【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电压检测和电流检测领域，尤其是一种非接触式电压电流测量装置及其方法。
技术介绍
1、电力系统安全、稳定运行的先决条件是准确测量电力系统中的电参数，电压和电流是电力系统中关键的电参数。
2、电力系统中的电压电流测量主要通过互感器来实现，电压互感器在电力系统中有着很广泛的应用，其准确性对电能计量和继电保护、电力系统故障分析等有非常重要的作用。目前电力系统中主要应用的是电磁式电压互感器。传统的电磁式电压互感器存在着体积较大、绝缘难度随电压等级升高而加大的问题，同时由于具有铁芯，导致可能发生铁磁谐振过电压和由铁磁饱和带来的动态范围变小等缺点，并且现有的测量装置往往功能单一，难以实现高效集成和智能化处理，已经越来越不适应当前智能化电网的发展趋势。非接触式电压电流传感器具有绝缘结构简单、无磁饱和、暂态响应范围大、体积小、输出信号可直接微机设备等优点，具有较大的应用前景。
技术实现思路
1、基于上述问题，本专利技术技术方案提供了一种非接触式电压电流测量装置及其方法，以解决装置测量功能单一、测量带宽受限、安装所需空间过大等问题。
2、本专利技术所提出的非接触式电压电流测量装置使用非接触式电容耦合技术来测量交流导体中的电压信号，这允许对适当形状和缩放的波形进行精确的电压测量，不仅仅是峰值检测，且不需要与导线进行物理接触。
3、本专利技术采用的技术方案如下：一种非接触式电压电流测量装置，包括交流电流传感器、交流电压传感器、信号处理单元和外壳；所述外壳由
4、进一步地，所述金属接地屏蔽极板设有接地线，用于采集信号时将其他干扰电场信号传输到大地；所述金属感应极板、金属接地屏蔽极板为具有良好导电性的金属材质，例如铜、银等；所述金属感应极板设有信号传输线，用于将感应极板感应出的电压信号传输到信号处理单元。
5、进一步地，所述外壳内表面设置金属接地屏蔽极板，在测量区域周围形成法拉第笼。
6、进一步地，所述交流电流传感器、交流电压传感器、信号处理单元均放置在可开合式的外壳内，外壳使用材质为abs。所述外壳包括上壳体和下壳体，并且为开合式结构，通过铰链连接。所述铰链连接方式确保外壳在开合过程中具有良好的稳定性，且便于操作；所述外壳采用abs材质，具有良好的绝缘性、机械强度和耐腐蚀性，能够有效保护内部组件免受外界环境影响，同时确保测量的准确性和装置的耐久性。
7、进一步地，所述交流电压传感器的感应极板与接地屏蔽极板之间绝缘。
8、进一步地，所述金属感应极板由上金属感应极板和下金属感应极板组成；当外壳闭合时，上金属感应极板和下金属感应极板处于连接状态。所述上金属感应极板、下金属感应极板通过上支撑体和下支撑体固定，且与金属接地屏蔽极板共同形成稳定的电容耦合结构，用于精确感测交流电压信号。
9、进一步地，所述交流电流传感器为电流互感器，其上磁芯由上支撑体支撑并放置于上壳体内部，下磁芯由下支撑体支撑并放置于下壳体内部，以上部分一起形成完整地测量区域。
10、进一步地，交流电流传感器铁芯为铁氧体或纳米晶材料。
11、进一步地，所述装置还包括信号处理单元，信号处理单元包括电压信号采集电路、电流信号采集电路、电源电路、mcu模块和无线传输模块。
12、进一步地，所述电压信号采集电路、电流信号采集电路分别与金属感应极板和电流互感器的线圈相连接，所述电压信号采集电路、电流信号采集电路还设置过压保护电路、比例放大电路，并与mcu模块连接。
13、进一步地，所述mcu模块接收来自信号采集电路的模拟信号，mcu中的a/d模块将模拟信号转换为数字信号，并与无线传输模块连接。
14、进一步地，所述无线传输模块将a/d转换后的数字信号发送到客户端。
15、进一步地，所述电源电路分别连接各模块用于提供工作电压。
16、本专利技术的另一目的在于提供一种非接触式电压电流测量方法，采用上述装置，首先，将待测导线穿过测量区域；然后，通过金属感应极板与待测导线形成的耦合电容感测电压信号，同时电流互感器测量电流信号；接着，信号处理单元对采集到的信号进行放大和模数转换处理；最后，无线传输模块将处理后的数据发送至客户端，实现远程监测和数据传输；
17、所述金属感应极板与待测导线形成一次耦合电容，待测导线电压通过以下关系式求得：
18、
19、式中：c1为一次耦合电容，c2为二次耦合电容，h(s)为电压传感器增益变化，vo(s)为感应极板输出电压vi(s)为待测导线电压，rm为采样电阻；
20、所述电流互感器为分体式或一体式结构，根据电磁感应原理，将待测导线侧大电流按比例变为二次侧小电流，通过量程仪表测出，其转换关系为：
21、
22、式中：i1为一次线圈的额定电流，i2为二次线圈的额定电流，k为线圈匝数比。
23、本专利技术提供的一种非接触式电压电流测量方法，无需与待测导体直接电接触，也无需与其他交流电压电流信号进行比较，即可获得待测导体的电压与电流值。
