CN114994389A - 一种磁超导微直流检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微直流检测技术领域，尤其涉及一种磁超导微直流检测装置及方法，所述检测装置包括：激励模块，输出激励电压；一级检测线圈，在所述激励电压的作用下形成磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出初级响应信号；二级检测线圈，在所述初级响应信号的作用下形成半磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出终极响应信号，输出稳定的测量信息。本发明可以准确地检测待测电缆中的微小电流。
Description
技术领域
本发明涉及微直流检测技术领域，尤其涉及一种磁超导微直流检测装置及方法，主要用于实现对微直流的检测。
背景技术
在电缆回路中，测量微直流成分馈出电缆导体中有高达千安的交流电流，在该交流电流的磁场叠加下，检测单元磁芯的工作状态将发生极大的变化，其输出状态亦将会很大不同；单相导体有高达千安的交流电流，承载的电力电缆需要4-6根，外径尺寸在400-500mm,磁芯的平均直径越大，输出信号越微弱，信噪比亦将越低，很难精准地检测微弱微弱电流的大小。
发明内容
本发明提供了一种磁超导微直流检测装置及方法，本发明采用一级检测线圈、二级检测线圈，与待检测电缆之间发生磁感应，利用磁感应强度实现将感应到的电流进行放大处理，进而检测、捕捉到微小的电流信号。
本发明提供了一种磁超导微直流检测装置，所述检测装置包括：
激励模块，输出激励电压；
一级检测线圈，在所述激励电压的作用下形成磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出初级响应信号；
二级检测线圈，在所述初级响应信号的作用下形成半磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出终极响应信号，输出稳定的测量信息。
本发明的检测装置中，激励模块输出激励电压，在激励电压的作用下使得一级检测线圈达到磁饱和状态，使得一级检测线圈的磁导率的灵敏度处于最佳状态，进而感应到待检测电缆的电流信号，并作出初级响应信号，初级响应信号使得二级检测线圈形成半磁饱和状态，进而使得二级检测线圈感应到待检测电缆中的电流信号，并作出终极响应信号，输出稳定的测量信息。本发明采用一级检测线圈、二级检测线圈，与待检测电缆之间发生磁感应，利用磁感应强度实现将感应到的电流进行放大处理，进而检测、捕捉到微小的电流信号。
可选地，所述激励模块输出的激励电压为倍频方波激励电压。
可选地，所述检测装置还包括：
采集卡，用于采集所述一级检测线圈的电压信号和所述二级检测线圈的电压信号，并将所采集的电压信号转换成电流信号，并根据所述电流信号判断所述磁环线圈是否达到磁饱和状态。
可选地，所述输出模块还包括一级线圈与二级线圈；
所述一级线圈位于所述一级检测线圈的外侧，所述二级线圈位于所述二级检测线圈的外侧。
可选地，所述一级检测线圈、所述二级检测线圈均为交流线圈；
所述一级线圈、二级线圈均为直流线圈。
可选地，所述二级线圈与所述一级线圈相反，用以抵消交流信号对所述二级线圈与所述一级线圈的影响。
可选地，所述一级检测线圈和所述二级检测线圈形成互感绕组，所述互感设有多组。
可选地，所述一级检测线圈与所述二级检测线圈之间设有二级放大线圈，用于将一级检测线圈输出的初级响应信号进行放大处理。
第二方面，本发明的实施例提供了一种磁超导微直流检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
输出激励电压；
在所述激励电压的作用下形成磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出初级响应信号；
在所述初级响应信号的作用下形成半磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出终极响应信号，输出稳定的测量信息。
有益效果
