专利名称：具有无源无线传输功能的电流互感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有无源无线传输功能的电流互感器，通过无线发射，将电流互感器的感应电流值传输到接收单元。
背景技术：
目前，电流互感器输出的电流信号是以有线的方式输出，在高电压大电流的情况下连线困难，特别在隔爆电器中，需要对电流进行监测并在过载时实施断电，因此需要解决在不改变原有机械结构的情况下，将电流信号传出的难题。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有的电流互感器的输出方式难以适应无线遥测的不足，提供一种具有无源无线传输功能的电流互感器，无源功能是指发射单元通过电流互感获得能量，无需外部供电。无线传输功能指把电流互感器变换得到的电流信号，通过无线的方式发送出去，在接收单元接收电压信号。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种具有无源无线传输功能的电流互感器，包括一个套装于大电流导线的感应线圈，感应线圈的输出连接一个电流变压器，其特征在于电流变压器的输出连接一块无源无线发射模块，无源无线发射模块由其发射天线发射出信号，一个有源无线接收模块由其接收天线接收信号，有源无线接收模块的输出连接监控中心。
上述的无源无线发射模块的电路结构是一个电源电路的输入端连接电流变压器的输出端，而其输出端经一个压控振荡器V/F电路和一个无线发送电路连接一个发射天线，电源电路亦为压控振荡器V/F电路和无线发送电路提供工作电源。
上述的电流电路的结构是其一个输出端接一个振流二极管的正极，另一端接电容的负极且接地，所述二极管的负极和所述电容的正级与一个稳压管的1脚相接，所述的稳压管的2脚接地，而其3脚输出+5V电压为压控振荡器V/F电路和无线发送电路供电；一个滑动变阻器的1脚和2脚与所述电容的两端相接，而其滑动的3脚输出电压Vi连接压控振荡器V/F电路。
上述的压控振荡器V/F电路的电路结构是以电源电路输出电压Vi作为输入电压连接一个电阻，该电阻与一个电容串联后接地，所述电阻和电容相连的脚引出的脚连接一个压控振荡器V/F芯片的7脚作为该芯片的电压输入信号，芯片的1脚和6脚相接，一个电容和一个电阻并联的一端接所述芯片的1脚，而另一端接地，所述芯片的2脚串联电阻后接地，而4脚接地，5脚接在一个电阻和一个电容之间，该电阻另一端接地，该电容的负极接地，所述芯片的8脚接+5V电源，而3脚经一个电阻作为压控振荡器V/F电路的信号输出，所述芯片采用LM331型芯片。
上述的无线发送电路的电路结构是一个无线数据发射芯片的8脚连接压控振荡器V/F电路的信号输出，一个电容与一个电阻并联，其一端接地，另一端接所述芯片的1脚，并且串联电阻后接+5V电源；三个电容并联后，一端接地并引入所述芯片的3脚，另一端接+5V电源并引入所述芯片的2脚；所述芯片的4脚串联一个晶振后接地；所述芯片的5脚串联一个电阻后接地；所述芯片的6脚和7脚接环形天线；所述芯片采用MICRF102型芯片。
上述的有源无线接收模块的电路结构是一个接收天线的输出经一个无线接收电路连接一个压控振荡器F/V电路；压控振荡器F/V电路的输出连接监控中心，监控中心为无线接收电路和压控振荡器F/V电路提供工作电源。
上述的无线接收电路的电路结构是一块无线数据接收芯片的2脚接天线；所述芯片的1脚接地，3脚接vcc电源，在1脚和3脚之间串联一个电容，4脚串联一个电容后接地，6脚接地，7脚串联一个电容后接地，8脚串联晶振后接地；所述芯片5脚成为无线接收电路的输出，所述芯片采用MLCRF007型芯片。
上述的压控振荡器F/V电路的电路结构是来自无线接收电路的输出线连接一个电阻，该电阻与一个电容相连一端引出接压控振荡器芯片的6脚作为该芯片的输入端，所述芯片的2脚串联电阻后接地，3脚和4脚都接地，一个电阻一端接vcc电源，另一端与电容串联后接地，所述的电阻与所述电容相连一端引出接所述芯片的5脚，一个电阻一端接vcc电源，另一端与一个电阻串联后接地，所述的两个电阻与相连一端引出接所述芯片的7脚，所述芯片的8脚接vcc电源；一个电容与一个电阻并联，一端接地，另一端接所述芯片的1脚，作为有源无线接收模块的输出端连接监控中心；一个3脚插座的1脚接所述芯片的1脚，所述3脚插座的2脚接工作电压vcc，3脚接地(即gnd)。
