一种电流测量装置的自动量程切换系统及方法与流程

本发明涉及电测量领域，并且更具体地，涉及一种电流测量装置的自动量程切换系统及方法。

背景技术：

伴随着我国特高压输电工程的蓬勃开展，输电线路周边的电磁环境问题日益引起人们重视。输电线路由于每极线路上的电压恒定，因此由导线至大地之间的电场分布不随时间变化，导线表面因电晕产生的空间电荷在电场线的作用下由导线表面向地面方向运动，形成离子电流。

对于特高压线路下产生的离子流进行测量，既要保证信号的测量精度又要兼顾信号的测量范围，在技术上有一定的难度。

传统的测量方法大多采用手动机械式按钮来进行量程切换以及有线式信号传输。

手动切换会造成大量程与小量程测量精度不能同时兼顾、无法实现自动精确测量；而且手动切换既有盲目性又不准确，而且还要频繁地切换量程开关，时间一久，容易造成切换开关的机械故障。

有线式信号传输首先带来的是接线问题，一旦有多台测量设备，那么当进行信号存储、需要与计算机进行连接时，就要频繁的进行插拔接头，造成接头的磨损；其次当测量现场比较危险，比如特高压直流输电环境，就不适合测试人员近距离接触，这时的办法就是加长信号传输线的长度，增加了成本，而且会造成信号的失真。

而目前的其他自动量程切换的方法，它们的共同特点在于量程切换主要通过电路实现，例如利用硬件设备中的比较电路对量程进行切换，比如通过控制器切换放大电路的反馈电阻，这样做虽然实现了量程的自动切换，但是硬件成本比较高。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的设计利用两个不同转换程度的量程转换电路，将同一个待测电流进行基于量程的不同转换，并利用上位机软件进行自动判断和切换，实现自动切换测量，且保证了各量程的精度等级一致以及测量成本的节省。同时，利用无线传输方式为现场的测量避免了繁琐的接线与接头的磨损。

根据本发明的一个方面，提供了一种电流测量装置的自动量程切换系统，包括：

电流测量装置，用于将输入的待测电流转换为电压；

第一量程转换电路和第二量程转换电路，用于将所述电压转换为无线传输模块子节点可接收范围内的第一模拟电压和第二模拟电压；

无线传输模块子节点，用于将第一模拟电压和第二模拟电压转换为第一数字量和第二数字量，并将所述第一数字量和第二数字量发送给无线传输模块主节点；

无线传输模块主节点，用于将所述第一数字量和第二数字量发送给上位机软件；以及

上位机软件，用于进行量程的自动切换，输出并显示所述自动切换的结果；

其中，所述量程的自动切换为：上位机软件判断第一数字量的值是否在第一阈值范围内，若是，则将第一数字量的值转换为输出电流值；否则将第二数字量的值转换为输出电流值。

优选地，所述第一阈值的范围为0至1024。

优选地，所述第一量程转换电路的电压量程小于第二量程转换电路的电压量程。

优选地，所述第一量程转换电路和第二量程转换电路的输出端分别连接至无线传输模块子节点的两个A/D输入端。

优选地，所述无线传输模块子节点通过天线与无线传输模块主节点进行无线通讯。

优选地，所述无线传输模块主节点通过USB接口与上位机软件连接并进行通讯。

优选地，所述无线传输模块主节点能够同时与多个无线传输模块子节点通信。

根据本发明的另一方面，提供一种电流测量装置的自动量程切换方法，包括：

电流测量装置接入待测电流并将待测电流转换为电压；

电流测量装置将所述电压通过第一量程转换电路和第二量程转换电路转换为第一模拟电压和第二模拟电压；

无线传输模块子节点将第一模拟电压和第二模拟电压转换为第一数字量和第二数字量，并发送给无线传输模块主节点；

无线传输模块主节点将第一数字量和第二数字量发送给上位机软件；以及

上位机软件进行量程的自动切换，并将所述自动切换的结果进行输出和显示。

优选地，所述量程的自动切换方法为：

判断第一数字量的值是否在第一阈值范围内；若是，则将第一数字量的值进行转换为输出电流值；否则将第二数字量的值转换为输出电流值。

优选地，所述第一阈值的范围为0至1024。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施例的电流测量装置的自动量程切换系统的系统结构图；

