CN209542700U - 利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，包括杂散电流采样电路模块，包括J引脚和C引脚，还包括：能量转换模块，其G引脚耦接轨道以接收其电压信号，其中该能量转换模块将轨道的电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号；调理电路模块，耦接能量转换模块以接收单脉冲电压信号，并将单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；储能电路模块，耦接调理电路模块以存储直流电压信号；稳压供电模块，一端耦接储能电路模块，另一端耦接杂散电流采样电路模块，其中该稳压供电模块控制储能电路模块释放稳定直流电源以供杂散电流采样电路模块工作。该传感器体积小、安装方便、不会受到电磁辐射干扰，成本低，能够实时监测杂散电流。
Description
技术领域
本实用新型涉及供电设备领域，尤其涉及一种利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器。
背景技术
目前，城市轨道交通已经成为我们生活中日趋重要的一部分，城市轨道交通运行期间产生的杂散电流，对地铁(或轻轨)周围土壤中埋设的通信电缆、区间隧道中的钢筋、钢管等金属管线产生电化学腐蚀，破坏其强度，降低其寿命。对城市轨道交通杂散电流进行自动监测，对城市轨道交通的安全、可靠运行具有重要的意义。
目前，杂散电流的监测一般通过采集埋设在结构混凝土中的参比电极的输出信号来实现，参比电极的电压信号代表着杂散电流的强度；理论研究及该领域实际工况均表明，轨道电压的变化和杂散电流的强度也存在一定的关系，轨道电压越大，杂散电流也越大。
传统杂散电流传感器的电能供电方式，一般由外界供电线路来提供的方式，已难以满足日趋发展的杂散电流监测***中对传感器的应用需求，也制约着传感器向智能化和微型化的发展。采用外部供电的传感器，存在以下几方面的问题和隐患：第一、外部供电的传感器体积较大，安装复杂，且需要就近安装于隧道壁或高架桥的侧壁上；第二、外部供电的传感器需要额外的供电模块，供电线路长，受到的电磁辐射干扰大；第三、外部供电的传感器需要较多的供电线路电缆，一般均为铜质线缆，建设成本高；第四、外部供电的传感器制约着传感器朝着微型化和智能化发展。因此目前国内外的许多机构正致力于研究一种能够利用轨道电压信号转换为传感器自身供电电源并存储起来，全新的杂散电流传感器来实现对城市轨道交通***中的杂散电流进行自动监测，实时上报。
发明内容
本实用新型旨在至少解决上述现有技术存在的问题之一，提供了一种利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，该传感器可以有效利用杂乱的轨道电压，而且体积小、安装方便、不会受到电磁辐射干扰，成本低，能够实时监测杂散电流。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，包括杂散电流采样电路模块，包括J引脚和C引脚，且所述J引脚连接结构钢筋，所述C引脚连接参比电压，还包括：能量转换模块，包括G引脚和D引脚，所述G引脚耦接轨道以接收其电压信号，其中该能量转换模块将轨道的电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号；调理电路模块，耦接所述能量转换模块以接收所述单脉冲电压信号，并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；储能电路模块，耦接所述调理电路模块以存储所述直流电压信号；以及稳压供电模块，一端耦接所述储能电路模块，另一端耦接所述杂散电流采样电路模块，其中该稳压供电模块控制所述储能电路模块释放稳定直流电源以供所述杂散电流采样电路模块工作。
在该技术方案中，由能量转换模块的G引脚耦接轨道以接收其电压信号，并将该电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号，然后由耦接能量转换模块调理电路模块接收单脉冲电压信号，将单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号并存储在储能电路模块中，再由稳压供电模块控制所述储能电路模块释放稳定直流电源以供所述杂散电流采样电路模块工作，利用轨道电压信号的微能量，经能量转换模块，将杂乱的轨道电压转化成电能，实现了对杂散电流采集模块的供电，而且该传感器体积小、安装方便、不会受到电磁辐射干扰，成本低，能够实时监测杂散电流。
另外，根据本实用新型的利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，还可以具有如下技术特征：
进一步地，所述能量转换模块包括：电压限幅电路，其与所述轨道相连接，构造为用于对所述电压信号限幅；整流电路，所述整流电路与所述电压限幅电路相连接，构造为用于接收经过限幅的电压信号并将该电压信号整流成单向脉动电压信号。
优选地，所述电压限幅电路包括：一连接端子P1，其耦接于所述G引脚和D引脚之间；一压敏电阻Y1，其第一端与所述连接端子P1的第一端相连，其第二端与所述连接端子P1的第二端相连。
优选地，所述电压限幅电路还包括一电阻R1，其一端耦接至所述连接端子P1的第一端，其另一端耦接至所述压敏电阻Y1的第一端。
优选地，所述整流电路包括：一全波整流电桥，其第一桥端与压敏电阻Y1的第一端相连，其第二桥端与压敏电阻Y1的第二端相连；以及一电容，其并联于所述全波整流电桥的第三桥端和第四桥端，且第四桥端接地。
进一步地，所述调理电路模块包括：滤波电路，其与所述整流电路相连，构造为用于将所述单向脉动电压信号中的脉冲成分过滤掉；稳压电路，耦接所述滤波电路，其构造为用于接收经过滤波的单向脉动电压信号并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号。
