无源电子式互感器

2024-07-29

无源电子式互感器（精选四篇）

无源电子式互感器篇1

传感器是汽车电子控制系统的关键元器件,高性能的传感器对提升汽车主动安全、燃油经济性及舒适性有着重大意义。安森美半导体近期推出首创的超高频射频识别(RFID)传感器,该器件将一个称为Magnus的智能传感器IC (集成电路)及可印制的天线相结合,无需外接电源,能无线感测温度、湿度、压力和距离,用于汽车胎压监测、座椅压力检测、整车质量控制漏水检测及液位检测可降低成本,提升能效和可靠性,并为无限量的汽车及其他低成本感测应用开启了大门。

当前市场上的无线传感器大都由收发器、额外的外围元件、刺激探测器及微控制器等多个IC组成,由电池供电,需要使用专用微控制器在每一节点对感测到的数据进行本地后处理。这类方案由于所需元件数较多,且后期使用需要维护,导致成本较高,目标市场有限。

智能无源传感器则将多个传感器和功能集成到单个芯片(<0.8mm2)上,无需电池、刺激探测器和在感测节点的微控制器,感测数据将被发送到远程中央处理单元进行后处理。这种创新方案的优势在于集成度高,元件数较少,单个处理单元可为多个传感器工作,无需后期维护,较传统的无线传感器降低成本和能耗,且市场扩展性极高。

智能无源传感器的工作原理

智能无源传感器的核心是MagnusR-S IC和一个远程无线收发器。MagnusR-S是一个系统单芯片,集成了能量收集引擎、感测湿度或压力的ChameleonTM传感器引擎、温度传感器、感测接收到的能源的距离传感器及存储独特ID的非易失性存储器。远程无线收发器用于收集感测信息并对其进行后处理,每秒能收集来自100个传感器的数据(见图1)。

由MagnusR-S连接到天线而形成的智能无源传感器是完全可嵌入的。天线作为MagnusR-S和远程无线收发器之间的通信介质,和根据环境改变天线阻抗的刺激探测器。ChameleonTM传感器引擎用于检测由周围环境变化引起的天线阻抗的变化,将感测到的数据数字化为9位数字代码以便进行处理。距离传感器检测芯片内部可提供的功率,以确定与无线收发器相关的传感器的位置,它将距离信息数字化为5位数字代码。温度传感器的检测精度在0～50℃为±0.3℃,在-40～85℃为±1℃。感测通过对存储在非易失性存储器中校准的已知状态进行相关测量而实现,参考数据可随时被检索用于相关感测。远程无线收发器收集感测数据并对其进行后处理,减轻每一单个传感器本地后处理数据的负担,使得单个无线收发器能服务于数以千计的传感器。

汽车智能无源传感器

因MagnusR-S IC采用定制的天线和封装,高度灵活性使得智能无源传感器能跨越汽车、医疗、工业和物联网等多个应用领域。在汽车领域,该方案主要用于胎压监测系统、座椅压力检测、整车质量控制漏水检测及液位检测。

1.胎压监测系统

胎压监测系统用于实时自动监测行车过程中的轮胎气压,在出现胎压不足或过高的危险征兆时及时报警,提升行车安全性和燃油经济性,延长轮胎使用时间,减少悬挂系统的磨损。市场上当前用于胎压监测系统的多芯片传感器,被安装在每一轮圈和阀杆,使用电池供电,能耗高于250mW,需要加速计以避免轮胎未移动时将电池耗尽,在轮胎旋转期间需重新编程以定位。

最初使用智能无源传感器的胎压监测系统由一个双天线模块和一个挠度随压力变化的钢膜组成:单极子利用阀杆作为通信的单极子天线,环形天线收集电能以驱动传感器;钢膜是真空填充球的一部分,和PCB (印刷电路板)一起被封装在一个塑料体内。其工作原理的核心是:电容式传感器检测由钢膜挠度变化引起的电容变化。

而安森美半导体的智能无源传感器是单芯片方案,由MagnusR供电而无需电池,能耗低于15mW(见图2)。智能无源传感器标签置于每一轮胎,独特的RFID提供自动轮胎定位,无论当轮胎旋转还是静止时都可感测轮胎压力和温度信息,并将信息数字化为9位代码。该方案集成含前后两条天线的软件无线电模块到现成的电子控制单元,可用于汽车中的多个传感器标签。

