CN111965407A - 二次回路安全测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二次回路安全测量设备，包括依次连接的采集模块、计算模块和显控模块；所述采集模块包括电压采集模块、电流采集模块、采集芯片和测频电路；所述采集芯片用于采集被测电路的电流和/或电压信号，所述测频电路用于检测被测电路的电流和/或电压频率；所述计算模块用于按照测频电路所测出的频率计算分析采集芯片所采集到信号，并将计算分析出的测量参数传输至所显控模块。本发明提供的二次回路安全测量设备通过测频电路检测出被测电路的信号频率，从而可通过计算模块自动选择合适的采集频率去分析采集芯片所采集到信号，实现交/直流档位自动切换的同时，能够根据被测电路的频率实现变频采样，提高测量结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电路测量技术领域，尤其涉及一种二次回路安全测量设备。
背景技术
目前，在超高压电力***中，由于其使用超高电压输送电能，可有效增大输送容量和传输距离，降低单位功率电力传输的工程造价，减少线路损耗，节省线路走廊占地面积，具有显著的综合经济效益和社会效益。然而，关于超高压电力***的电路测量，通常是在二次回路上直接采用万用表进行测量，存在的问题有：
(1)当万用表的档位选择不当时造成设备误出口、影响测试结果，并存在误拆接线甚至触电的风险。例如，在测量压板、端子电压过程中应该使用电压档，但若不慎打成欧姆档会造成二次回路加入电压或接地，导致二次设备误动，对超高压电力***造成严重影响。虽然可采用绝缘胶布密封电流表笔孔，并用贴标签提醒的方式提醒工作人员不要错打档位，但依然存在人工操作错误的风险。再比如，在对二次接线进行拆接前，需要对二次接线进行电压测量，当使用交流电压档测量直流电压，或者使用直流电压档测量交流电压均存在无法正确判断电压的情况，容易导致工作人员误认为二次接线已无电而按无电操作开展工作，造成设备误动、人身触电的风险。
(2)对二次寄生回路的检查工作效率低下：由于寄生回路检查需要分别用交直流电压档测试每根二次接线的电压，工作过程中需要不断切换交直流电压档位，导致测量效率低下，并存在档位打错的风险。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种无需切换档位且安全性能好的二次回路安全测量设备。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种二次回路安全测量设备，包括依次连接的采集模块、计算模块和显控模块；所述采集模块包括电压采集模块、电流采集模块、采集芯片和测频电路；所述电压采集模块包括电压笔和电压衰减电路，所述电压笔通过所述电压衰减电路与所述采集芯片、测频电路连接；所述电流采集模块包括电流钳和电流放大电路，所述电流钳通过所述电流放大电路与所述采集芯片、测频电路连接；所述采集芯片用于采集被测电路的电流和/或电压信号，所述测频电路用于检测所述被测电路的电流和/或电压频率；所述计算模块用于按照所述测频电路所测出的频率计算分析所述采集芯片所采集到信号，并将计算分析出的测量参数传输至所述显控模块；所述显控模块包括用于显示所述测量参数的显示器。
优选地，所述测频电路包括依次连接的信号放大单元、比较器和整流单元，所述信号放大单元用于将所述被测电路的正弦波信号放大，所述比较器用于将所述信号放大单元所放大的正弦波信号转换成方波信号，所述整流单元用于对所述方波信号进行整流。
更优地，所述测频电路还包括模拟通道芯片，所述模拟通道芯片包括四个输入端口和可切换地与所述四个输入端口中的任意一个输入端口连通的一个输出端口，所述四个输入端口分别为交流电压输入端口、交流电流输入端口、直流电压输入端口、直流电流输入端口，所述输出端口与所述信号放大单元连接。
进一步地，所述显控模块还包括切换按钮，所述切换按钮用于选择所述输出端口与所述四个输入端口中的哪个输入端口接通。
优选地，所述整流单元包括整流二极管和与所述整流二极管串联的反相器。
优选地，所述信号放大单元包括一级放大单元和与所述一级放大单元串联的二级放大单元。
