一種無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，在供電和變電設(shè)備的電流測(cè)量和控 巧||、高壓和超高壓交流輸送方面具有特殊用途，也可廣泛用于工業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備的電流測(cè)量、 控制、校準(zhǔn)W及過(guò)流保護(hù)和監(jiān)控，包括鐵路機(jī)動(dòng)車輛瞬時(shí)電流檢測(cè)W及金屬冶煉和化工等 行業(yè)大電流的測(cè)量、控制與保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電流傳感和測(cè)量是工程技術(shù)W及科學(xué)研究中廣泛涉及的一個(gè)研究課題，如供電和 變電設(shè)備的電流測(cè)量和控制，工業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備的電流測(cè)量、控制、校準(zhǔn)W及過(guò)流保護(hù)和監(jiān) 控。目前傳統(tǒng)的電流傳感器有電阻法、基于霍爾效應(yīng)的電流傳感器和基于法拉第效應(yīng)的光 纖電流傳感器。電阻法使用簡(jiǎn)單，是將一電阻串聯(lián)在電路內(nèi)，根據(jù)歐姆定律（Ohm's law), 串聯(lián)電阻兩斷的電動(dòng)勢(shì)之差正比于通過(guò)的電流。采用電阻法需要通電導(dǎo)體與電阻串聯(lián)，在 大電流的情況下由于電阻發(fā)熱而產(chǎn)生大的功耗?；诨魻栃?yīng)的電流傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 但溫度特性不佳，受溫度漂移的影響大、大電流導(dǎo)致鐵芯磁飽和?；诨魻栃?yīng)的電流傳 感器為有源傳感器，工作時(shí)需要供電。本技術(shù)發(fā)明人已獲授權(quán)的一種基于通電導(dǎo)體受壓形 變的壓電式電流傳感器(專利號(hào)；2001120038603. 2)，采用壓電器件測(cè)量導(dǎo)體形變和通電 導(dǎo)體電流，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高絕緣隔離、受電磁干擾小、溫度特性好的特點(diǎn)，為一種無(wú)源電流 傳感器。本技術(shù)發(fā)明人已獲授權(quán)的另外一種電流傳感器(專利號(hào)；2001320706404. 3)是基 于電流在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生垂直于電流方向的磁場(chǎng)。導(dǎo)體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的栽流子受到由于磁場(chǎng)而引 起的洛倫茲（Lorentz)力的作用，在導(dǎo)體內(nèi)栽流的電子向?qū)w表面移動(dòng)，因而形成徑向電 場(chǎng)。在垂直電流方向的平面內(nèi)，通電導(dǎo)體中也沿徑向至導(dǎo)體表面間電動(dòng)勢(shì)之差正比于通過(guò) 導(dǎo)體電流的平方。該種新型電流傳感器的測(cè)量范圍廣、響應(yīng)時(shí)間短，可W檢測(cè)傳統(tǒng)電流傳 感器所不能檢測(cè)的大的直流和交變電流。但該兩種電流傳感器的信號(hào)放大與傳輸均需外 部供電。對(duì)于高壓和超高壓交變輸電系統(tǒng)，外部為傳感器供電成為高壓絕緣的一個(gè)技術(shù)瓶 頸?；诜ɡ谛?yīng)的光纖電流傳感器能夠克服高壓絕緣的技術(shù)問(wèn)題，而且受電磁干擾小。 但光纖電流傳感器受溫度漂移的影響大，精度較低，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，目前市場(chǎng)還少 見成熟的光纖電流傳感器。本技術(shù)發(fā)明人近期已獲授權(quán)的一種交變電流傳感器(專利號(hào)： 201420520717. 4)能夠在位獲取電能，信號(hào)通過(guò)光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)母呓^緣隔離，具 有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)磁飽和的特點(diǎn)，能夠在大的范圍內(nèi)測(cè)量交變和瞬變電流。但是該一電流傳感 器需要一變壓器供電，只適用于對(duì)交變電流的測(cè)量。
[0003] 本實(shí)用新型提供一種無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器。本實(shí)用新型是基于通電導(dǎo)體產(chǎn)生垂 直于電流方向的磁場(chǎng)。導(dǎo)體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子受到由于磁場(chǎng)而引起的洛倫茲力的作用，在導(dǎo)體 內(nèi)電子向?qū)w表面移動(dòng)，因而形成徑向電場(chǎng)。在垂直電流方向的平面內(nèi)，通電導(dǎo)體中也沿徑 向至導(dǎo)體表面間電動(dòng)勢(shì)之差正比于通過(guò)導(dǎo)體電流的平方。采用電極測(cè)量通電導(dǎo)體中徑向電 動(dòng)勢(shì)差。兩個(gè)電極之間的電壓信號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。電脈沖數(shù)字 信號(hào)經(jīng)由光纖傳輸模塊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成光脈沖數(shù)字信號(hào)并由光纖引出，或者經(jīng)由無(wú)線傳輸模塊 福射發(fā)送。電源采用光纖電源。光纖電源由光纖和光電轉(zhuǎn)換器組成。光能經(jīng)由光纖傳輸至 光電轉(zhuǎn)換器并由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電能，為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)供電。