磁导率是对互感器磁芯的两个最基本最主要的要求，当然，在实际实现时还需要注意磁滞效应和涡流的影响，所以磁芯还要具备足够软的磁特性和足够高的电阻率。在此考虑加工，选择高导磁材料的坡莫合金。

磁环组件屏蔽：磁芯经过一定要求的绕线加工后成为磁环组件。由于被测直流电流信号较小，为减少低频磁场干扰，磁环组件外部采用坡莫合金进行封装，屏蔽层主要作用是屏蔽低频尺寸干扰及定位固定。

无限增益滤波器：无限增益滤波器的主要作用是实现求取信号的平均值，实现被测直流电流信号的解调。因为方波振荡器输出的波形不可能绝对对称，无限增益滤波器的零点也不可能完全为零。为保证解调精度，后端的数字转换电路通过软件设计了相应的零点补偿。

数字转换电路：数字转换电路的主要目的是对采集的模拟信号进行处理，转换为适合rs485通信的数字信号。为保证检测精度，采用软件针对前端输出的模拟信号进行了零点及额定值补偿，使后面得到大小合适的信号，并把传感器零点及额定值进行标定。求和跟随器：求和跟随器的主要作用是实现将解调放大出来的模拟信号抬高一定幅值，用于数字转换电路处理。

装置的具体实现电路图请参考图3-图5所示。

其中，本方法具体如下特点：

1、采用开启式结构设计方法，实现小体积下的直流小电流信号不断电测量；

2、采用冲片交错叠铆方法，保证磁环组件磁性能不降低；

3、采用数字处理方法，通过软件实现失调及灵敏度误差补偿；

4、采用无效信号屏蔽接地的方式，有效降低地及周围磁场干扰。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。