专利名称：数字绝缘监测传感器及测试漏电流的方法
技术领域：
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种数字绝缘监测传感器及测试漏电流的方法。
背景技术：
绝缘监测装置用于变电站、发电厂直流系统母线和馈线屏的接地漏电流检测，是实现直流系统接地故障检测和故障定位的重要核心部件。针对直流系统的绝缘监测传感器，目前市场上有磁调制式、电压输出型、电流输出型和PWM输出型漏电流互感器。其中，电压输出型漏电流互感器需要正负双电源供电，抗干扰能力差。电流输出型漏电流互感器的抗干扰能力虽然稍强，但也需要正负双电源供电，且功耗相对较大，成本相 对较高。另外，上述两种漏电流互感器中的部分产品由于采用了运放而导致零点漂移，及零点的长期稳定性较差。脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)输出型漏电流传感器，使用运放组成自激振荡器，也需要双电源供电，且传感器零点漂移难于控制，信号输出容易受走线布线的分布电容影响，一致性较差，很难实现满量程优良的线性度。综上，现有的上述若干种漏电流传感器需要采用正负双电源供电，成本较高，且抗干扰性能不够强，监测结果的零点稳定性差，线性度不够好。
发明内容
本发明实施例提供一种数字绝缘监测传感器及测试漏电流的方法，以解决现有的漏电流传感器成本较高，抗干扰性能不够强，监测结果的零点稳定性差和线性度不够好的技术问题。一种数字绝缘监测传感器，包括激励单元和测控单元；
所述激励单元，用于根据测控单元发出的充电指示，使激励电压源周期性地正向或反向通过电感线圈对电容进行充电；
所述测控单元，用于按照设定的切换频率向所述激励单元发出充电指示，获取所述电容的第一电压上升时间和第二电压上升时间，根据所述第一电压上升时间和第二电压上升时间的差值计算漏电流的大小；
其中，所述第一电压上升时间是指激励电压源正向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的电压上升时间；所述第二电压上升时间是指激励电压源反向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的电压上升时间。一种采用上述数字绝缘监测传感器测试漏电流的方法，包括
测控单元按照设定的切换频率生成并发出充电指示；
激励单元获取并根据所述充电指示，使激励电压源周期性地正向或反向通过电感线圈对电容进行充电；
测控单元获取所述电容的第一电压上升时间和第二电压上升时间，其中，所述第一电压上升时间是指激励电压源正向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的电压上升时间；所述第二电压上升时间是指激励电压源反向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的电压上升时间；
测控单元根据所述第一电压上升时间和第二电压上升时间的差值计算漏电流的大小。本发明实施例提供的数字绝缘监测传感器，仅采用一个电压源，简化了系统结构，降低了成本；通过采用依次进行正向或反向激励的技术手段，使测试结果的零点稳定性和线性度较更好，抗干扰性能更强。
图I是本发明实施例提供的数字绝缘监测传感器的结构示意图； 图2是本发明实施例中的一个仿真示意 图3是本发明实施例中的一个工作波型的示意 图4是本发明实施例的电流环通讯电路的原理 图5是本发明实施例提供的测试漏电流的方法的流程图。
具体实施例方式本发明实施例提供一种数字绝缘监测传感器，可以解决现有的漏电流传感器成本高，抗干扰性能不够强，监测结果的零点稳定性和线性度不够好的技术问题。本发明实施例还提供相应的测试漏电流的方法。以下分别进行详细说明。实施例一、
请参考图1，本发明实施例提供一种数字绝缘监测传感器，包括激励单元和测控单元。所述激励单元，用于根据测控单元发出的充电指示，使激励电压源周期性地正向或反向通过电感线圈对电容进行充电。所述测控单元，用于按照设定的切换频率向激励单元发出充电指示，获取所述电容的第一电压上升时间和第二电压上升时间，根据所述第一电压上升时间和第二电压上升时间的差值计算漏电流的大小。所述第一电压上升时间是指激励电压源正向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的电压上升时间；所述第二电压上升时间是指激励电压源反向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的电压上升时间。可选的，所述激励单元包括串联的激励电压源6和电容8以及通过激励切换开关2、3、4、5串接在所述激励电压源6和电容8之间的电感线圈I。