图2为根据本发明优选实施例的电流测量装置的自动量程切换方法的方法流程图；以及

图3为根据本发明优选实施例的量程的自动切换方法的方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施例的电流测量装置的自动量程切换系统的系统结构图。如图1所示，所述自动量程切换系统由电流测量装置1、无线传输模块子节点2、无线传输模块主节点3以及上位机软件4组成。在进行自动量程切换时，将待测电流输入到电流测量装置1中，电流测量装置1将输入的待测电流转换为电压，并将得到的电压通过第一量程转换电路得到第一模拟电压A1，同时，将得到的电压通过第二量程转换电路得到第二模拟电压A2，并将第一模拟电压A1和第二模拟电压A2发送至无线传输模块子节点2，无线传输模块子节点2将接收到的两路模拟电压转换成相应的数字量发送给无线传输模块主节点3，无线传输模块主节点3将接收到的两路数字量上传至上位机软件4进行量程的自动转换并显示输出。

所述电流测量装置1将输入的待测电流转换为对应的电压进行输出，优选地，特高压输电线下的离子流范围在±100nA之间，经过I-V转换后输出电压在±3V之间。

优选地，本发明中所述的无线传输模块子节点2和无线传输模块主节点3应用的无线传输协议为紫蜂ZigBee协议，在实际应用中，所述无线传输模块子节点2和无线传输模块主节点3应用的无线协议也可以为其他能实现本发明功能的无线传输协议。

由于量程自动切换的大小分界点为±0.5V，且本发明中应用的Zigbee模块子节点要求的模拟电压的输入范围是0～3V，故将经过I-V转换后的电压接入到±0.5V转0～3V的第一量程转换电路，转换后的第一模拟电压为A1，同时将经过I-V转换后的电压接入到±3V转0～3V的第二量程转换电路，转换后的第二模拟电压为A2，并将第一量程转换电路和第二量程转换电路的输出分别接入到无线传输模块子节点的AD输入端。

优选地，所述无线传输模块子节点安装在电流测量装置1上，并通过插拔进行更换，且每个无线传输模块子节点上均有10位的A/D采样模块，在本发明中第一量程转换电路和第二量程转换电路的输出分别接入到无线传输模块子节点的AD1输入端和AD2输入端，所述输入端分别连接相应的采样模块，所述采样模块对所述两路模拟电压进行A/D转换，将两路模拟电压值转换为相应的两路数字量，且所述两路数字量的范围均在0至1024之间。其中第一模拟电压为A1转换为第一数字量D1，第二模拟电压A2转换为第二数字量D2。

优选地，无线传输模块子节点带有天线，并且通过无线通讯的方式将转换后得到的第一数字量D1和第二数字量D2发送至无线传输模块主节点。

优选地，所述无线传输模块主节点通过天线接收无线传输模块子节点发送的第一数字量D1和第二数字量D2，并通过USB接口与上位机软件4进行连接和通讯。应当了解的是，当存在多个电流测量装置时，每个电流测量装置上均有一个无线传输模块子节点，无线传输模块主节点可以识别在一定范围内的多个无线传输模块子节点，以达到上位机软件与多个测量终端进行通讯的目的。

优选地，所述上位机软件4用于接收无线传输模块主节点发送的第一数字量D1和第二数字量D2，并通过量程的自动切换将所需的数字量转换为输出电流进行输出并在显示界面进行实时显示。

图2为根据本发明优选实施例的电流测量装置的自动量程切换方法的方法流程图。如图2所示，电流测量装置的自动量程切换方法200从步骤201开始。在步骤201中，对所述电流测量装置进行校准操作，以保证电流测量装置可以进行精准的I-V转换。

优选地，在步骤202中，将待测电流接入到电流测量装置中，并进行I-V转换并输出转换后的电压。

优选地，在步骤203中，将经过I-V转换后得到的电压分别输入到第一量程转换电路和第二量程转换电路中，得到第一模拟电压为A1和第二模拟电压为A2并发送至无线传输模块子节点。

优选地，在步骤204中，无线传输模块子节点将接收到的第一模拟电压为A1和第二模拟电压为A2转换为第一数字量D1和第二数字量D2，并通过无线通讯的方式发送给无线传输模块主节点。

优选地，在步骤205中，无线传输模块主节点将第一数字量D1和第二数字量D2通过USB接口发送给上位机软件，上位机软件通过量程的自动切换对接受到的两路数字量进行判断并选择其中一路数字量进行转换，并将转换后的输出电流进行输出和显示。

图3为根据本发明优选实施例的量程的自动切换方法的方法流程图。如图3所示，量程的自动切换方法300从步骤301开始。优选地，在步骤301中，判断第一数字量的值是否在第一阈值范围内，当所述第一数字量的值在第一阈值范围内时，执行步骤302，否则执行步骤303。其中所述第一阈值的范围为0-1024。

优选地，在步骤302中，当所述第一数字量的值在第一阈值范围内时，将第一数字量的值进行转换为输出电流值进行输出。

优选地，在步骤303中，当所述第一数字量的值不在第一阈值范围内时，将第二数字量的值进行转换为输出电流值进行输出。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。