本发明属于电流测量技术，具体涉及一种具有自取电功能的开关柜触头电流测量环。
背景技术：
高压开关柜常见的故障就是过负荷，严重过负荷会引起事故。目前常见的检测手段是测温，负荷过大时温度触头温度会升高，但是只通过温升来判断设备是否出现故障太过单一，无法准确判断是因为设备故障引起的温升还是本身负载过大引起的正常温升，而且这样的检测方法不够直接；而利用罗氏线圈的测量方式测电流在高压下会出现发热的情况，而且体积太大，不利于产品化。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的在于提供一种能够自取电、直接测量、体积小、通过磁场强度来测量电流的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环。
技术方案：本发明包括环形壳体和pcb电路板，pcb电路板设置在环形壳体内部，环形壳体包括上壳体和下壳体，其特征在于：所述pcb电路板包括主控单元、电流测量模块和电场取电模块；所述电流测量模块与主控单元连接；所述电场取电模块用于收集电场能量并储能；所述电流测量模块用于探测负荷电流；所述主控单元用于管理电源、采集和处理电流数据，并将采集的数据传输出去；
下壳体底部设有环形磁芯，pcb电路板设置在环形磁芯上方，环形磁芯上开设一个气隙，在气隙中嵌入tmr磁隧道传感器，tmr磁隧道传感器与pcb电路板固定连接，通过测量磁场强度来计算出触头的负荷电流；利用带气隙的环形磁芯可以防止磁芯饱和，通过测量磁场强度计算负荷电流，较为直接，且测量结构准确。
所述pcb电路板还包括温度测量模块，温度测量模块与主控单元连接，用于感知触头的温度值，以对过热现象做出预警提醒。
所述pcb电路板还包括无线收发模块，无线收发模块与主控单元连接，主控单元通过无线收发模块将采集的温度值和负荷电流传输至外部的接收装置；通过无线方式进行数据传输，免除布线问题
所述pcb电路板还包括电源管理模块、双电源切换模块和备用电池模块，电源管理模块与电场取电模块连接，双电源切换模块、备用电池模块分别连接电源管理模块。
所述电源管理模块将收集到的电场能量转换成稳定的输出，作为双电源切换模块的第一路电源输入，并将多余的电场能量给备用电池充电，保证开关柜停电时还能继续工作一段时间。
所述备用电池模块作为双电源切换模块的第二路电源输入，当设备断电时为双电源切换模块提供备用电源。
所述双电源切换模块中双电源切换芯片u5的第一脚en通过高低电平来选择in1还是in2输出，高电平输出in1，低电平in2输出，实现了电源的双切换。
所述电场取电模块包括整流桥，整流桥交流端的一个脚连接高压带电体，另一个脚连接具有导电能力的取电电极，所述取电电极为面状结构且处于悬浮状态。
所述取电电极与开关柜外壳形成感应电容，感应电容的大小与取电电极的面积成正比；取电电极的面积越大，感应电容就越大，容抗越小通过的电流就越大，最终取到的能量就越多。
所述电源管理模块采用三级不同电压等级的电压监控芯片来控制电路。
所述环形磁芯的材料选用硅钢片，硅钢片材料不易饱和。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)通过环形磁芯气隙处的tmr磁隧道传感器测量磁场强度，根据磁场强度计算出高压开关柜静触头的电流值相对于测温和利用线圈来测量的方式更加直接，不受外部环境影响，而且测量结果更为准确；(2)采用电场取电，自取电解决供电问题，不需要线圈，体积较小，适用面广；(3)当电场取电能量足够多的时候给备用电池充电，保证开关柜停电时还能继续工作一段时间。(4)在线监测电流大小，通过无线传输到接收装置，接收装置就地显示或者上传到运维平台；(5)温度数据采集，监测触头温度数据，防止过热出现事故；(6)通过无线方式进行数据传输，免除布线问题。
附图说明
图1为本发明中pcb电路板的电子控制原理示意图；
图2为图1所示的pcb电路板中电场取电模块的电路图；
图3为图2所示的电场取电模块中的取电示意图；
图4为图1所示的pcb电路板中电源管理模块的电路图；
图5为图1所示的pcb电路板中双电源切换模块的电路图；
图6为本发明的部件拆解图；
图7为本发明的结构示意图；
图8为本发明中pcb板的结构示意图；
图9为图8所述pcb板另一视角的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明作进一步详细介绍。
