【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能量收集，更具体地，涉及一种无源电流感知的能量和信号一体化采集装置。
技术介绍
1、随着电力电子装置的大规模发展，对于电力电子的设备实时监测和分析当前运行状态，保证装置的安全可靠运行至关重要。通过对传输能量和信号的同时感知，基于传输的能量能够为信号传输或后端其它传感器提供能量；并且综合考虑传输能量和信号信息，获得更加全面的数据，也有利于准确分析和实时判断当前的工况。
2、在对磁场能量和信息收集的装置中，一般通过能量收集器从外部磁场中获取磁场能量，并进行后端处理，将其转换为可用的能量形式；通过信号采集器采集外部磁场信号，并进行后端处理，将其转换为数字信号或其他可处理形式的信号。
3、根据应用场合不同，目前同时获取磁场能量和信号的方式主要包括以下几种：第一种，通过电磁感应式无线电能传输，基于电磁感应原理，将电能和信号从发射线圈传输至接收线圈，这种方式需要人为产生信号进行传输，是有源信号传输，主要广泛应用于轨道交通、家用电器、医疗设备、电动汽车等领域；第二种，射频的能量收集和信号采集天线，例如手机基站、电视信号发射塔和wifi路由器等发射信号的天线，接收信号的天线属于射频能量收集器的一部分，通过它接收外界的射频信号来进行后续工作；第三种，通过侵入式工频磁场能量采集，基于电流互感器的原理，环形磁芯环绕源端导线电流进行磁场能量采集，再通过额外的信号采集模块进行信号采集，这种方式为无源信号感知，多应用于高压输电线路的在线监测。
4、针对应用于高压输电线路在线监测的无源电流感知的磁场能量和信号
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种无源电流感知的能量和信号一体化采集装置，其目的在于实现信号采集和能量收集的一体化设计，并且提升信号采集的准确度。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种无源电流感知的能量和信号一体化采集装置，包括：
3、磁芯、绕制在所述磁芯中柱上的线圈、能量传输支路、储能元件、控制电路及信号还原电路；
4、其中，所述线圈在由外部交流磁场所感应产生的源端电流作用下产生交流感应电压，并经所述能量传输支路整流升压后为所述储能元件充电；
5、所述控制电路用于当所述储能元件输出电压低于预设上阈值电压时，控制所述线圈与所述能量传输支路导通，以对所述储能元件充电；当所述储能元件输出电压达到预设上阈值电压时，控制所述线圈与所述能量传输支路断开，且导通储能元件与信号还原电路，以使所述储能元件向所述信号还原电路供电；且当所述储能元件放电电压达到预设下阈值电压时，再次控制所述线圈与所述能量传输支路导通，以此实现能量和信号的一体化采集；
6、所述信号还原电路用于基于所述交流感应电压与源端电流之间呈微分关系，还原源端电流的幅值和相位。
7、进一步地，所述线圈包括能量收集线圈和信号采集线圈，且所述能量收集线圈的匝数多于所述信号采集线圈的匝数；
8、所述流感应电压包括所述能量收集线圈在由外部交流磁场所感应产生的源端电流作用下产生的第一交流感应电压，及所述信号采集线圈在由外部交流磁场所感应产生的源端电流作用下产生的第二交流感应电压；
9、所述能量传输支路用于将所述第一交流感应电压整流升压后为所述储能元件充电；
10、所述信号还原电路用于基于所述第二交流感应电压与源端电流之间呈微分关系，还原源端电流的幅值和相位；
11、所述控制电路为时分复用电路，用于当所述储能元件输出电压低于预设上阈值电压时，控制所述能量收集线圈与所述能量传输支路导通，以对所述储能元件充电；当所述储能元件输出电压达到预设上阈值电压时，控制所述能量收集线圈与所述能量传输支路断开，且导通储能元件与信号还原电路，以使所述储能元件向所述信号还原电路供电；且当所述储能元件放电电压达到预设下阈值电压时，再次控制所述能量收集线圈与所述能量传输支路导通，以此实现能量收集线圈和信号采集线圈的分时复用。
12、进一步地，所述线圈为能量收集线圈或信号采集线圈；当所述线圈为能量收集线圈时，所述线圈与所述能量传输支路串联，当所述线圈为信号采集线圈时，所述线圈与所述信号还原电路串联；
13、所述控制电路用于当所述储能元件输出电压低于预设上阈值电压时，控制所述线圈与所述能量传输支路导通，以对所述储能元件充电，此时所述线圈为能量收集线圈；当所述储能元件输出电压达到预设上阈值电压时，控制所述线圈与所述能量传输支路断开，且导通储能元件与信号还原电路，以使所述储能元件向所述信号还原电路供电，此时，所述线圈为信号收集线圈；且当所述储能元件放电电压达到预设下阈值电压时，再次控制所述线圈与所述能量传输支路串联，以此实现能量收集线圈和信号采集线圈的复合使用。
14、进一步地，所述线圈放置在源端导线的外部，且所述源端电流周围产生的磁通量垂直穿过所述磁芯的磁板；其中，所述源端导线在所述外部交流磁场的作用下产生所述源端电流。