传感器标签的识别是通过利用每一传感器的两个非易失性内存插槽,即标签识别号(TID)和电子产品代码(EPC)来实现。TID内存插槽提供无法擦除的惟一传感器识别号,并在生产过程中以硅级别分配给每一传感器。TID包含制造代码(由RFID全球管理机构GS1分配)和传感器类型、制造时间及地点信息。EPC内存插槽为用户定义的分配给传感器标签的标号提供最少96位可写内存。

2.座椅压力检测

座椅压力检测是通过传感器来实现保障乘员安全的系统(见图3a)。当今的座椅压力传感器是有源有线的网络检测,置于坐垫内,需要连接电源,且不提供人体检测,只提供压力检测,因此,任何物体如一袋食品杂货,也会触发安全带警告灯。

安森美半导体新推出的用于座椅压力检测的方案是无源无线的单芯片方案,无需电池供电,能耗低于15mW。该无线传感器标签被贴于座椅内(湿度传感器标签贴于椅背,压力传感器标签贴于座垫,见图3b)。湿度标签通过人体检测元素可确定座椅上是否有人,消除物品触发安全带警示的麻烦,提升可靠性;压力标签通过体重检测确定坐在座位上的是小孩还是成年人,这些信息可从RFID阅读器发送到汽车控制单元以优化气囊释放角度来增强安全性。其中的软件无线电模块可使用胎压监测系统中的相同单元。该方案易于扩展至添加乘员位置检测功能。

3.整车质量控制漏水检测

车厂在汽车出厂前会对其进行高压浸水测试:关闭汽车门窗后,从不同角度对汽车进行高压喷水,以测试汽车的密封性能及底盘是否渗水。当前市面上的方案多采用人工探测的方式,耗时长且容易出错,一旦检测出漏水,必须将汽车拆卸至底盘以作修复。

安森美半导体的智能无源传感器用于此类应用时,在制造过程中将无线传感器标签贴于底盘的特定区域,通过简单的干或湿的传感器代码提供湿度传感器功能(见图4)。工厂工人只需手持阅读器绕车查询传感器标签,无需人工探测,如果浸水,传感器代码会指出精确的浸水源,汽车将下线检测。根据汽车尺寸和汽车整车厂商的要求,用于整车漏水检测的配置可由2～10多个湿度传感器组成。

4.液位检测

汽车液位检测包括对燃油箱油量、机油液位、制动液液位及酸性液体液位等的检测。市场上当前的汽车液位检测系统需要连接电线,且须位于容器内部(见图5)。

而安森美半导体的智能无源传感器可在容器外感测液位,省去油箱里的敏感电子。传感器标签针对液体的介电常数进行了优化,能检测多种液体。其长度最长不超过4in(lin=25.4mm),从而能满足在空间有限的容器外贴多个传感器标签的需求。

将智能无源传感器标签剥离并贴在容器外,并使用手持阅读器查询传感器标签以获得一个传感器代码,传感器代码将被发送到后端微控制器用于后处理,以将传感器代码和汽车内特定的液位相对应。

结语

应用电子式电流互感器研究论文篇2

2应用电子式电流互感器的变压器差动保护的必要性

显然，正是由于电子式电流互感器的.优点使得传统的电磁式互感器的应用价值受到了威胁，尤其是在全面智能化的未来，但是即便如此也需要对电子式电流互感器采取一定的措施进行保护，这是由于尽管电子式电流互感器尽管不具备磁饱和现象影响电力信号的传输，但是却极易受到温度的影响，也就是说如果通过的电子式电流互感器的电压或电流过高轻则损耗电力，重则会产生危险，所以为了保障电子式电流互感器能够正常的工作，有必要对应用电子式电流互感器进行变压器差动保护。

