CN205246751U - 一种直流小电流连续监控仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流小电流连续监控仪，包括负载、为负载供电的供电电源以及用于采集负载流过的电流值的电流监控装置，供电电源为负载供电的回路中串联有电流采样电路，电流监控装置包括控制器、信号调理电路、时钟电路、存储器和通信模块，信号调理电路包括串联级联的用于低增益信号放大的第一放大滤波电路和用于高增益信号放大的第二放大滤波电路，供电电源为可充电电池，第一放大滤波电路包括轨到轨运算放大器U1，第二放大滤波电路包括轨到轨运算放大器U2，本实用新型设计新颖，结构简单，具有连续采集直流小电流的功能，信号调理电路精度高，能耗小，并可根据电流采样时间间隔计算出负载损耗功耗，安全可靠，实用性强。

Description

一种直流小电流连续监控仪

技术领域

本实用新型属于电流采集技术领域，具体涉及一种直流小电流连续监控仪。

背景技术

在油田测试应用中，经常需要在井口或井下进行数据连续监测并根据监测结果执行动作。由于油井大部分在偏远地区，荒无人烟，更缺乏供电设备，因此许多设备需要电池供电，而又由于仪器工作时间长，因此，在开发设计阶段，需要良好的控制监测仪器的功耗，使仪器能更长时间的工作，节约电池成本。所以，在开发设计阶段，我们必须了解每个工作阶段仪器的功耗。仪器在休眠时功耗极低，电流在10μA以下；工作时，电流在0.1-10mA；执行动作机构时，电流在100-700mA。因此，我们不但需要检测各阶段的电流值，还要检测边缘状态的电流变化值，而且能长期记录检测结果，自动计算功耗。而目前市场上具有大动态范围的直流小电流连续监控仪(1μA-1A)，相对误差大，且不能保存数据；因此，很有必要设计一种宽动态范围、高精度、带存储的直流小电流连续监控仪，可监控不同状态下的电流大小，从而监控设备的功耗，通过较长一段时间的精确监控设备的功耗大小，来给设备配置相应的电池，依据电池的容量与设备的功耗，可以定时给设备电池充电或者更换备用电池等，可靠稳定，安装操作方便，具有很大的研究意义和很广泛的应用范围。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种直流小电流连续监控仪，其设计新颖合理，结构简单，具有连续采集直流小电流的功能，信号调理电路精度高，能耗小，并可根据电流采样时间间隔计算出负载损耗功耗，安全可靠，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：包括负载、为所述负载供电的供电电源以及用于采集所述负载流过的电流值的电流监控装置，所述供电电源为负载供电的回路中串联有电流采样电路，所述电流监控装置包括控制器、信号调理电路以及与所述控制器相接的时钟电路、存储器和通信模块，所述信号调理电路包括串联级联的用于低增益信号放大的第一放大滤波电路和用于高增益信号放大的第二放大滤波电路，所述第一放大滤波电路的输出端和第二放大滤波电路的输出端均与控制器的输入端相接，所述电流采样电路的输出端与第一放大滤波电路的输入端相接；所述供电电源为可充电电池，所述第一放大滤波电路包括轨到轨运算放大器U1，所述第二放大滤波电路包括轨到轨运算放大器U2。

上述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述可充电电池为+15V可充电蓄电池。

上述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述电流采样电路为精密电阻R3，所述精密电阻R3的一端与+15V可充电蓄电池的+15V电源输出端相接，精密电阻R3的另一端与负载的输入端相接。

上述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述轨到轨运算放大器U1包括芯片MAX9922，所述芯片MAX9922的RSB管脚和RS+管脚均与精密电阻R3的一端和+15V可充电蓄电池的+15V电源输出端的连接端相接，芯片MAX9922的RS-管脚与精密电阻R3的另一端和负载的连接端相接，芯片MAX9922的VDD管脚与3.3V电源相接，芯片MAX9922的OUT管脚分四路，第一路经电阻R4和电阻R5接地，第二路经电容C6与电阻R4和电阻R5的连接端相接，第三路与控制器相接，第四路为轨到轨运算放大器U1的信号输出端；芯片MAX9922的FB管脚与电阻R4和电阻R5的连接端相接。

上述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述轨到轨运算放大器U2包括芯片AD8230，所述芯片AD8230的-VS管脚与-5V电源相接，芯片AD8230的+VS管脚与+5V电源相接，芯片AD8230的+IN管脚与轨到轨运算放大器U1的信号输出端相接，芯片AD8230的-IN管脚接地，芯片AD8230的RG管脚经电阻R2接地，芯片AD8230的VOUT管脚分三路，一路经电阻R1与芯片AD8230的RG管脚和电阻R2的连接端相接，另一路与控制器相接，第三路与稳压二极管D1的阴极相接；稳压二极管D1的阳极接地。