本发明中激励模块输出的激励电压为倍频方波激励电压，可以逐渐增大输入一级检测线圈中的电压，使得一级检测线圈中的磁感应强度越大，进而使得一级检测线圈对应待检测电缆中微小电流的感应越灵敏，当激励电压增大到一定值时，一级检测线圈达到磁饱和状态，此时一级检测线圈对待检测电缆中微小电流的感应处于灵敏度最高的状态。因此，倍频方波激励电压便于使得一级检测线圈对待检测电缆中微小电流的感应处于灵敏度最高的状态。
采集卡采集一级检测线圈的电压信号和二级检测线圈的电压信号，并将所采集的电压信号转换成电流信号，并根据电流信号判断磁环线圈是否达到磁饱和状态，便于确定输出的初级感应信号是否达到一级检测线圈可输出的最大值，以确保输入到二级检测线圈的初级感应信号值稳定，进而确保输出的终极响应信号值稳定。
一级线圈位于一级检测线圈的外侧，二级线圈位于二级检测线圈的外侧，形成比较电路，用于将对应的一级检测线圈和二级检测线圈中输出的初级响应信号、终极响应信号由模拟信号转换为数字信号，以便进行后续的计算处理。
一级检测线圈、二级检测线圈均为交流线圈，适应于与待检测电缆中的电流信号作出互感后产生的交流电，以免确保一级检测线圈和二级检测线圈的安全，而一级线圈、二级线圈均为直流线圈，便于直接检测。
一级检测线圈和二级检测线圈形成互感绕组，互感设有多组，进行多级放大，便于对待检测电缆中电流的检测。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。
图1示出了本发明的实施例的一种磁超导微直流检测装置的结构示意图；
图2示出了本发明的实施例的一种磁超导微直流检测方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
需要说明的是，本发明实施例描述的仅仅是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例提供的技术方案的限定。
以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图1示出了本发明的实施例的一种磁超导微直流检测装置的结构示意图；参见图1，所述检测装置包括：
激励模块10，输出激励电压；
一级检测线圈20，在所述激励电压的作用下形成磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出初级响应信号；
二级检测线圈30，在所述初级响应信号的作用下形成半磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出终极响应信号，输出稳定的测量信息。
本实施例中，激励模块10向一级检测线圈20输出激励电压，使得一级检测线圈20中有电流，一级检测线圈20位于待检测电缆的外面，且待检测电缆中有电流，使得一级检测线圈20中产生磁场，进而使得一级检测线圈20与待检测电缆之间产生磁感应，使得一级检测线圈20感应到待检测电缆中的电流信号，并作出初级响应信号。一级检测线圈20中有电流穿过，产生的磁场作用于第二检测线圈，一级检测线圈20与二级检测线圈30之间互感耦合，即初级响应信号作用于二级检测线圈30，由于，初级响应信号与待检测电缆中的电流信号成正比，因此在一级检测线圈20达到饱和的时候，一级检测线圈20产生的初级响应信号就处于最大的状态，因此输入二级检测线圈30的电流就为最大值，即使输入一级检测线圈20的激励电压值再大，也不会使得初级感应信号出现变动，即输入到二级检测线圈30中的初级感应信号值稳定，而稳定的初级感应信号作用于二级检测线圈30，使得二级检测线圈30达到半磁饱和状态，进而使得二级检测线圈30输出终极响应信号，此时的终极响应信号的值也较为稳定，便于测量。由于二级检测线圈30是半磁饱和状态，输出的终极响应信号小于二级检测线圈30可输出的极限值，因此，半磁饱和状态的二级检测线圈30输出的终极响应信号值可作为测量值输出，进而实现了检测待测电缆中的微小电流。
综上所述，本实施例中的检测装置中的激励模块10输出激励电压；一级检测线圈20在所述激励电压的作用下形成磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出初级响应信号；二级检测线圈30在所述初级响应信号的作用下形成半磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出终极响应信号，输出稳定的测量信息，本实施例中的检测装置可以准确地检测待测电缆中的微小电流。