24、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
25、1、本专利技术非接触式电压传感器无需与导体直接接触，使用非接触式电容耦合系统和技术来测量交流导体中的电压信号，允许对适当缩放的波形进行测量，所公开的装置减少了安装时间，不需要中断电源，并可检测导体电压中的谐波，可用于检测和预测设备故障或性能问题；
26、2、该传感器的组合形式为电压电流一体化，相比于传统的电力互感器，一个装置就可测得两种电参数，其占用空间小、体积小、重量轻、制造成本低；
27、3、非接触式电压电流一体化传感器相对于传统的电力互感器，其是通过空间电场传感技术，绝缘结构简单。
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1.一种非接触式电压电流测量装置，其特征在于：包括交流电流传感器、交流电压传感器、信号处理单元和外壳；所述外壳由上壳体和下壳体通过铰链连接组成；所述交流电压传感器包括金属感应极板、金属接地屏蔽极板、上支撑体和下支撑体，所述交流电流传感器为带上磁芯和下磁芯的电流互感器；上磁芯和下磁芯闭合在一起形成围绕在测量区域的完整环。
2.根据权利要求1所述的非接触式电压电流测量装置，其特征在于：所述金属接地屏蔽极板设有接地线，用于采集信号时将其他干扰电场信号传输到大地；所述金属感应极板、金属接地屏蔽极板为具有良好导电性的金属材质；所述金属感应极板设有信号传输线，用于将感应极板感应出的电压信号传输到信号处理单元；所述外壳内表面设置金属接地屏蔽极板，在测量区域周围形成法拉第笼。
3.根据权利要求1所述的非接触式电压电流测量装置，其特征在于：所述交流电流传感器、交流电压传感器、信号处理单元均放置在外壳内，外壳使用材质为ABS；所述交流电压传感器的感应极板与接地屏蔽极板之间绝缘。
4.根据权利要求1所述的非接触式电压电流测量装置，其特征在于：所述金属感应极板由上金属
5.根据权利要求1所述的非接触式电压电流测量装置，其特征在于：所述交流电流传感器为电流互感器，其上磁芯由上支撑体支撑并放置于上壳体内部，下磁芯由下支撑体支撑并放置于下壳体内部，以上部分一起形成完整地测量区域；交流电流传感器铁芯为铁氧体或纳米晶材料。
6.根据权利要求1所述的非接触式电压电流测量装置，其特征在于：所述信号处理单元包括电压信号采集电路、电流信号采集电路、电源电路、MCU模块和无线传输模块。
7.根据权利要求1所述的非接触式电压电流测量装置，其特征在于：所述电压信号采集电路、电流信号采集电路分别与金属感应极板和电流互感器的线圈相连接，所述电压信号采集电路、电流信号采集电路还设置过压保护电路、比例放大电路，并与MCU模块连接；所述MCU模块接收来自信号采集电路的模拟信号，MCU中的A/D模块将模拟信号转换为数字信号，并与无线传输模块连接；所述无线传输模块将A/D转换后的数字信号发送到客户端；所述电源电路分别连接各模块用于提供工作电压。
8.一种非接触式电压电流测量方法，采用上述权利要求1-7中任一所述装置，其特征在于经过下列操作：首先，将待测导线穿过测量区域；然后，通过金属感应极板与待测导线形成的耦合电容感测电压信号，同时电流互感器测量电流信号；接着，信号处理单元对采集到的信号进行放大和模数转换处理；最后，无线传输模块将处理后的数据发送至客户端，实现远程监测和数据传输；
...【技术特征摘要】
1.一种非接触式电压电流测量装置，其特征在于：包括交流电流传感器、交流电压传感器、信号处理单元和外壳；所述外壳由上壳体和下壳体通过铰链连接组成；所述交流电压传感器包括金属感应极板、金属接地屏蔽极板、上支撑体和下支撑体，所述交流电流传感器为带上磁芯和下磁芯的电流互感器；上磁芯和下磁芯闭合在一起形成围绕在测量区域的完整环。
2.根据权利要求1所述的非接触式电压电流测量装置，其特征在于：所述金属接地屏蔽极板设有接地线，用于采集信号时将其他干扰电场信号传输到大地；所述金属感应极板、金属接地屏蔽极板为具有良好导电性的金属材质；所述金属感应极板设有信号传输线，用于将感应极板感应出的电压信号传输到信号处理单元；所述外壳内表面设置金属接地屏蔽极板，在测量区域周围形成法拉第笼。
3.根据权利要求1所述的非接触式电压电流测量装置，其特征在于：所述交流电流传感器、交流电压传感器、信号处理单元均放置在外壳内，外壳使用材质为abs；所述交流电压传感器的感应极板与接地屏蔽极板之间绝缘。
4.根据权利要求1所述的非接触式电压电流测量装置，其特征在于：所述金属感应极板由上金属感应极板和下金属感应极板组成；当外壳闭合时，上金属感应极板和下金属感应极板处于连接状态；所述上金属感应极板、下金属感应极板通过上支撑体和下支撑体固定，且与金属接地屏蔽极板共同形成稳定的电容耦合结构，用于精确感测交流电压信号。
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