上述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述控制器包括DSP微控制器或ARM微控制器。

上述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述通信模块包括串口通信模块或无线通信模块。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过设置第一放大滤波电路，采用轨到轨运算放大器U1进行低增益信号放大，且轨到轨运算放大器U1接3.3V电源使其输出最大为3.3V，送入到控制器的I/O口保护控制器不受损坏；设置第二放大滤波电路，采用轨到轨运算放大器U2进行高增益信号放大送入到控制器的I/O口，在轨到轨运算放大器U2的输出端接稳压二极管D1将轨到轨运算放大器U2的输出端稳定到一个低直流电压值，以避免控制器损坏；且第一放大滤波电路和第二放大滤波电路采用串联级联的方式，电路简单，便于推广使用。

2、本实用新型通过设置可充电电池作为供电电源保存负载供电电压，采集负载流过的电流值，同时设置时钟电路采集电流采样时间间隔，可得到负载损耗功耗，可靠稳定，使用效果好。

3、本实用新型设计新颖合理，体积小，及时存储负载各个状态的参数，通过通信模块可连续采集直流小电流数据，速度快，安装方便，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，结构简单，具有连续采集直流小电流的功能，信号调理电路精度高，能耗小，并可根据电流采样时间间隔计算出负载损耗功耗，安全可靠，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型供电电源、电流采样电路、第一放大滤波电路和第二放大滤波电路的电路连接关系示意图。

附图标记说明:

1—供电电源；2—电流采样电路；3—负载；

4—第一放大滤波电路；5—第二放大滤波电路；6—控制器；

7—时钟电路；8—存储器；9—通信模块。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括负载3、为所述负载3供电的供电电源1以及用于采集所述负载3流过的电流值的电流监控装置，所述供电电源1为负载3供电的回路中串联有电流采样电路2，所述电流监控装置包括控制器6、信号调理电路以及与所述控制器6相接的时钟电路7、存储器8和通信模块9，所述信号调理电路包括串联级联的用于低增益信号放大的第一放大滤波电路4和用于高增益信号放大的第二放大滤波电路5，所述第一放大滤波电路4的输出端和第二放大滤波电路5的输出端均与控制器6的输入端相接，所述电流采样电路2的输出端与第一放大滤波电路4的输入端相接；所述供电电源1为可充电电池，所述第一放大滤波电路4包括轨到轨运算放大器U1，所述第二放大滤波电路5包括轨到轨运算放大器U2。

如图2所示，本实施例中，所述可充电电池为+15V可充电蓄电池。

如图2所示，本实施例中，所述电流采样电路2为精密电阻R3，所述精密电阻R3的一端与+15V可充电蓄电池的+15V电源输出端相接，精密电阻R3的另一端与负载3的输入端相接。

如图2所示，本实施例中，所述轨到轨运算放大器U1包括芯片MAX9922，所述芯片MAX9922的RSB管脚和RS+管脚均与精密电阻R3的一端和+15V可充电蓄电池的+15V电源输出端的连接端相接，芯片MAX9922的RS-管脚与精密电阻R3的另一端和负载3的连接端相接，芯片MAX9922的VDD管脚与3.3V电源相接，芯片MAX9922的OUT管脚分四路，第一路经电阻R4和电阻R5接地，第二路经电容C6与电阻R4和电阻R5的连接端相接，第三路与控制器6相接，第四路为轨到轨运算放大器U1的信号输出端；芯片MAX9922的FB管脚与电阻R4和电阻R5的连接端相接。

如图2所示，本实施例中，所述轨到轨运算放大器U2包括芯片AD8230，所述芯片AD8230的-VS管脚与-5V电源相接，芯片AD8230的+VS管脚与+5V电源相接，芯片AD8230的+IN管脚与轨到轨运算放大器U1的信号输出端相接，芯片AD8230的-IN管脚接地，芯片AD8230的RG管脚经电阻R2接地，芯片AD8230的VOUT管脚分三路，一路经电阻R1与芯片AD8230的RG管脚和电阻R2的连接端相接，另一路与控制器6相接，第三路与稳压二极管D1的阴极相接；稳压二极管D1的阳极接地。