优选地，还包括控制模块，其与所述杂散电流采样电路模块电连接。
优选地，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述控制模块电连接，用以将所述杂散电流采样电路模块采集的数据上传至服务器。
根据本实用新型的一种利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，其附加技术特征还具有如下技术效果：通过设置能量转换模块可以将隧道内的风能转化成电能，以给予其它工作模块的稳定工作的条件；通过设置控制模块可以对采集的参比电极信号和轨道电压信号数字量进行相应运算，把数据通过通讯模块上传至监测***的服务器。
附图说明
图1为杂散电流传感器结构示意图；
图2为根据本实用新型实施例的一个能量转换模块；
图3为根据本实用新型实施例的调理电路模块；
图4为根据本实用新型实施例的储能电路模块；
图5为根据本实用新型实施例的稳压供电控制模块；
图6为根据本实用新型实施例的控制模块；
图7为根据本实用新型实施例的通讯模块。
图中:能量转换模块10；调理电路模块20；储能电路模块30；稳压供电模块40；杂散电流采样电路模块50；控制模块60；通讯模块70。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
根据本实用新型的一种利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，如图1～图5所示，包括：杂散电流采样电路模块50、能量转换模块10、调理电路模块20、储能电路模块30和稳压供电模块40。
杂散电流采样电路模块50，其包括J引脚和C引脚，且所述J引脚连接结构钢筋，所述C引脚连接参比电压：
能量转换模块10，包括G引脚和D引脚，所述G引脚耦接轨道以接收其电压信号，D引脚接地，其中该能量转换模块10将轨道的电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号；
调理电路模块20，耦接所述能量转换模块10以接收所述单脉冲电压信号，并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；
储能电路模块30，耦接所述调理电路模块20以存储所述直流电压信号；以及
稳压供电模块40，一端耦接所述储能电路模块30，另一端耦接所述杂散电流采样电路模块50，其中该稳压供电模块40控制所述储能电路模块30释放稳定直流电源以供所述杂散电流采样电路模块50工作。
可以理解的是，由能量转换模块10的G引脚耦接轨道以接收其电压信号，并将该电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号，然后由耦接能量转换模块10调理电路模块20接收单脉冲电压信号，将单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号并存储在储能电路模块30中，再由稳压供电模块40控制所述储能电路模块30释放稳定直流电源以供所述杂散电流采样电路模块50工作，利用轨道电压信号的微能量，经能量转换模块10，将杂乱的轨道电压转化成电能，实现了对杂散电流采集模块的供电，而且该传感器体积小、安装方便、不会受到电磁辐射干扰，成本低，能够实时监测杂散电流。
在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，所述能量转换模块10包括：电压限幅电路，其与所述轨道相连接，构造为用于对所述电压信号限幅；整流电路，所述整流电路与所述电压限幅电路相连接，构造为用于接收经过限幅的电压信号并将该电压信号整流成单向脉动电压信号，例如，所述电压限幅电路包括：一连接端子P1，其耦接于所述G引脚和D引脚之间；一压敏电阻Y1，其第一端与所述连接端子P1的第一端相连，其第二端与所述连接端子P1的第二端相连，即主要由压敏电阻Y1和整流二极管组成；在本实用新型的一个实施例中，所述电压限幅电路还包括一电阻R1，其一端耦接至所述连接端子P1的第一端，其另一端耦接至所述压敏电阻Y1的第一端。在压敏电阻Y1前设计有电阻，防止回路过流；整流电路是利用具有单向导电性能的整流元件，优选地，所述整流电路包括：一全波整流电桥，其第一桥端与压敏电阻Y1的第一端相连，其第二桥端与压敏电阻Y1的第二端相连；以及一电容，其并联于所述全波整流电桥的第三桥端和第四桥端，且第四桥端接地，具体地，电压限幅电路把轨道电压限制在100V以内，而整流电路利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的轨道电压整流成为单向脉动电压，但是，这中单向脉动电压包含很大的脉动成分，并非是理想的直流电压，整流电路后端有滤波电容，初步滤除脉动成分。当然本实用新型并不限制于此，所述能量转换模块还可以通过风力发电实现能量转换。
在本实用新型的一个实施例中，所述调理电路模块20包括：滤波电路，其与所述整流电路相连，构造为用于将所述单向脉动电压信号中的脉冲成分过滤掉；稳压电路，耦接所述滤波电路，其构造为用于接收经过滤波的单向脉动电压信号并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；具体地，滤波电路将整流电路输出的单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压，滤波器由电容、电感等储能元件组成；稳压电路为开关控制电路，通过开关控制芯片得到较为稳定的2.5至4.2V直流电压，用于储能模块充电电路使用。