如图6和图7所示，本发明包括环形壳体和pcb电路板5，环形壳体包括上壳体1和下壳体2，上壳体1和下壳体2通过卡扣结构连接成一个整体，上壳体1的上表面设有用于控制电流测量环启停的推钮3；下壳体2底部设有环形磁芯8，在本实施例中，环形磁芯8的材料选用硅钢片；pcb电路板5设置在环形磁芯8上方，环形磁芯8上开设一个气隙9，在气隙9中嵌入tmr磁隧道传感器6，达到聚磁的目的，tmr磁隧道传感器6与pcb电路板5固定连接，通过测量磁场强度来计算出触头的负荷电流；环形磁芯8上方还设有紧固件7，紧固件7大致呈“凸”字形，其两分支能够在被测触头的外表面上形成两个接触区，以便能够夹紧被测触头。下壳体2内环形磁芯8的外周布置一个取电电极10，且取电电极10沿环形磁芯8的周向延伸，取电电极10的长度超过环形壳体周长的二分之一，取电电极10的面积尽可能大，因为面积越大取到的能量就越多。
如图7至图9所示，pcb电路板5设置在环形壳体内部，包括两块pcb电路板，这样的设计使得本发明更加小巧、结构更加紧凑，一块pcb电路板用于放置电场取电模块51、电源管理模块52、双电源切换模块53和电流测量模块54的元器件，另一块pcb电路板用于放置温度测量模块55、无线收发模块56、主控单元57、备用电池模块58的元器件，无线收发模块包括天线4。另一块pcb电路板做成凸型，tmr磁隧道传感器焊接在凸出部分并且嵌入环形磁芯8的气隙9中。
如图1所示，pcb电路板5包括主控单元57、温度测量模块55、电流测量模块54和电场取电模块51；温度测量模块55和电流测量模块54均与主控单元57连接；电场取电模块51用于收集电场能量，并将收集的电场能量储存将高电压转换成低电压储存到储能电容中；温度测量模块55为温度传感器，用于感知触头的温度值，以对过热现象做出预警提醒；电流测量模块54用于探测负荷电流；主控单元57用于管理电源、采集和处理温度与电流数据，并将采集的数据传输出去。
pcb电路板5还包括无线收发模块56，无线收发模块与主控单元连接，主控单元通过无线收发模块将采集的温度值和负荷电流传输至外部的接收装置。
pcb电路板5还包括电源管理模块52、双电源切换模块53和备用电池模块58，电源管理模块52与电场取电模块51连接，双电源切换模块53、备用电池模块58分别连接电源管理模块52。电源管理模块52将收集到的电场能量转换成稳定的输出，作为双电源切换模块53的第一路电源输入，并将多余的电场能量给备用电池充电。
备用电池模块作为双电源切换模块53的第二路电源输入，当设备断电时为双电源切换模块53提供备用电源。
如图2所示，电场取电模块51包括二极管d1、电压自触发二极管d2、整流桥d3、稳压二极管d4、第一电容c1、脉冲变压器u1、储能电容ec1，整流桥d3中交流端的1、2脚中的任何一个脚直接高压带电体，另一个脚连接具有导电能力的取电电极10，取电电极10为面状结构且处于悬浮状态。取电电极10与开关柜外壳形成感应电容，而有电流从1和2脚流过，经过桥堆整流成直流后给第一电容c1充电，第一电容c1是一个高压电容用于初级储能；当第一电容c1上的电压充电到电压自触发二极管d2的触发电压时，电压自触发二极管d2导通，电压自触发二极管d2非常的关键，是一个漏电极小的二极管，否则第一电容c1上的电压很难充上去；脉冲变压器u1将电压自触发二极管d2导通后的高电压低电流变化成低电压大电流，经过二极管d1快速整流后给储能电容ec1进行储能。稳压二极管d4的稳压电压小于储能电容ec1的耐压，保护储能电容ec1。
如图3所示，2个圆点分别是桥堆的交流级，一端接铜排、电缆等高压带电体，一端接悬浮电极，c0是与大地之间的感应电容，取电电极10的面积越大，感应电容越大，容抗越小通过的电流越大，取到的能量就越多，即感应电容的大小与取电电极10的面积成正比。
如图4所示，电源管理模块52采用三级不同电压等级的电压监控芯片来控制电路，当取到的能量达到器件的输出电压时(如2.0v)，第一级低电压监测芯片u4工作，ven输出高电平，q1打开，agnd与gdn连通；当充电电压达到第二级中电压时(如3.0v)，第二级低电压监测芯片u2工作，同时，给备用电池b1充电，把多余的能量通过备用电池存储起来；当充电电压达到第三级高电压监测芯片u2的最高工作电压时(如3.6v)，电压不允许再升高，通过r2将能量消耗掉。不需要备用电池时只需要二级比较即可，即只需要第一级低电压监测芯片u4和第三级高电压监测芯片u2；当电场能量弱时，首先第三级高电压不输出，其次电压再降低后第二级中电压不输出，优先保证低电压输出。当电压低到无法满足低电压输出时将启用备用电池，备用电池也可以是超级电容。