具体地，本实施例中所述激励模块10输出的激励电压为倍频方波激励电压，所述的倍频方波激励电压即成倍的增加输出的激励电压，使得激励模块10输出的激励电压逐渐变大，以逐渐使得一级检测线圈20在激励电压的作用下达到磁饱和状态，使得一级检测线圈20对待检测电缆的磁感应强度达到一个最大的状态，即使得一级检测线圈20能够更灵敏地感应到待检测电缆中的电流。其中，一级检测线圈20感应到待检测电缆中的电流时，作出初级响应信号，本实施例中所述初级响应信号可以为电压，也可以为电流，所述的作出初级响应信号即输出电压或输出电流。
具体地，所述检测装置还包括：采集卡40，用于采集所述一级检测线圈20的电压信号和所述二级检测线圈30的电压信号，并将所采集的电压信号转换成电流信号，并根据所述电流信号判断所述磁环线圈是否达到磁饱和状态。本实施例中的采集卡40实时检测一级检测线圈20和二级检测线圈30中的电压信号，然后将电压信号转换为电流信号，并利用电流信号计算出磁感应强度，根据磁感应强度计算相应的一级检测线圈20与二级检测线圈30中的磁通量，每计算得到一个磁通量值便暂时记录并缓存，并记录计算得到该磁通量的时间，通过判断该磁通量与上一次记录的磁通量的大小是否一样，若两磁的磁通量一样，则对应的一级检测线圈20或二级检测线圈30达到磁饱和状态，否则，对应的一级检测线圈20或二级检测线圈30未达到磁饱和状态。具体地，由于在激励模块10的作用下，输出一级检测线圈20中的激励电压逐渐增大，电压的增大有一个时间段，输出激励电压大小不同，磁通量也不同，为了提高采集卡40判断的准确性，本实施例中，采集卡40采集对应的一级检测线圈20和二级检测线圈30中的电压信号的时间间隔大于或等于激励模块10每次倍频激励电压的时间间隔。
具体地，所述输出模块还包括一级线圈50与二级线圈60；所述一级线圈50位于所述一级检测线圈20的外侧，所述二级线圈60位于所述二级检测线圈30的外侧。一级线圈50将一级检测线圈20中的电压信号输入一级线圈50，一级线圈50输出对应的输出后电压信号，其中，输入一级线圈50的电压信号为模拟信号，一级线圈50输出的输出后电压信号为数字信号，达到模拟信号到数字信号的转变；同样，二级线圈60将二级检测线圈30中的电压信号输入二级线圈60，二级线圈60输出对应的输出后电压信号，其中，输入二级线圈60的电压信号为模拟信号，二级线圈60输出的输出后电压信号为数字信号，达到模拟信号到数字信号的转变，便于后续的计算处理，便于对一级检测线圈20和二级检测线圈30中输出的初级响应信号、终极响应信号进行后续的计算处理。
具体地，所述一级检测线圈20、所述二级检测线圈30均为交流线圈；所述一级线圈50、二级线圈60均为直流线圈。一级检测线圈20和二级检测线圈30为交流线圈，适应于与待检测电缆形成的磁场中相互感应而产生交流电（即一级检测线圈20产生的初级响应信号为交流电，一级检测线圈20产生的终极响应信号也为交流电），以免造成电路烧毁，但是为了便于记录与输出稳定的电流或电压值，一级线圈50与二级线圈60为直流线圈，具体地，可以在一级检测线圈20与一级线圈50之间连接一个二极管，将一级检测线圈20中的交流电转化为直流电输入一级线圈50；同理，可以在二级检测线圈30与二级线圈60之间连接一个二极管，将二级检测线圈30中的交流电转化为直流电输入二级线圈60，进而使得一级检测线圈20与二级检测线圈30输出的电流为稳定的直流电。
具体地，所述二级线圈60与所述一级线圈50相反，用以抵消交流信号对所述二级线圈60与所述一级线圈50的影响。即二级线圈60与一级线圈50之间的电流的方向相反。
具体地，所述一级检测线圈20和所述二级检测线圈30形成互感绕组，所述互感设有多组。一级检测线圈20与二级检测线圈30利用彼此之间的磁感应强度的大小将感应到的待检测电缆中的电流进行放大处理。一级检测线圈20与二级检测线圈30形成互感绕组，可对待检测电缆中的微小信号进行一次放大处理，本实施例中的互感绕组可设有多个，可对待检测电缆中的微小信号进行多级的放大处理，从而使得检测时能够捕捉到微小的信号。