所述激励切换开关2、3、4、5与所述测控单元连接，用于根据测控单元的充电指示，周期性的改变所述电感线圈I的接入方向。可选的，所述激励切换开关包括两个正向激励切换开关2、3和两个反向激励切换开关4、5，其中，所述的两个正向激励切换开关2、3用于将所述电感线圈I正向串接在所述激励电压源6和电容8之间，所述的两个反向激励切换开关4、5用于将所述电感线圈I反向串接在所述激励电压源6和电容8之间。可选的，所述测控单元包括模拟比较器9，基准源7，微处理器10，电流环通信电路11和接线端子17 ;所述模拟比较器9的正向输入端与所述电容8的正极相连，反向输入端与所述基准源7相连，输出端与所述微处理器的定时器外部捕捉输入端18相连，所述模拟比较器9用于获取并比较所述电容8的电压和所述基准源7的电压，并根据比较结果输出触发信号给所述微处理器10 ;所述微处理器10与所述激励切换开关，电流环通信电路11以及接线端子17连接，用于根据所述触发信号，生成并发送充电指示给所述激励切换开关，以及获取所述电容8的第一电压上升时间和第二电压上升时间，根据所述第一电压上升时间和第二电压上升时间的差值计算漏电流的大�。ü龅缌骰吠ㄐ诺缏�11和接线端子17与外部连接的检测设备通信。进一步的，所述激励切换开关可以采用电子开关或多路复用器。进一步的，所述激励单元中的电感线圈，电容以及激励切换开关组成的二阶电路工作在过阻尼状态。进一步的，所述激励电压源正向或反向通过电感线圈对电容进行充电时的激励频率相等，相位差固定。可选的，所述微处理器还可用于采用检测电压方式检测馈线开关的状态。
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综上，本发明实施例提供了一种数字绝缘监测传感器，通过仅采用一个电压源，具有系统结构简单，成本低的优点；通过采用依次进行正向或反向激励的技术手段，使得测试结果的零点稳定性和线性度较传统的同类传感器有更加优良，且抗干扰性能更强。实施例二、
本实施例中，所述激励单元中的电感线圈采用坡莫合金铁心线圈，所述测控单元中的微处理器采用嵌入式微处理器。于是，本实施例提供的数字绝缘监测传感器，包括坡莫合金铁心线圈I、正向激励切换开关2、3，反向激励切换开关4、5、激励电压源6、充电电容8、基准源7、模拟比较器9、嵌入式微处理器10、电流环通讯电路11、以及接线端子17。连接关系如图I所示
激励单元中莫合金铁心线圈I的正极分别与正向激励切换开关2和反向激励切换开关5的一端相连，莫合金铁心线圈I的负极分别与正向激励切换开关3和反向激励切换开关4的一端相连，正向激励切换开关2和反向激励切换开关4的另一端与激励电压源6的正极相连，正向激励切换开关3和反向激励切换开关5的另一端与电容6的正极相连，激励电压源6的负极与电容6的负极接地；可选的，还可以再电容的正极与负极之间并联一个电阻。莫合金铁心线圈1，正向激励切换开关2、3或反向激励切换开关4、5及电容6组成二阶RLC串联电路。测控单元中模拟比较器9的正向输入端与电容8的正极相连，模拟比较器9的反向输入端与基准源7的正极相连，基准源7的负极接地，模拟比较器9的输出端与嵌入式微处理器10的定时器外部捕捉输入端18相连；嵌入式微处理器10还与激励切换开关2、3、4、5，电流环通讯电路11、以及接线端子17的引脚12相连，接线端子17的引脚15、16与外部电源相连，为数字绝缘监测传感器供电；接线端子17的引脚14、15 —边与电流环通讯电路11连接，一边与外部设备连接，通过价格低廉的电流环通讯方式，实现接收和发送数据。正常工作时，微处理器(MCU)周期性的投切正向激励切换开关2、3以及反向激励切换开关4、5，从而使激励电压源周期性地正向或反向通过电感线圈I对电容8进行充电；SP，MCU在一个充电周期内将正向激励切换开关2、3闭合，将反向激励切换开关4、5断开，激励电压源6正向通过电感线圈I对电容8进行充电，这时激励电流在铁心中感应的磁通方向与漏电流在铁心中感应的磁通方向一致，称之为正向激励；在下一个相邻的充电周期内，MCU将正向激励切换开关2、3断开，将反向激励切换开关4、5闭合，激励电压源6反向通过电感线圈I对电容8进行充电，这时激励电流在铁心中感应的磁通方向与漏电流在铁心中感应的磁通方向相反，称之为反向激励。通过在MCU中设定适当的切换频率，周期性控制正反向激励切换开关，可以使每个激励周期内对电容8的电压Uc是一个二阶电路的零状态响应；其简化的微分方程为
权利要求