15、进一步地，所述磁芯为高磁导密度的铁氧体材料。
16、进一步地，所述能量收集线圈和所述信号采集线圈上下分离缠绕所述磁芯中柱，或者，所述能量收集线圈和所述信号采集线圈在所述磁芯中柱上形成嵌套型缠绕。
17、进一步地，所述时分复用电路包括开关管和控制器；
18、所述开关管用于控制所述能量传输支路导通或断开；所述控制器用于控制所述开关管通断，以实现能量收集线圈和信号采集线圈的分时复用；
19、所述控制器还用于在所述储能元件充电过程中，对所述开关管进行定时通断控制，以使所述能量收集线圈收集能量满足最大功率要求。
20、进一步地，所述控制电路包括双掷开关和控制器；
21、所述双掷开关的一端连接所述线圈的输出端；
22、所述控制器用于控制所述双掷开关另一端连接所述能量传输支路输出端，以将所述线圈作为能量收集线圈；或者，控制所述双掷开关另一端连接所述信号还原电路的输入端，以将所述线圈作为信号采集线圈，进而实现能量收集线圈和信号采集线圈的复合使用。
23、进一步地，还包括电压适配电路；
24、所述电压适配电路用于在所述储能元件放电时，对所述储能元件的输出电压进行升降压适配，得到满足所述信号还原电路功率要求的电压vout。
25、进一步地，所述信号还原电路包括电阻ramp1、ra本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无源电流感知的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述线圈包括能量收集线圈和信号采集线圈，且所述能量收集线圈的匝数多于所述信号采集线圈的匝数；
3.根据权利要求1所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述线圈为能量收集线圈或信号采集线圈；当所述线圈为能量收集线圈时，所述线圈与所述能量传输支路串联，当所述线圈为信号采集线圈时，所述线圈与所述信号还原电路串联；
4.根据权利要求1所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述线圈放置在源端导线的外部，且所述源端电流周围产生的磁通量垂直穿过所述磁芯的磁板；其中，所述源端导线在所述外部交流磁场的作用下产生所述源端电流。
5.根据权利要求4所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述磁芯为高磁导密度的铁氧体材料。
6.根据权利要求2所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述能量收集线圈和所述信号采集线圈上下分离缠绕所述磁芯中柱，或者，所述能量收集线圈和所述信号采集线圈在所述磁芯中柱上形
7.根据权利要求2所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述时分复用电路包括开关管和控制器；
8.根据权利要求3所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述控制电路包括双掷开关和控制器；
9.根据权利要求1-8任一项所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，还包括电压适配电路；
10.根据权利要求1-8任一项所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述信号还原电路包括电阻Ramp1、Ramp2、Ramp2、R amp4，电容C4、C5，第一运算放大器和第二运算放大器；
...【技术特征摘要】
1.一种无源电流感知的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述线圈包括能量收集线圈和信号采集线圈，且所述能量收集线圈的匝数多于所述信号采集线圈的匝数；
3.根据权利要求1所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述线圈为能量收集线圈或信号采集线圈；当所述线圈为能量收集线圈时，所述线圈与所述能量传输支路串联，当所述线圈为信号采集线圈时，所述线圈与所述信号还原电路串联；
4.根据权利要求1所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述线圈放置在源端导线的外部，且所述源端电流周围产生的磁通量垂直穿过所述磁芯的磁板；其中，所述源端导线在所述外部交流磁场的作用下产生所述源端电流。
5.根据权利要求4所述的能量和信号一体化采集装置，其特征在于，所述磁芯...
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