优选地，所述电流放大电路包括所述电压衰减电路和与所述电压衰减电路连接的电流放大单元。
优选地，所述计算模块包括与所述采集模块连接的FPGA芯片和与所述FPGA芯片连接的ARM处理器，所述显控模块与所述ARM处理器连接。
更优地，所述二次回路安全测量设备还包括与所述ARM处理器连接并在所述测量参数大于预设值时被所述ARM处理器启动的报警模块。
优选地，所述预设值包括电压预设值和电流预设值，所述电压预设值为36V，所述电流预设值为0.1A。
相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：
1.本发明提供的二次回路安全测量设备通过测频电路检测出被测电路的信号频率，从而可通过计算模块自动选择合适的采集频率去分析采集芯片所采集到信号，实现交/直流档位自动切换的同时，能够根据被测电路的频率实现变频采样，提高测量结果的准确性。其次，由于电压采集模块设有电压衰减电路，电流采集模块包括电流钳，即电压和电流的测试接口均为高阻设计，有效保证测试时不会出现短路、接地和加量等问题，从而提升设备的安全性能。
2.本发明提供的二次回路安全测量设备中，测频电路包括可切换地选择输入信号的模拟通道芯片，在需要同时测量电路中的交流电压、交流电流、直流电压、直流电流信号时，可通过所述模拟通道芯片选择对哪个输入信号进行频率检测，从而可自动切换测量多种电路信号，在测量工作过程中无需不断地切换档位和转换表笔，提高测量效率。
3.本发明提供的二次回路安全测量设备中，所述电流放大电路包括电压衰减电路，即在电压采集模块和电流采集模块中均设有电压衰减电路，使测量表笔接错也不会出现短路、接地和加量等问题。
4.本发明提供的二次回路安全测量设备的计算模块包括FPGA芯片和 ARM处理器，通过FPGA芯片实现对测频电路、采集芯片的数据进行读取后，再传输至ARM处理器进行计算分析，将高速读取和计算分析的程序分担至两个芯片上，减少单个芯片的运算负担，确保测量的准确性，且通过 ARM处理器可将测量参数转换成图像显示，显示效果更好。
5.本发明提供的二次回路安全测量设备包括在测量参数大于预设值时就被启动的报警模块，方便验证被测电路是否带电，从而避免带电作业，保证人身安全及设备安全。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例提供的二次回路安全测量设备的主视图；
图2为图1所示的二次回路安全测量设备的俯视图；
图3为图1所示的二次回路安全测量设备的电路框图；
图4为图1所示的二次回路安全测量设备的测频电路的电路图；
图5为图1所示的二次回路安全测量设备的整流单元的电路图；
图6为图1所示的二次回路安全测量设备的模拟通道芯片的电路图；
图7为图1所示的二次回路安全测量设备的电压衰减电路的电路图；
图8为图1所示的二次回路安全测量设备的电流放大单元的电路图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、零/部件和/ 或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、零/部件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称零/部件被“连接”到另一零/部件时，它可以直接连接到其他零/部件，或者也可以存在中间零/部件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
图1至图8共同示出了本发明实施例提供的二次回路安全测量设备，其用于测量电路中的电压值和电流值，在使用时无需切换档位，测量准确性高且安全性能好，尤其适用于超高压电力***的电路测量。
请结合图1和图3，所述二次回路安全测量设备1包括壳体100，均设于所述壳体100内的采集模块11、计算模块12、显控模块13、报警模块14和电源模块15。
具体地，所述采集模块11包括电压采集模块111、电流采集模块112、采集芯片113和测频电路114，所述计算模块12与所述采集模块11连接，所述显控模块13与所述计算模块12连接的显示器131。所述采集芯片113 可通过所述电压采集模块111采集被测电路中的电压信号，并可通过所述电流采集模块112采集被测电路中的电流信号，所述测频电路114用于检测所述被测电路的电流和/或电压频率，所述计算模块12用于按照所述测频电路114所测出的频率计算分析所述采集芯片113所采集到信号，并将计算分析出的测量参数传输至所述显示器131中显示出来。