上述电源电路(5)是通过电流互感器获得能量，稳压生成+5V电源，对电路(6)和电路(7)供电，压控振荡器V/F电路(6)是把小电流感应的电压值转化成一定频率的基带信号，电压与频率的线性关系与压控振荡器芯片的外围电路密切相关，无线发送电路(7)是把一定频率的基带信号经过ASK调制后由天线发射出去，无线接收电路(11)是天线接收到ASK信号后解调出一定频率的基带信号，压控振荡器F/V电路(12)是把一定频率的基带信号转化回相应的电压值，其线性关系是电路A中的反线性关系，且与外围电路的密切相关。
本实用新型的有益效果是电流互感器自身是一个没有电气输出端子的全封闭模块，没有通常传感器引线带来的布线和绝缘问题。电流互感器用几块实用的芯片实现电流信号的无线传输，速率达到每秒1000个脉冲，接收单元可以在距离2米以内灵活设置接收无线信号并还原为电压信号以便与微机接口。本设计所用无线ISM频段无需申请即可使用。
图1是本实用新型的电路结构示意图。
图2是本实用新型的电路原理框图。
具体实施方式
本实用新型的一个优选实施例详述如下参见图1，套装在大电流导线1的感应线圈输出的小电流由电流变压器3变换成电压值，从输入端In1和In2接入无源无线发射模块4，在电源电路5中产生+5V电压和一个输入电压Vi，+5V作为电路6、7的工作电压，电压Vi经由压控振荡器V/F电路6、无线发送电路7通过天线8发射出调制信号，在有源无线接收模块9中，天线接收调制信号后经由无线接收电路11、压控振荡器F/V电路12)，在输出端得到Vout，电路11、12的工作电压由控制中心13提供。
图2是无源无线发射模块4和有源无线接收模块9的电路原理图，各电路模块主体部分由虚线分隔。
无源无线发射模块4中，由电源电路5、压控振荡器V/F电路6、无线发送电路7组成，输入端In1接整流二级管D1正极，输入端In2接电容C1的负极且接地，D1的负极、电容C1的正级与稳压管J1的1脚相接，J1的2脚接地，J1的3脚输出的+5V电压作为电路6、7的供电。滑动变阻器R1的1脚和2脚与电容C1两端相接，R1的3脚作为输入电压Vi接电阻R2，电阻R2与电容C3串联后接地，R2和C3相连的脚引出接压控振荡器V/F芯片J2的7脚作为芯片的电压输入信号，J2的1脚和6脚相接，电容C5和电阻R11并联的一端接J2的1脚，另一端接地，J2的2脚串联电阻R7后接地，J2的4脚接地，J2的5脚接在上拉电阻R9和电容C7之间，电阻R9另一端接地，电容C7的负极接地，J2的8脚接+5V电源，J2的3脚作为一定频率的输出信号Fout，接无线数据发射芯片J4的8脚，电容C2与电阻R4并联，一端接地，另一端串联电阻R12后接+5V电源，R14与R4相接一端引出接无线数据发射芯片J4的1脚，电容C4、电容C9与电容C10并联的一端接地并引入J4的3脚，并联的另一端接+5V并引入J4的2脚，因为无线数据发射芯片J4对电源的稳定性要求较高，J4的4脚串联晶振Y1后接地，J4的5脚串联电阻R13后接地，J4的6脚和7脚接环形天线E1，用于发射ASK的调制信号。
有源无线接收模块9中，由无线接收电路11、压控振荡器F/V电路12组成，无线数据接收芯片J5的2脚接天线E2，接收的信号作为芯片J5的输入，J5的1脚接地，J5的3脚接+5V，在J5的1脚和3脚间串联电容C14，J5的4脚串联电容C11后接地，J5的6脚接地，J5的7脚串联电容C13后接地，J5的8脚串联晶振Y2后接地，电阻R5一端接+5V，另一端与电容C12串联后接J5的5脚dataout，R5与C12相连一端引出接压控振荡器芯片J3的6脚，作为芯片J3的输入端，输入一定频率的基带信号，J3的2脚串联电阻R8后接地，J3的3脚和4脚都接地，电阻R10一端接+5V，另一端与电容C8串联后接地，R10与C8相连一端引出接J3的5脚，电阻R6一端接+5V，另一端与电阻R16串联后接地，R6与R16相连一端引出接J3的7脚，J3的8脚接+5V，电容C6与电阻R14并联，一端接地，另一端接J3的1脚，做为整个模块的输出端，输出一定频率的基带信号对应的电压值Vout，以供监控中心作信号检测，3脚插座J6的1脚接J3的1脚，J6的2脚接工作电压vcc，J6的3脚接地，J6的2脚和3脚是输入端。