3变压器差动保护的研究现状

正是由于变压器差动保护对于电子式电流互感器的工作正常有着十分重要的作用，所以必须对差动保护原理有一定的了解，并了解当前电子式电流互感其以及差动保护的现状。3.1差动保护原理分析。由于差动保护的原理简单并且上手容易，所以被广泛的应用在各大变电站电力保护中，是十分重要的电力运输保护原理。一般所采用的差动保护分为全电流差动保护以及基于故障分量的电流差动保护，主要通过对比不同级别的电压侧得电流，一般情况下智能变电站所采用的是三相变压器差动保护相位补偿方式，通过对不对等的电流进行处理，令两侧的电流差为零，但是这种差动保护方式并不能体现出电子式电流互感器的使用优点，所以必须对其进行改善。3.2电子式电流互感器变压器差动保护的原理分析。电子式电流互感器与传统的电磁互感器之间最大的不同的就是当遇到系统障碍时，电子式电流互感器不会遇到饱和的问题，所以仅仅是简单的采用传统的差动保护原理是不足以体现出电子式电流互感器的应用价值的，所以必须对变压器差动保护进行改善，现在所采用的电子式电流互感器变压器差动保护原理包括差动保护整合算式以及运行过程中的差动保护方案，前者通过对互感器差动保护中的电流进行运算，确定保护条件，从而得出额定电压，进而最大程度的保障电子式电流互感器的工作安全以及工作效率，而后者则是为了使差动保护的效率提高而提出的运行方案，这是由于在电子式电流互感器工作期间可能会出现意外的情况影响其工作，所以在此过程中必须根据电子式电流互感器的工作原理，进行合理的运算，得出其工作过程中的电力参数，进而帮助工作人员合理的调节线圈的大小，使其满足电子式电流互感器的差动保护要求，同时也可以根据电子电流互感器的差动保护特性进行及时的调节，从而提高电子式电流互感器的差动保护效率，进而保证电子式电流互感器的工作质量。

4应用电子式电流互感器的变压器差动保护情况

如今应用电子式电流互感器的使用范围越来越广，而为了保障电子式电流互感器的工作效率以及工作质量，对其进行变压器差动保护是十分必要，更遑论，但是当今社会对于继电器的保护装置的研究十分重视，但是由于电子式电流互感器的出现较短，且又需要其能在商业化应用中具有更高的价值，就必须对电子式电流互感器的变压器差动保护提出更高的要求，应用电子式电流互感器在工作过程中由于损耗等问题不同级别的电流量是时刻变化的，而这在动态保护方案中虽然也被考虑到，但是却由于信息采集不到位而导致电子式电流互感器的工作出现问题，因此必须同步采样，保障两侧的电力信息能最大化的同步，可采用GPS硬件时钟法，最大化的实现全电站的样本采集的同步化，除此之外，必须对电子式电流互感器进行多次分析及时的发现差动保护的漏洞，进而针对解决，同时也要对差动保护进一步的研究，从而保证电子式电流互感器的工作质量。

综上所述，随着社会的变迁，时代的发展，智能化的变电站会最大化的保障人们日常对电力的需求，也能解放劳动力，但是电磁式互感器却并不适用于智能变电站，因此为了提高智能变电站的商业价值，必须推进应用电子式电流互感器的普及以及使用。而电子式电流互感器的优点时期成为了炙手可热的新一代传感器，因此对其进行变压器差动保护具有十分重要的作用。

参考文献

[1]华煌圣.基于电子式电流互感器的变压器差动保护数据采集系统[J].广州供电局,,(28):34-42.

电子式互感器技术及其发展方向篇3

电子式互感器是检测智能电网信息的探头，是智能电网测控系统的重要部件。新型电子式互感器是传感器技术、计算机技术和通信技术三大信息支柱技术快速发展和有机结合的产物，它颠覆了高压电器只能依靠油、气绝缘的传统理念，沿用长时间的油-气绝缘被先进的“光隔离”绝缘技术取代。这些新理念和新技术发挥了技术引擎的推动力，引发国际上一波又一波的研发热潮，被誉为21世纪初高压电器制造业的一场革命。

1.电子式互感器的核心技术

电子式互感器融合了高电压、电磁场、传感器、微处理器、光通信、以太网等多学科技术成果，是不同门类的技术交叉渗透的综合体，如图1所示，电子式互感器通用结构图包含7大模块，概括了电子式互感器的所有类型，构成电子式互感器的核心技术是多学科技术成果的系统集成，它是一个技术群。

图1 电子式互感器通用结构图

1.1传感技术

1）罗氏线圈（Rogowski-coil）电流传感器。罗氏线圈是一种均匀缠绕在非铁磁性材料上的螺线管。非铁磁性材料不存在铁磁饱和和磁滞效应，因而罗氏线圈电流传感器具有无磁滞和磁饱和等优点，适用于大范围保护测量。2）磁光玻璃电流传感器。这种传感器用在混合型电流互感器（Magneto Optic Current Transformer， MOCT）中，利用光纤传光，采用磁光玻璃传感。一般将磁光材料做成闭合环形结构从而能从一定程度上消除杂散磁场的影响。闭环混合式磁光电流互感器的工作测量过程，只和磁光材料的维尔德常数有关，准确度能够得到保证。3）光纤式电流传感器。以法拉第磁致旋光效应作为传感原理，光纤本身作为传感元件。一般选用单模光纤，从原理上讲可进一步细分为光纤干涉型和全光纤效应型两类。