具体地，所述一级检测线圈20与所述二级检测线圈30之间设有二级放大线圈70，用于将一级检测线圈20输出的初级响应信号进行放大处理。通过二级放大线圈70对一级检测线圈20中输出的初级信号进行放大处理，然后，二级放大线圈70输出初级检测信号经过放大后形成的二级信号，二级信号激励二级检测线圈30，使得输入二级检测线圈30中的电流增大，进而使得二级检测线圈30与待检测电缆中之间的磁场强度加强，进一步提高二级检测线圈30对待检测电缆中微小电流的感应强度。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种磁超导微直流检测方法，可以应用于上述实施例中所描述的一种磁超导微直流检测装置，如下面实施例所述：由于该一种磁超导微直流检测方法解决问题的原理与一种磁超导微直流检测装置相似，因此一种磁超导微直流检测方法的实施可以参见一种磁超导微直流检测装置的实施，重复之处不再赘述。
图2示出了本发明的实施例的一种磁超导微直流检测方法的流程图。参见图2，所述检测方法包括：
S1.输出激励电压；
S2.在所述激励电压的作用下形成磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出初级响应信号；
S3.在所述初级响应信号的作用下形成半磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出终极响应信号，输出稳定的测量信息。
本实施例中的所述检测方法首先输出激励电压；在所述激励电压的作用下感应到待检测电缆的电流信号，作出初级响应信号；然后根据所述初级响应信号激励电流；最后在所述激励电流的作用下形成半磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出终极响应信号，输出稳定的测量信息。本实施例中，通过所述检测方法可以准确地检测待测电缆中的微小电流。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (9)
1.一种磁超导微直流检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：
激励模块，输出激励电压；
一级检测线圈，在所述激励电压的作用下形成磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出初级响应信号；
二级检测线圈，在所述初级响应信号的作用下形成半磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出终极响应信号，输出稳定的测量信息。
2.根据权利要求1所述的一种磁超导微直流检测装置，其特征在于：
所述激励模块输出的激励电压为倍频方波激励电压。
3.根据权利要求1所述的一种磁超导微直流检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：
采集卡，用于采集所述一级检测线圈的电压信号和所述二级检测线圈的电压信号，并将所采集的电压信号转换成电流信号，并根据所述电流信号判断所述磁环线圈是否达到磁饱和状态。
4.根据权利要求1所述的一种磁超导微直流检测装置，其特征在于：
所述输出模块还包括一级线圈与二级线圈；
所述一级线圈位于所述一级检测线圈的外侧，所述二级线圈位于所述二级检测线圈的外侧。
5.根据权利要求4所述的一种磁超导微直流检测装置，其特征在于：
所述一级检测线圈、所述二级检测线圈均为交流线圈；
所述一级线圈、二级线圈均为直流线圈。
6.根据权利要求5所述的一种磁超导微直流检测装置，其特征在于：
所述二级线圈与所述一级线圈相反，用以抵消交流信号对所述二级线圈与所述一级线圈的影响。
7.根据权利要求1所述的一种磁超导微直流检测装置，其特征在于：
所述一级检测线圈和所述二级检测线圈形成互感绕组，所述互感设有多组。
8.根据权利要求1所述的一种磁超导微直流检测装置，其特征在于：
所述一级检测线圈与所述二级检测线圈之间设有二级放大线圈，用于将一级检测线圈输出的初级响应信号进行放大处理。
9.一种磁超导微直流检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
输出激励电压；
在所述激励电压的作用下感应到待检测电缆的电流信号，作出初级响应信号；
根据所述初级响应信号激励电流；
在所述激励电流的作用下形成半磁饱和状态，感应到待检测电缆的电流信号，作出终极响应信号，输出稳定的测量信息。
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