由于無(wú)導(dǎo) 線與被測(cè)通電導(dǎo)體連接，因此本實(shí)用新型為一無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn) 信號(hào)傳輸?shù)母呓^緣隔離，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)磁飽和的特點(diǎn)，能夠在大的范圍內(nèi)測(cè)量交變和直 流電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型提供一種無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，通過(guò)光纖傳輸光能，光能通過(guò)光電 轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)供電。電脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)由光纖傳輸模塊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成 光脈沖數(shù)字信號(hào)并由光纖引出，或者經(jīng)由無(wú)線傳輸模塊福射發(fā)送。本實(shí)用新型是基于通電 導(dǎo)體產(chǎn)生垂直于電流方向的磁場(chǎng)。導(dǎo)體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子受到由于磁場(chǎng)而引起的洛倫茲力的作 用，在導(dǎo)體內(nèi)電子向?qū)w表面移動(dòng)，因而形成徑向電場(chǎng)。在垂直電流方向的平面內(nèi)，通電導(dǎo) 體中也沿徑向至導(dǎo)體表面間電動(dòng)勢(shì)之差正比于通過(guò)導(dǎo)體電流的平方。采用電極測(cè)量通電導(dǎo) 體中徑向電動(dòng)勢(shì)差。兩個(gè)電極之間的電壓信號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 電脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)由光纖傳輸模塊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成光脈沖數(shù)字信號(hào)并由光纖引出，或者經(jīng)由無(wú) 線傳輸模塊福射發(fā)送。
[0005] 本實(shí)用新型提供一種無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，由于無(wú)導(dǎo)線與被測(cè)通電導(dǎo)體連接， 本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)母呓^緣隔離，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)磁飽和的特點(diǎn)。本實(shí)用新型通 過(guò)測(cè)量固定在通電導(dǎo)體不同部位的兩電極間的電動(dòng)勢(shì)之差來(lái)確定通過(guò)導(dǎo)體的電流，能夠在 大的范圍內(nèi)測(cè)量交變和直流電流。該種新型電流傳感器的測(cè)量范圍廣、響應(yīng)時(shí)間短，能為高 壓和超高壓輸電系統(tǒng)的電流測(cè)量和控制提供一種可靠技術(shù)手段。
[0006] 本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下途徑實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：電流傳感器由通電導(dǎo)體1、電極2、數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)4和光纖電源5組成；兩個(gè)電極2與通電導(dǎo)體1的接觸點(diǎn)分布并 固定在離導(dǎo)體1的軸線不同距離的徑向位置上；兩個(gè)電極2之間的電壓信號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)3放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；電脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)4實(shí)現(xiàn)對(duì)外數(shù)據(jù)傳輸； 電源5對(duì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)4供電。
[0008] 更進(jìn)一步的，光纖電源由光纖和光電轉(zhuǎn)換器組成。光能經(jīng)由光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換 器并由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電能。
[0009] 更進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)4為光纖傳輸模塊系統(tǒng)，或者為無(wú)線傳輸模塊。在數(shù)據(jù) 傳輸系統(tǒng)4為光纖傳輸模塊系統(tǒng)的情況下，光纖傳輸模塊系統(tǒng)由光纖和傳輸模塊構(gòu)成，
[0010] 電脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)由傳輸模塊轉(zhuǎn)換成光脈沖數(shù)字信號(hào)并由光纖引出。在數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)4為無(wú)線傳輸模塊的情況下，電脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)由無(wú)線傳輸模塊福射發(fā)送。
[0011] 更進(jìn)一步的，通電導(dǎo)體1為圓柱狀，或者為筒狀，或者為帶狀。在通電導(dǎo)體1為圓 柱狀的情況下，兩個(gè)電極2與通電導(dǎo)體1的接觸點(diǎn)分布在離導(dǎo)體1的軸線不同距離的徑向 位置上。在通電導(dǎo)體1為筒狀的情況下，兩個(gè)電極2與通電導(dǎo)體1的接觸點(diǎn)分布于筒狀通 電導(dǎo)體1的內(nèi)外兩側(cè)。在通電導(dǎo)體1為帶狀的情況下，兩個(gè)電極2與通電導(dǎo)體1的接觸點(diǎn) 分布在寬的帶面和窄的側(cè)面上。
[0012] 本實(shí)用新型的原理如下：