本实用新型的具有无源无线传输功能的电流互感器结构较为简单，按说明书附图所示加工制作即可使用，电路中所引用的集成电路的型号分别是J1为7805，J2为LM331，L3为LM331，J4为MICRF102，J5为MICRF007，其它元器件均为通用标准电子元器件。
LM331压控振荡器芯片既可实现V/F又可实现F/V，关键在于外围电路设计不同。V/F和F/V的线性对应关系一致.电压Vin在0到+5V中取值，产生的频率fout范围为1Hz到100Hz。Vin与fout的线性对应关系fout＝Vin·Rs/(2.09RL·Rt·Ct)，本实用新型的设计选定Rs＝12kHz，RL＝100kHz，Rt＝6.81kHz，Ct＝0.01uF，所以电路(B)中的R7＝12kHz，R11＝100kHz，R9＝6.81kHz，C7＝0.01uF，电路(D)中的R8＝12kHz，R14＝100kHz，R10＝6.81kHz，C8＝0.01uF。
MICRF102芯片是Micrel公司的一个单片UHF ASK/OOK快速远距离无线数据发射芯片。它实现了数据输入，无线输出功能。对数据的调制用ASK方式，无线发射的频率范围为300MHz～470MHz，选用此芯片的目的是它完全集成UHF，可自动天线调谐，数据传输速率达到20Kbps，更重要的是芯片采用SOP-8封装，外围设备最简单。本实用新型把基准振荡频率设定在315MHz。所以引脚4外接的晶振Y1的振荡频率为315/32＝9.8437MHz，315MHz频率应采用电感系数44nH的环行天线E1，天线的必要参数可以设定为天线回路长为71.501mm，天线导线宽1.778mm，MICRF102芯片的电源稳定性要求高，所以2脚与3脚间使用C9，C4，C10作为电源旁路。
MICRF007芯片是Micrel公司的一个单片UHF ASK/OOK超外差无线电数据接收芯片，它实现了无线输入，数据输出功能.此芯片也是SOP-8封装，外围设备也很简单。接收振荡频率fTX＝315MHz，确定本机振荡频率fLO＝fTX±(1.064fTX/390)，所以MICRF007芯片的外接晶振Y2的振荡频率为fLO/64.5＝4.8970MHz，电源的稳定性还需外接电路C14作为旁路，引脚4外接电容C11只为增加输入动态范围。
权利要求1.一种具有无源无线传输功能的电流互感器，包括一个套装于大电流导线(1)的感应线圈(2)，感应线圈(2)的输出连接一个电流变压器(3)，其特征在于电流变压器(3)的输出连接一块无源无线发射模块(4)，无源无线发射模块(4)由其发射天线(8)发射出信号，一个有源无线接收模块(9)由其接收天线(10)接收信号，有源无线接收模块(9)的输出连接监控中心(13)。
2.根据权利要求1所述的具有无源无线传输功能的电流互感器，其特征在于无源无线发射模块(4)的电路结构是一个电源电路(5)的输入端连接电流变压器(3)的输出端，而其输出端经一个压控振荡器V/F电路(6)和一个无线发送电路(7)连接一个发射天线(8)，电源电路(5)亦为压控振荡器V/F电路(6)和无线发送电路(7)提供工作电源。
3.根据权利要求2所述的具有无源无线传输功能的电流互感器，其特征在于电流电路(5)的结构是其一个输出端(In1)接一个整流二极管(D1)的正极，另一端(In2)接电容(C1)的负极且接地，所述二极管(D1)的负极和所述电容(C1)的正级与一个稳压管(J1)的1脚相接，所述的稳压管(J1)的2脚接地，而其3脚输出+5V电压为压控振荡器V/F电路(6)和无线发送电路(7)供电；一个滑动变阻器(R1)的1脚和2脚与所述电容(C1)的两端相接，而其滑动的3脚输出电压Vi连接压控振荡器V/F电路(6)。