综上，通过所述测频电路114检测出被测电路的信号频率，从而可通过所述计算模块12自动选择合适的采集频率去分析所述采集芯片113所采集到信号，实现交/直流档位自动切换的同时，能够根据被测电路的频率实现变频采样，提高测量结果的准确性。其次，还能通过变频采样和定频采样相结合的方式进行测量，在采样交流信号的时候使用变频采样的方法，根据频率的变化实时调整采样率；采样直流信号的时候使用定频采样的方法，使用固定的采样率去采样，使交直流信号可以同时测量显示出来。
请结合图4和图5，所述测频电路114包括依次连接的一级放大单元 1141、二级放大单元1142、比较器1143和整流单元1144，所述一级放大单元1141和二级放大单元1142共同组成信号放大单元，所述信号放大单元用于将所述被测电路的正弦波信号逐级放大，所述比较器1143用于将所述信号放大单元所放大的正弦波信号转换成方波信号，所述整流单元 1144用于对所述方波信号进行整流，最终通过所述整流单元1144输出被测电路的频率信号，实现频率测量。
优选地，所述整流单元1144包括整流二极管1144A和与所述整流二极管1144A串联的反相器1144B，通过所述整流二极管1144A将交流信号能转变为直流信号，即对所述方波信号进行整流，再通过所述反相器1144B 进一步整流，确保频率测量的准确性。
如图6所示，优选地，所述测频电路114还包括模拟通道芯片1145，所述模拟通道芯片1145包括四个输入端口(端口4、5、6、7)和可切换地与所述四个输入端口中的任意一个输入端口连通的一个输出端口(端口 8)，所述四个输入端口分别为交流电压输入端口、交流电流输入端口、直流电压输入端口、直流电流输入端口，所述输出端口与所述信号放大单元连接。在需要同时测量被测电路中的交流电压、交流电流、直流电压、直流电流信号时，可通过所述模拟通道芯片1145选择对哪个输入信号进行频率检测，从而可自动切换测量多种电路信号，在测量工作过程中无需不断地切换档位和转换表笔，提高测量效率。
更优地，所述显控模块113还包括切换按钮(未标号，下同)，所述切换按钮用于选择所述输出端口与所述四个输入端口中的哪个输入端口接通，并同步切换所述显示器131的显示画面，使所述显示器131对应显示交流电压、交流电流、直流电压、直流电流信号中的至少一个信号信息。
请结合图7和图8，所述电压采集模块111包括电压笔(图未示，下同)和电压衰减电路200，所述电压笔通过所述电压衰减电路200与所述采集芯片113、测频电路114连接。所述电流采集模块112包括电流钳(图未示，下同)和电流放大电路，所述电流钳通过所述电流放大电路与所述采集芯片113、测频电路114连接，所述电流钳等同于电流互感器，所述电流放大电路包括所述电压衰减电路200和与所述电压衰减电路200连接的电流放大单元300。
所述电压采集模块111可通过所述电压衰减电路200对被测电路的电压信号进行衰减，所述电流采集模块112可通过所述电流钳对被测电路的电流信号进行衰减，避免被测电路的电力过大时对所述二次回路安全测量设备1造成破坏，甚至影响测量人员的人身安全。即电压和电流的测试接口均为高阻设计，有效保证测试时不会出现短路、接地和加量等问题，从而提升设备的安全性能。
其次，由于所述电流放大电路包括所述电压衰减电路200，即在电压采集模块111和电流采集模块112中均设有电压衰减电路，使所述电压笔接错也不会出现短路、接地和加量等问题，进一步提升设备的安全性能。
请结合图2，所述壳体100包括用于插接所述电压笔的两个电压接口101和用于插接所述电流钳的两个电流接口102，两个电压接口101之间的间距与两个电流接口102之间的间距不同，以提升不同接口的识别度，避让接错所述电压笔或电流钳。
优选地，所述电压接口101和所述电流接口102的颜色不同，以进一步提升各个接口的识别度。