在本实用新型的一个实施例中，调理电路模块20主要由电源管理器芯片IC1和升压变压器T1组成；能量转换模块10输出的直流电源还有部分脉动成分，通过LC滤波电路进一步滤除，LC滤波电路由L1、C1、C2组成；通常情况下轨道电压很低，0.5到2V之间，能量转换模块10输出的直流电压也很低，IC1可以通过升压变压器T1可以把较低的直流电压进行高频振荡，得到较高幅值的脉冲直流，振荡频率由T1的电感值和谐振电容C6、C7决定，通常在15KHz到220KHz；IC1内部的稳压器把脉冲直流进行滤波，得到稳定的直流电压VOUT，具体地，如图3所示为根据本实用新型具体实施例的其中一个调理电路模块20的具体电路图。
在本实用新型的一个实施例中，还包括控制模块60，其与所述杂散电流采样电路模块50电连接，对采集的参比电极信号和轨道电压信号数字量进行相应运算，把数据通过通讯模块70上传至监测***的服务器，所述通讯模块60具体结构电路如图6所示。
在本实用新型的一个实施例中，还包括通讯模块70，所述通讯模块70与所述控制模块60电连接，用以将所述杂散电流采样电路模块50采集的数据上传至服务器，所述通讯模块70具体结构电路如图7所示。
以上所述仅是本实用新型的示范性实施方式，而非用于限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由所附的权利要求确定。
本领域技术人员可以理解的是，上文中描述的本实用新型的多个实施例中的各个特征可以相应地省去、添加或者以任意方式组合。并且，本领域技术人员能够想到的简单变换方式以及对现有技术做出适应性和功能性的结构变换的方案，都属于本实用新型的保护范围。
虽然已经参考各种实施例示出和描述了本实用新型，但本领域技术人员应当理解的是，可以在其中做出形式和细节上的各种改变，而不背离由随附的权利要求所限定的本实用新型的范围。
Claims (8)
1.一种利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，其特征在于，包括：
杂散电流采样电路模块(50)，其包括J引脚和C引脚，且所述J引脚连接结构钢筋，所述C引脚连接参比电压：
能量转换模块(10)，包括G引脚和D引脚，所述G引脚耦接轨道以接收其电压信号，其中该能量转换模块(10)将轨道的电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号；
调理电路模块(20)，耦接所述能量转换模块(10)以接收所述单脉冲电压信号，并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；
储能电路模块(30)，耦接所述调理电路模块(20)以存储所述直流电压信号；以及
稳压供电模块(40)，一端耦接所述储能电路模块(30)，另一端耦接所述杂散电流采样电路模块(50)，其中该稳压供电模块(40)控制所述储能电路模块(30)释放稳定直流电源以供所述杂散电流采样电路模块(50)工作。
2.根据权利要求1所述的利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，其特征在于，所述能量转换模块(10)包括：
电压限幅电路，其与所述轨道相连接，构造为用于对所述电压信号限幅；
整流电路，所述整流电路与所述电压限幅电路相连接，构造为用于接收经过限幅的电压信号并将该电压信号整流成单向脉动电压信号。
3.根据权利要求2所述的利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，其特征在于，所述电压限幅电路包括：
一连接端子P1，其耦接于所述G引脚和D引脚之间；
一压敏电阻Y1，其第一端与所述连接端子P1的第一端相连，其第二端与所述连接端子P1的第二端相连。
4.根据权利要求3所述的利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，其特征在于，所述电压限幅电路还包括一电阻R1，其一端耦接至所述连接端子的第一端，其另一端耦接至所述压敏电阻的第一端。
5.根据权利要求2所述的利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，其特征在于，所述整流电路包括：
一全波整流电桥，其第一桥端与压敏电阻Y1的第一端相连，其第二桥端与压敏电阻Y1的第二端相连；以及
一电容，其并联于所述全波整流电桥的第三桥端和第四桥端，且第四桥端接地。
6.根据权利要求2所述的利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，其特征在于，所述调理电路模块(20)包括：
滤波电路，其与所述整流电路相连，构造为用于将所述单向脉动电压信号中的脉冲成分过滤掉；
稳压电路，耦接所述滤波电路，其构造为用于接收经过滤波的单向脉动电压信号并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号。
7.根据权利要求1所述的利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，其特征在于，还包括控制模块(60)，其与所述杂散电流采样电路模块(50)电连接。
8.根据权利要求7所述的利用轨道电压信号供电的杂散电流传感器，其特征在于，还包括通讯模块(70)，所述通讯模块(70)与所述控制模块(60)电连接，用以将所述杂散电流采样电路模块(50)采集的数据上传至服务器。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110635685A (zh) * | 2019-10-27 | 2019-12-31 | 徐州和纬信电科技有限公司 | 一种城轨隧道风能量转换电源装置 |
| CN114944688A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-08-26 | 重庆邮电大学工业互联网研究院 | 一种电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路*** |
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