1.一种数字绝缘监测传感器，其特征在于，包括激励单元和测控单元； 所述激励单元，用于根据测控单元发出的充电指示，使激励电压源周期性地正向或反向通过电感线圈对电容进行充电； 所述测控单元，用于按照设定的切换频率向所述激励单元发出充电指示，获取所述电容的第一电压上升时间和第二电压上升时间，根据所述第一电压上升时间和第二电压上升时间的差值计算漏电流的大�。� 其中，所述第一电压上升时间是指激励电压源正向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的电压上升时间；所述第二电压上升时间是指激励电压源反向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的电压上升时间。
2.根据权利要求I所述的数字绝缘监测传感器，其特征在于 所述激励单元包括串联的激励电压源和电容以及通过激励切换开关串接在所述激励电压源和电容之间的电感线圈； 所述激励切换开关与所述测控单元连接，用于根据测控单元的充电指示，周期性的改变所述电感线圈的接入方向。
3.根据权利要求2所述的数字绝缘监测传感器，其特征在于 所述激励切换开关包括两个正向激励切换开关和两个反向激励切换开关，其中，所述的两个正向激励切换开关用于将所述电感线圈正向串接在所述激励电压源和电容之间，所述的两个反向激励切换开关用于将所述电感线圈反向串接在所述激励电压源和电容之间。
4.根据权利要求2所述的数字绝缘监测传感器，其特征在于，所述测控单元包括模拟比较器，基准源，微处理器，电流环通信电路和接线端子； 所述模拟比较器的正向输入端与所述电容的正极相连，反向输入端与所述基准源相连，输出端与所述微处理器的定时器外部捕捉输入端相连，所述模拟比较器用于获取并比较所述电容的电压和所述基准源的电压，并根据比较结果输出触发信号给所述微处理器； 所述微处理器与所述激励切换开关，电流环通信电路以及接线端子连接，用于根据所述触发信号，生成并发送充电指示给所述激励切换开关，以及获取所述电容的第一电压上升时间和第二电压上升时间，根据所述第一电压上升时间和第二电压上升时间的差值计算漏电流的大小，通过所述电流环通信电路和接线端子与外部连接的检测设备通信。
5.根据权利要求2、3或4所述的数字绝缘监测传感器，其特征在于 所述激励切换开关采用电子开关或多路复用器。
6.根据权利要求2、3或4所述的数字绝缘监测传感器，其特征在于 所述激励单元中的电感线圈，电容以及激励切换开关组成的二阶电路工作在过阻尼状态。
7.根据权利要求2、3或4所述的数字绝缘监测传感器，其特征在于 所述激励电压源正向或反向通过电感线圈对电容进行充电时的激励频率相等，相位差固定。
8.根据权利要求2、3或4所述的数字绝缘监测传感器，其特征在于 所述微处理器还用于采用检测电压方式检测馈线开关的状态。
9.一种采用如权利要求I所述数字绝缘监测传感器测试漏电流的方法，其特征在于，所述方法包括测控单元按照设定的切换频率生成并发出充电指示； 激励单元获取并根据所述充电指示，使激励电压源周期性地正向或反向通过电感线圈对电容进行 充电； 测控单元获取所述电容的第一电压上升时间和第二电压上升时间，其中，所述第一电压上升时间是指激励电压源正向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的电压上升时间；所述第二电压上升时间是指激励电压源反向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的电压上升时间； 测控单元根据所述第一电压上升时间和第二电压上升时间的差值计算漏电流的大小。
全文摘要
本发明公开了一种数字绝缘监测传感器，包括激励单元和测控单元；所述激励单元，用于根据测控单元发出的充电指示，使激励电压源周期性地正向或反向通过电感线圈对电容进行充电；所述测控单元，用于按照设定的切换频率向所述激励单元发出充电指示，分别获取激励电压源正向或反向通过电感线圈对电容进行充电时，所述电容的第一电压上升时间和第二电压上升时间，根据所述第一电压上升时间和第二电压上升时间的差值计算漏电流的大小。本发明还提供相应的测试漏电流的方法。本发明技术方案仅采用一个电压源，简化了系统结构，降低了成本；通过采用依次进行正向或反向激励的技术手段，使测试结果的零点稳定性和线性度较更好，抗干扰性能更强。
文档编号G01R19/00GK102788930SQ20121033379
公开日2012年11月21日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者曹红喜, 李仲卿, 翦志强 申请人:深圳市金宏威技术股份有限公司
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