如图3所示，优选地，所述计算模块12包括与所述采集模块11连接的FPGA芯片121(现场可编程门阵列)和与所述FPGA芯片121连接的ARM 处理器122，所述显控模块13与所述ARM处理器122连接。所述计算模块12通过所述FPGA芯片121实现对所述测频电路114、采集芯片113的数据进行读取并进行初步加工后，再传输至所述ARM处理器122进行计算分析，将高速读取和计算分析的程序分担至两个芯片上，减少单个芯片的运算负担，从而确保测量的准确性，且通过所述ARM处理器122可将测量参数转换成图像显示，相比通过指针显示的方式，显示效果更好。
优选地，所述报警模块13包括蜂鸣器和/或警示灯，所述报警模块 13与所述ARM处理器122连接并在所述测量参数大于预设值时被所述ARM 处理器122启动，使所述二次回路安全测量设备1尤其适用于对大量端子是否带电的测量，避免测量人员出现***情况，例如在测量三十个端子时，可能二十九个不带电，但有一个带电，在实际检查过程往往会没发现带电的端子，此时如果认为已经不带电去工作会非常危险。通过所述报警模块13报警模块13的方便验证被测电路是否带电，从而避免带电作业，保证人身安全及设备安全。
更优地，所述预设值包括电压预设值和电流预设值，所述电压预设值为36V，所述电流预设值为0.1A，即在电压超过36V或者电流超过0.1A 时所述报警模块13均被启动。
进一步地，所述电源模块15包括可充电锂电池151和电源管理电路。
Claims (10)
1.一种二次回路安全测量设备，其特征在于，包括依次连接的采集模块、计算模块和显控模块；
所述采集模块包括电压采集模块、电流采集模块、采集芯片和测频电路；所述电压采集模块包括电压笔和电压衰减电路，所述电压笔通过所述电压衰减电路与所述采集芯片、测频电路连接；所述电流采集模块包括电流钳和电流放大电路，所述电流钳通过所述电流放大电路与所述采集芯片、测频电路连接；所述采集芯片用于采集被测电路的电流和/或电压信号，所述测频电路用于检测所述被测电路的电流和/或电压频率；
所述计算模块用于按照所述测频电路所测出的频率计算分析所述采集芯片所采集到信号，并将计算分析出的测量参数传输至所述显控模块；
所述显控模块包括用于显示所述测量参数的显示器。
2.根据权利要求1所述的二次回路安全测量设备，其特征在于，所述测频电路包括依次连接的信号放大单元、比较器和整流单元，所述信号放大单元用于将所述被测电路的正弦波信号放大，所述比较器用于将所述信号放大单元所放大的正弦波信号转换成方波信号，所述整流单元用于对所述方波信号进行整流。
3.根据权利要求2所述的二次回路安全测量设备，其特征在于，所述测频电路还包括模拟通道芯片，所述模拟通道芯片包括四个输入端口和可切换地与所述四个输入端口中的任意一个输入端口连通的一个输出端口，所述四个输入端口分别为交流电压输入端口、交流电流输入端口、直流电压输入端口、直流电流输入端口，所述输出端口与所述信号放大单元连接。
4.根据权利要求3所述的二次回路安全测量设备，其特征在于，所述显控模块还包括切换按钮，所述切换按钮用于选择所述输出端口与所述四个输入端口中的哪个输入端口接通。
5.根据权利要求2所述的二次回路安全测量设备，其特征在于，所述整流单元包括整流二极管和与所述整流二极管串联的反相器。
6.根据权利要求2所述的二次回路安全测量设备，其特征在于，所述信号放大单元包括一级放大单元和与所述一级放大单元串联的二级放大单元。
7.根据权利要求1所述的二次回路安全测量设备，其特征在于，所述电流放大电路包括所述电压衰减电路和与所述电压衰减电路连接的电流放大单元。
8.根据权利要求1所述的二次回路安全测量设备，所述计算模块包括与所述采集模块连接的FPGA芯片和与所述FPGA芯片连接的ARM处理器，所述显控模块与所述ARM处理器连接。
9.根据权利要求8所述的二次回路安全测量设备，其特征在于，还包括与所述ARM处理器连接并在所述测量参数大于预设值时被所述ARM处理器启动的报警模块。
10.根据权利要求9所述的二次回路安全测量设备，其特征在于，所述预设值包括电压预设值和电流预设值，所述电压预设值为36V，所述电流预设值为0.1A。
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