本發明專利技術涉及一種基于載波隔離測量交流電壓的方法及電路，其方法包括將高頻載波信號加載到被測工頻電壓的零線或大地線上；采用電容耦合的非接觸式方式采集火線上的信號得到耦合信號；對耦合信號依次進行濾波和積分處理得到耦合積分信號；采用頻率選頻的方法從所述耦合積分信號中分離出高頻載波積分信號和待測工頻積分信號；分別對高頻載波積分信號、待測工頻積分信號以及高頻載波信號進行AD采樣，計算出火線上的工頻信號的交流電壓值。由于高頻載波積分信號和待測工頻積分信號是同一個耦合通道，耦合過來的電壓信號是同步比例大小的，因此在耦合電極與火線之間的距離發生變化時，計算出的工頻信號的交流電壓值是不變的，測量精度不受影響。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電壓信號測量領域，具體涉及一種基于載波隔離測量交流電壓的方法及電路。
技術介紹
1、現有交流電壓測量方式多數為接觸式測量，非接觸式測量大部分也只是測量是否有電壓，具體電壓有效值不能測量出來。可以非接觸式測量電壓有效值的設備，大多采用的方式也都是電容直接耦合，在這種直接耦合方式下測工頻電壓值時，電容值的大小對測量結果影響很大。耦合電容的容值跟電容正負極板的距離有關，因此對測量極板的位置要求極高，位置微動就會引起電壓值的巨大變化。在實際應用中，因電力線在不同的用電環境下，線的絕緣外皮薄厚不同，造成測量耦合極板與被測電壓線的距離位置變化，極板位置的變化相當于耦合電容的變化，耦合電容的容值變化又對測量電壓準確度有非常大影響，實際應用中耦合極板對被測線距離變化，影響精度可以達到50％～200％，所以不能在實際測量應用場合中使用。
技術實現思路
1、本專利技術提供一種基于載波隔離測量交流電壓的方法及電路，以解決因耦合極板與被測電壓線之間距離變化而影響測量精度的問題。
2、本專利技術解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于載波隔離測量交流電壓的方法，包括：
3、s1，將一固定頻率的高頻載波信號加載到待測電力線的零線或大地線上，利用連接在所述待測電力線上的工頻用電負載將所述高頻載波信號傳遞至所述待測電力線的火線上，使所述高頻載波信號疊加在所述火線上的工頻信號中；
4、s2，采用電容耦合的非接觸式方式采集所述待測電力線的火線上的信號，得到耦合信號；</p>5、s3，對所述耦合信號依次進行濾波和積分處理，得到耦合積分信號；
6、s4，根據所述高頻載波信號的頻率，采用頻率選頻的方法從所述耦合積分信號中分離出高頻載波積分信號；以及根據所述工頻信號的頻率，采用頻率選頻的方法從所述耦合積分信號中分離出待測工頻積分信號；
7、s5，分別對所述高頻載波積分信號、所述待測工頻積分信號以及所述高頻載波信號進行ad采樣，對應得到所述高頻載波積分信號的采樣值、所述待測工頻積分信號的采樣值以及所述高頻載波信號的采樣值；
8、s6，根據所述高頻載波積分信號的采樣值、所述待測工頻積分信號的采樣值以及所述高頻載波信號的采樣值，計算出所述火線上的工頻信號的交流電壓值。
9、在上述技術方案的基礎上，本專利技術還可以做如下改進。
10、進一步，所述高頻載波信號的形式為正弦信號。
11、進一步，所述s1中將一固定頻率的高頻載波信號加載到待測電力線的零線或大地線上之前，以及所述s5中對所述高頻載波信號進行ad采樣之前，還均包括：
12、對所述高頻載波信號進行放大處理。
13、進一步，在所述s1中，具體采用隔離耦合電容將一固定頻率的高頻載波信號加載到待測電力線的零線端或大地端上。
14、進一步，在所述s5中，所述高頻載波積分信號的采樣值、所述待測工頻積分信號的采樣值以及所述高頻載波信號的采樣值的表達式分別為：
15、
16、其中，v1rms1、v2rms2以及v3rms3分別表示所述高頻載波積分信號的采樣值、所述待測工頻積分信號的采樣值以及所述高頻載波信號的采樣值；v1(t)、v2(t)以及v3(t)分別表示t時刻的所述高頻載波積分信號、所述待測工頻積分信號以及所述高頻載波信號；t表示ad采樣周期；j1、j2以及j3分別表示對所述高頻載波積分信號、所述待測工頻積分信號以及所述高頻載波信號進行ad采樣過程中ad采集數據比例系數。
17、進一步，在所述s6中，計算所述火線上的工頻信號的交流電壓值的公式為：
18、
19、其中，vx表示所述火線上的工頻信號的交流電壓值；v1rms1、v2rms2以及v3rms3分別表示所述高頻載波積分信號的采樣值、所述待測工頻積分信號的采樣值以及所述高頻載波信號的采樣值；j4表示與所述工頻信號的電壓校準相關的換算系數。
20、在上述一種基于載波隔離測量交流電壓的方法的基礎上，本專利技術還提供一種基于載波隔離測量交流電壓的電路。
21、一種基于載波隔離測量交流電壓的電路，用于實現如上述所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，包括：
22、mcu，用于產生一固定頻率的高頻載波信號；
23、載波放大電路，與所述mcu連接，用于對所述高頻載波信號進行放大處理；
24、隔離耦合電容，與所述載波放大電路以及待測電力線的零線或大地線連接，用于將放大后的所述高頻載波信號加載到所述待測電力線的零線或大地線上，使連接在所述待測電力線上的工頻用電負載將所述高頻載波信號傳遞至所述待測電力線的火線上，進而使所述高頻載波信號疊加在所述火線上的工頻信號中；
25、耦合電極，靠近所述火線設置，用于采用電容耦合的非接觸式方式采集所述待測電力線的火線上的信號，得到耦合信號；
26、濾波電路，與所述耦合電極連接，用于對所述耦合信號進行濾波處理；
27、積分電路，與所述濾波電路連接，用于對濾波后的所述耦合信號進行積分處理，得到耦合積分信號；