[0013] 本實(shí)用新型的原理是基于電流在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生垂直于電流方向的磁場(chǎng)。導(dǎo)體內(nèi)運(yùn) 動(dòng)的電子受到由于磁場(chǎng)而引起的洛倫茲力的作用，使電子向?qū)w表面移動(dòng)，因而形成徑向 電場(chǎng)。在垂直電流方向的平面內(nèi)，通電導(dǎo)體從軸線沿徑向至導(dǎo)體表面間電動(dòng)勢(shì)之差正比于 通過(guò)導(dǎo)體電流的平方。設(shè)電流/通過(guò)一長(zhǎng)導(dǎo)體，導(dǎo)體截面積為5；且截面的法向與電流方向 平行，如圖1所示。徑向平均電動(dòng)勢(shì)差為：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：電流傳感器由通電導(dǎo)體（1)、電極（2)、數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)（3)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（4)和光纖電源（5)組成；兩個(gè)電極（2)與通電導(dǎo)體（1)的接 觸點(diǎn)分布并固定在離導(dǎo)體（1)的軸線不同距離的徑向位置上；兩個(gè)電極（2)之間的電壓信 號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（3)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；電脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（4) 對(duì)外傳輸數(shù)據(jù)；光纖電源（5)對(duì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（3)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（4)供電。
2. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：光纖電源（5)由光纖和光 電轉(zhuǎn)換器組成；光能經(jīng)由光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換器并由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電能。
3. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（4)為光纖 傳輸模塊系統(tǒng)；光纖傳輸模塊系統(tǒng)由光纖和傳輸模塊構(gòu)成；電脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)由傳輸模塊 轉(zhuǎn)換成光脈沖數(shù)字信號(hào)并由光纖引出。
4. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（4)為無(wú)線 傳輸模塊；電脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)由無(wú)線傳輸模塊輻射發(fā)送。
5. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：通電導(dǎo)體（1)為圓柱狀， 兩個(gè)電極（2)與通電導(dǎo)體（1)的接觸點(diǎn)分布在距離圓柱狀導(dǎo)體（1)的軸線不同距離的徑向 位置上。
6. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：通電導(dǎo)體（1)為筒狀，兩 個(gè)電極⑵與通電導(dǎo)體⑴的接觸點(diǎn)分布于筒狀通電導(dǎo)體⑴的內(nèi)外兩側(cè)。
7. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：通電導(dǎo)體（1)為帶狀，兩 個(gè)電極（2)與通電導(dǎo)體（1)的接觸點(diǎn)分布在帶狀通電導(dǎo)體（1)寬的帶面和窄的側(cè)面上。
【專利摘要】一種無(wú)導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：電流傳感器由通電導(dǎo)體(1)、電極(2)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)、光纖或無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(4)和光纖電源(5)組成；兩個(gè)電極(2)與通電導(dǎo)體(1)的接觸點(diǎn)分布并固定在離導(dǎo)體(1)的軸線不同距離的徑向位置上；兩個(gè)電極(2)之間的電壓信號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；電脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)由光纖或無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(4)對(duì)外傳輸數(shù)據(jù)；光纖電源(5)對(duì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)和光纖或無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(4)供電。新型電流傳感器無(wú)導(dǎo)線與被測(cè)通電導(dǎo)體連接，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)母呓^緣隔離，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)磁飽和的特點(diǎn)，能夠在大的范圍內(nèi)測(cè)量交變和直流電流。
【IPC分類】G08C23-06, G01R19-25, G08C17-02
【公開號(hào)】CN204330876
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520018430
【發(fā)明人】譚成忠
【申請(qǐng)人】譚成忠
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日