4.根据权利要求2所述的具有无源无线传输功能的电流互感器，其特征在于压控振荡器V/F电路(6)的电路结构是以电源电路(5)输出电压Vi作为输入电压连接一个电阻(R2)，该电阻(R2)与一个电容(C3)串联后接地，所述电阻(R2)和电容(C3)相连的脚引出的脚连接一个压控振荡器V/F芯片(J2)的7脚作为该芯片的电压输入信号，芯片(J2)的1脚和6脚相接，一个电容(C5)和一个电阻(R11)并联的一端接所述芯片(J2)的1脚，而另一端接地，所述芯片(J2)的2脚串联电阻(R7)后接地，而4脚接地，5脚接在一个电阻(R9)和一个电容(C7)之间，该电阻(R9)另一端接地，该电容(C7)的负极接地，所述芯片(J2)的8脚接+5V电源，而3脚经一个电阻(R3)作为压控振荡器V/F电路(6)的信号输出，所述芯片采用LM331型芯片。
5.根据权利要求2所述的具有无源无线传输功能的电流互感器，其特征在于无线发送电路(7)的电路结构是一个无线数据发射芯片(J4)的8脚连接压控振荡器V/F电路(6)的信号输出，一个电容(C2)与一个电阻(R4)并联，其一端接地，另一端接所述芯片(J4)的1脚，并且串联电阻(R12)后接+5V电源；三个电容(C4、C9、C10)并联后，一端接地并引入所述芯片(J4)的3脚，另一端接+5V电源并引入所述芯片(J4)的2脚；所述芯片(J4)的4脚串联一个晶振(Y1)后接地；所述芯片(J4)的5脚串联一个电阻(R13)后接地；所述芯片(J4)的6脚和7脚接环形天线(E1，即8)；所述芯片采用MICRF102型芯片。
6.根据权利要求1所述的具有无源天线传输功能的电流互感器，其特征在于有源无线接收模块(9)的电路结构是一个接收天线(10)的输出经一个无线接收电路(11)连接一个压控振荡器F/V电路(12)；压控振荡器F/V电路(12)的输出连接监控中心(13)，监控中心(13)为无线接收电路(11)和压控振荡器F/V电路(12)提供工作电源。
7.根据权利要求6所述的具有无源天线传输功能的电流互感器，其特征在于无线接收电路(11)的电路结构是一块无线数据接收芯片(J5)的2脚接天线(E2，即10)；所述芯片(J5)的1脚接地，3脚接vcc电源，在1脚和3脚之间串联一个电容(C14)，4脚串联一个电容(C11)后接地，6脚接地，7脚串联一个电容(C13)后接地，8脚串联晶振(Y2)后接地；所述芯片(J5)5脚成为无线接收电路(11)的输出(dataout)，所述芯片(J5)采用MLCRF007型芯片。
8.根据权利要求6所述的具有无源天线传输功能的电流互感器，其特征在于压控振荡器F/V电路(12)的电路结构是来自无线接收电路(11)的输出线连接一个电阻(R5)，该电阻(R5)与一个电容(C12)相连一端引出接压控振荡器芯片(J3)的6脚作为该芯片(J3)的输入端，所述芯片(J3)的2脚串联电阻(R8)后接地，3脚和4脚都接地，一个电阻(R10)一端接vcc电源，另一端与电容(C8)串联后接地，所述的电阻(R10)与所述电容(C8)相连一端引出接所述芯片(J3)的5脚，一个电阻(R6)一端接vcc电源，另一端与一个电阻(R16)串联后接地，所述的两个电阻(R6)与(R16)相连一端引出接所述芯片(J3)的7脚，所述芯片(J3)的8脚接vcc电源；一个电容(C6)与一个电阻(R14)并联，一端接地，另一端接所述芯片(J3)的1脚，作为有源无线接收模块(9)的输出端连接监控中心(13)；一个3脚插座(J6)的1脚接所述芯片(J3)的1脚，所述3脚插座(J6)的2脚接工作电压vcc，3脚接地(即gnd)。
专利摘要本实用新型涉及一种具有无源无线传输功能的电流互感器，通过无线发射，将电流互感器的感应电流值传输到接收单元。它包括一个套装于大电流导线的感应线圈，感应线圈的输出连接一个电流变压器，其特征在于电流变压器的输出连接一块无源无线发射模块，无源无线发射模块由其发射天线发射出信号，一个有源无线接收模块由其接收天线接收信号，有源无线接收模块的输出连接监控中心。本实用新型无需外部供电，而在接受单元接收电压信号，无线传输速率达每秒1000个脉冲，接收单元可以在距离2米以内灵活设置接收无线信号并还原为电压信号，而可与微机接口。
文档编号G01R15/00GK2754194SQ20042011422
公开日2006年1月25日 申请日期2004年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者郑国莘, 胡文 申请人:上海大学