如图5所示，双电源切换模块53包括第二电容c2、第三电容c3、双电源切换芯片u5、第二储能电容ec2，双电源切换芯片u5的in1和in2为2路输入，in1接电场取电的储能电压，in2接备用电池，双电源切换芯片u5的第一脚en通过高低电平来选择vout输出哪一路，ven为高电平时输出in1，ven为低电平时输出in2，ven电平与in1电平为相平，当能取到足够第一级低电压打开时ven为高，即为电场取电作为供电电源，否则则用备用电池作为电源。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
1.一种具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，包括环形壳体和pcb电路板(5)，pcb电路板(5)设置在环形壳体内部，环形壳体包括上壳体(1)和下壳体(2)，其特征在于：所述pcb电路板(5)包括主控单元(57)、电流测量模块(54)和电场取电模块(51)；所述电流测量模块(54)与主控单元(57)连接；所述电场取电模块(51)用于收集电场能量并储能；所述电流测量模块(54)用于探测负荷电流；所述主控单元(57)用于管理电源、采集和处理电流数据，并将采集的数据传输出去；
下壳体(2)底部设有环形磁芯(8)，pcb电路板(5)设置在环形磁芯(8)上方，环形磁芯(8)上开设一个气隙(9)，在气隙(9)中嵌入tmr磁隧道传感器(6)，tmr磁隧道传感器(6)与pcb电路板(5)固定连接，通过测量磁场强度来计算出触头的负荷电流。
2.根据权利要求1所述的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，其特征在于：所述pcb电路板(5)还包括温度测量模块(55)，温度测量模块(55)与主控单元(57)连接，用于感知触头的温度值。
3.根据权利要求2所述的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，其特征在于：所述pcb电路板(5)还包括无线收发模块(56)，无线收发模块(56)与主控单元(57)连接，主控单元(57)通过无线收发模块(56)将采集的温度值和负荷电流传输至外部的接收装置。
4.根据权利要求1所述的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，其特征在于：所述pcb电路板(5)还包括电源管理模块(52)、双电源切换模块(53)和备用电池模块(58)，电源管理模块(52)与电场取电模块(51)连接，双电源切换模块(53)、备用电池模块(58)分别连接电源管理模块(52)。
5.根据权利要求4所述的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，其特征在于：所述电源管理模块(52)将收集到的电场能量转换成稳定的输出，作为双电源切换模块(53)的第一路电源输入，并将多余的电场能量给备用电池充电。
6.根据权利要求5所述的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，其特征在于：所述备用电池模块(58)作为双电源切换模块(53)的第二路电源输入，当设备断电时为双电源切换模块(53)提供备用电源。
7.根据权利要求6所述的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，其特征在于：所述双电源切换模块(53)中双电源切换芯片u5的第一脚en通过高低电平来选择in1还是in2输出，高电平输出in1，低电平in2输出。
8.根据权利要求1所述的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，其特征在于：所述电场取电模块(51)包括整流桥，整流桥交流端的一个脚连接高压带电体，另一个脚连接具有导电能力的取电电极(10)，所述取电电极(10)为面状结构且处于悬浮状态。
9.根据权利要求8所述的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，其特征在于：所述取电电极(10)与开关柜外壳形成感应电容，感应电容的大小与取电电极(10)的面积成正比。
10.根据权利要求4所述的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，其特征在于：所述电源管理模块采用三级不同电压等级的电压监控芯片来控制电路。
11.根据权利要求1所述的具有自取电功能的开关柜触头电流测量环，其特征在于：所述环形磁芯(8)的材料选用硅钢片。
技术总结