1.2高压侧电子电路供能技术

1）激光供能技术。激光源发出激光信号，通过光纤将激光能量送至高压侧的光电池，将光能转换为电能，再经过调理电路，输出稳定电压供采样电路工作。随着技术的进步，激光供能技术的可靠性也逐步提高，可与自励电源交替工作。这种非电气连接的能量传送方式，能克服强电磁干扰，在特高频磁场测量中有很好的应用前景。2）蓄电池供能技术。由经过特殊设计的线圈从高压母线感应出电流作为充电源，经过整流和稳压调节后，对蓄电池充电。高压侧电子电路的工作电能由蓄电池供给。这种技术结构简单，容易实现，主要问题是蓄电池频繁的充放电造成寿命较短，更换也比较困难。

3）自励电源技术。它是独立式光隔离电流互感器的核心技术。线圈由高压母线产生的规律变化的磁场激励得到交流电，经过整流、滤波和稳压供给高压侧电路，实现自供电。这一技术应用可使互感器摆脱“有源”，实现“无源化”，缺点是如果母线电流不稳定，可能造成电源电压波动，影响供电稳定性。

2.电子式互感器面临的问题

1）环境因素干扰。电子式互感器的微电子器件比较精密，同时又工作在高压线、隔离开关、断路器等强干扰源附近，设备受到的电磁辐射干扰较大。再有户外的高温、雨雪、酸碱污染等环境因素影响，采集的信号可能发生畸变，如罗氏线圈输出信号与其结构有很强的相关性，温度导致罗氏线圈结构发生变化，影响输出信号准确性。2）现场校验问题。电子式互感器输出的是弱点信号，包括数字信号和模拟信号，这给现场校验带来了难度。必须出台更完备的校验标准和方法。3）相关技术水平需提高。辅助电源是电子式互感器涉及的新部件，对于独立式互感器，电源技术是其核心技术，其可靠性直接决定了互感器的可靠运行，但是目前仍然存在问题，例如受母线电压影响，长期大功率激光供能缩短光器件寿命等。4）通用性和互换性。目前为止，电子式互感器的产品设计没有统一标准，部件之间不可拆分，零配件通用性和互换性较差，各个厂家的产品互相替代比较困难，给设备的安装和维护造成很大不便。国内外产品与二次设备的兼容性不足的问题解决得还不够好。

3.电子式互感器技术发展趋势

电子式互感器技术是一项较新的技术，通过实际应用，人们更关注其在工业应用现场的实际实用表现。纵观电子式互感器技术的研究历程和面临的问题，预测其发展趋势如下。1）有源传感走向无源传感。较有源传感方式，无缘传感在实际应用中有其技术优势。随着自供电技术的成熟和完善，未来独立式ECT可以完全或者基本摆脱对外部电源的依赖，实现无源传感。2）集成于GIS等组合电器中。电子式互感器因其原理的先进性，具有功率低、可小型化的优势，互感器将更多地组合于组合电器，进而节约空间占用，降低生产成本，各种互感器相互组合形成优势互补，可能出现电流和电压组合、电磁式和光学组合的互感器。3）功能合理复用。合理利用电子式互感器中总线型数据传输通道和传输方式，形成数字数据共享，由一点测试的数据可以被多个设备共享使用。互感器的通信设备应提供可拓展的数字借口，或整合不同的数字接口形成新的标准，作为多种测控设备信息共享通道。4）实现部件标准化。克服当前电子式互感器部件通用性和互换性差的缺点，其生产领域形成统一的标准，结构设计、组成部件被模块化和标准化，通用性和互换性问题得到解决，零部件可以相互更换，提高检修和维护的便利性。

结束语

电子式互感器具有优良的绝缘性能和暂态特性，占地面积、价格方面也具有较大的优势，随着电力系统电压等级的升高，相比于常规互感器，电子式互感器的综合优势就更加明顯。随着电子式互感器技术的进步，其在智能电网发展过程中的应用也会越来越广泛。电子式互感器全面取代常规互感器是必然趋势。