本实施例中，所述控制器6包括DSP微控制器或ARM微控制器。

本实施例中，所述通信模块9包括串口通信模块或无线通信模块。

本实用新型使用时，通过供电电源1为负载3供电，采用电流采样电路2中的精密电阻R3采集流过负载3的电流数据，数据经第一放大滤波电路4中的芯片MAX9922进行低增益信号放大滤波，调节电阻R4和电阻R5的比值调节增益数值，芯片MAX9922的OUT管脚输出放大后的电压信号进入控制器6的同时送入到与其级联的第二放大滤波电路5中的芯片AD8230中，第二放大滤波电路5中的芯片AD8230对信号进行高增益放大滤波，第一放大滤波电路4中的芯片MAX9922为轨到轨运算放大器U1，由于轨到轨运算放大器U1接3.3V电源使其输出最大为3.3V，送入到控制器的I/O口保证控制器不受损坏；轨到轨运算放大器U1送入到第二放大滤波电路5中芯片AD8230的信号放大增益数值由电阻R2和电阻R1的比值决定，第二放大滤波电路5中的芯片AD8230为轨到轨运算放大器U2，采用轨到轨运算放大器U2进行高增益信号放大送入到控制器的I/O口，在轨到轨运算放大器U2的输出端接稳压二极管D1将轨到轨运算放大器U2的输出端稳定到一个低直流电压值，以避免控制器损坏；

由于轨到轨运算放大器U1和轨到轨运算放大器U2是串联级联连接的，若电流采样电路2中的精密电阻R3采集到的电压经轨到轨运算放大器U1满量程时，信号经过轨到轨运算放大器U2继续信号放大送入到控制器6中进行模数转换，存储在存储器8中；若电流采样电路2中的精密电阻R3采集到的电压经轨到轨运算放大器U1未满量程时，控制器6只采集轨到轨运算放大器U1输出的放大滤波信号，存储在存储器8中；通过时钟电路7记录电流采样时间间隔，根据供电电源1中的电压、信号调理电路中的电流参数和电流采样时间间隔计算出负载损耗功耗保存在存储器8中，可通过通信模块9传输或调取存储的数据，供后续参考使用，可靠稳定，使用效果好。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：包括负载(3)、为所述负载(3)供电的供电电源(1)以及用于采集所述负载(3)流过的电流值的电流监控装置，所述供电电源(1)为负载(3)供电的回路中串联有电流采样电路(2)，所述电流监控装置包括控制器(6)、信号调理电路以及与所述控制器(6)相接的时钟电路(7)、存储器(8)和通信模块(9)，所述信号调理电路包括串联级联的用于低增益信号放大的第一放大滤波电路(4)和用于高增益信号放大的第二放大滤波电路(5)，所述第一放大滤波电路(4)的输出端和第二放大滤波电路(5)的输出端均与控制器(6)的输入端相接，所述电流采样电路(2)的输出端与第一放大滤波电路(4)的输入端相接；所述供电电源(1)为可充电电池，所述第一放大滤波电路(4)包括轨到轨运算放大器U1，所述第二放大滤波电路(5)包括轨到轨运算放大器U2。

2.按照权利要求1所述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述可充电电池为+15V可充电蓄电池。

3.按照权利要求2所述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述电流采样电路(2)为精密电阻R3，所述精密电阻R3的一端与+15V可充电蓄电池的+15V电源输出端相接，精密电阻R3的另一端与负载(3)的输入端相接。

4.按照权利要求3所述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述轨到轨运算放大器U1包括芯片MAX9922，所述芯片MAX9922的RSB管脚和RS+管脚均与精密电阻R3的一端和+15V可充电蓄电池的+15V电源输出端的连接端相接，芯片MAX9922的RS-管脚与精密电阻R3的另一端和负载(3)的连接端相接，芯片MAX9922的VDD管脚与3.3V电源相接，芯片MAX9922的OUT管脚分四路，第一路经电阻R4和电阻R5接地，第二路经电容C6与电阻R4和电阻R5的连接端相接，第三路与控制器(6)相接，第四路为轨到轨运算放大器U1的信号输出端；芯片MAX9922的FB管脚与电阻R4和电阻R5的连接端相接。

5.按照权利要求4所述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述轨到轨运算放大器U2包括芯片AD8230，所述芯片AD8230的-VS管脚与-5V电源相接，芯片AD8230的+VS管脚与+5V电源相接，芯片AD8230的+IN管脚与轨到轨运算放大器U1的信号输出端相接，芯片AD8230的-IN管脚接地，芯片AD8230的RG管脚经电阻R2接地，芯片AD8230的VOUT管脚分三路，一路经电阻R1与芯片AD8230的RG管脚和电阻R2的连接端相接，另一路与控制器(6)相接，第三路与稳压二极管D1的阴极相接；稳压二极管D1的阳极接地。

6.按照权利要求1所述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述控制器(6)包括DSP微控制器或ARM微控制器。

7.按照权利要求1所述的一种直流小电流连续监控仪，其特征在于：所述通信模块(9)包括串口通信模块或无线通信模块。