28、高頻載波選頻電路，與所述積分電路連接，用于根據所述高頻載波信號的頻率，采用頻率選頻的方法從所述耦合積分信號中分離出高頻載波積分信號；
29、待測工頻選頻電路，與所述積分電路連接，用于根據所述工頻信號的頻率，采用頻率選頻的方法從所述耦合積分信號中分離出待測工頻積分信號；
30、所述mcu還與所述高頻載波選頻電路、所述待測工頻選頻電路以及所述載波放大電路連接，用于分別對所述高頻載波積分信號、所述待測工頻積分信號以及放大后的所述高頻載波信號進行ad采樣，對應得到所述高頻載波積分信號的采樣值、所述待測工頻積分信號的采樣值以及所述高頻載波信號的采樣值；并根據所述高頻載波積分信號的采樣值、所述待測工頻積分信號的采樣值以及所述高頻載波信號的采樣值，計算出所述火線上的工頻信號的交流電壓值。
31、在上述技術方案的基礎上，本專利技術還可以做如下改進。
32、進一步，所述耦合電極包括由內至外依次層疊的感應探頭層、絕緣層和屏蔽層；所述感應探頭層為磁性軟體或金屬軟體材料構成，所述絕緣層由厚度小于0.2毫米的軟性絕緣材料構成，所述屏蔽層由軟體金屬材料構成。
33、進一步，所述mcu與所述載波放大電路之間通過分壓電阻連接。
34、進一步，所述高頻載波選頻電路的電路結構與所述待測工頻選頻電路的電路結構相同，且均包括依次連接的一級帶通濾波電路、信號放大電路和二級帶通濾波電路；其中，通過設置所述高頻載波選頻電路與所述待測工頻選頻電路中的元件參數，使所述高頻載波選頻電路與所述待測工頻選頻電路的選頻頻率不同。
35、本專利技術的有益效果是：在本專利技術一種基于載波隔離測量交流電壓的方法及電路中，由于電容耦合與頻率有關，頻率越高感抗越小，提高載波頻率可以減小極板與被測電力線之間因距離帶來的精度影響；同本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，所述高頻載波信號的形式為正弦信號。
3.根據權利要求1所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，所述S1中將一固定頻率的高頻載波信號加載到待測電力線的零線或大地線上之前，以及所述S5中對所述高頻載波信號進行AD采樣之前，還均包括：
4.根據權利要求1所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，在所述S1中，具體采用隔離耦合電容將一固定頻率的高頻載波信號加載到待測電力線的零線端或大地端上。
5.根據權利要求1所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，在所述S5中，所述高頻載波積分信號的采樣值、所述待測工頻積分信號的采樣值以及所述高頻載波信號的采樣值的表達式分別為：
6.根據權利要求1所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，在所述S6中，計算所述火線上的工頻信號的交流電壓值的公式為：
7.一種基于載波隔離測量交流電壓的電路，其特征在于，用于實現如權利要求1至6任一項所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，包括：
8.根據權利要求7所述的基于載波隔離測量交流電壓的電路，其特征在于，所述耦合電極包括由內至外依次層疊的感應探頭層、絕緣層和屏蔽層；所述感應探頭層為磁性軟體或金屬軟體材料構成，所述絕緣層由厚度小于0.2毫米的軟性絕緣材料構成，所述屏蔽層由軟體金屬材料構成。
9.根據權利要求7所述的基于載波隔離測量交流電壓的電路，其特征在于，所述MCU與所述載波放大電路之間通過分壓電阻連接。
10.根據權利要求7所述的基于載波隔離測量交流電壓的電路，其特征在于，所述高頻載波選頻電路的電路結構與所述待測工頻選頻電路的電路結構相同，且均包括依次連接的一級帶通濾波電路、信號放大電路和二級帶通濾波電路；其中，通過設置所述高頻載波選頻電路與所述待測工頻選頻電路中的元件參數，使所述高頻載波選頻電路與所述待測工頻選頻電路的選頻頻率不同。
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【技術特征摘要】
1.一種基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，所述高頻載波信號的形式為正弦信號。
3.根據權利要求1所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，所述s1中將一固定頻率的高頻載波信號加載到待測電力線的零線或大地線上之前，以及所述s5中對所述高頻載波信號進行ad采樣之前，還均包括：
4.根據權利要求1所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，在所述s1中，具體采用隔離耦合電容將一固定頻率的高頻載波信號加載到待測電力線的零線端或大地端上。
5.根據權利要求1所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，在所述s5中，所述高頻載波積分信號的采樣值、所述待測工頻積分信號的采樣值以及所述高頻載波信號的采樣值的表達式分別為：
6.根據權利要求1所述的基于載波隔離測量交流電壓的方法，其特征在于，在所述s6中，計算所述火線上的工頻信號的交流電壓值的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：師金柱，趙雷，何雪蓮，張二偉，宋子豪，
申請(專利權)人：安陽霍遠科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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