一种利用线性霍尔传感器实现免拆线测试的对线检测装置
技术领域
本发明属于电力检修领域，尤其涉及一种利用线性霍尔传感器实现免拆线测试的对线检测装置。
背景技术
电力系统二次回路起到测量、监视、保护、控制的重要作用，其接线准确性的重要性不言而喻。从用户受电工程、低压台区到发电厂的整个电力系统，以及各种高低压开关柜、电气设备中，存在着大量的二次回路施工工作。
计量互感器二次接线正确性是保证计量准确性的前提，为保证计量装置接线正确，对于含新装、更换互感器的计量装置安装工作，装表接电人员需要核对互感器二次端子至接线盒的接线是否正确，核对导线时需要拆除互感器端的导线，对线完成后再将导线与端子连接。
目前在导线核对作业时，作业人员往往需要进入狭小的空间内进行作业，往往存在互感器二次端子位置不方便接、拆线工作，工作费时费力。
通常选用万用表作为导线核对工具，导线核对工作包括工器具仪表准备、选择合适工作位置、拆除接线、核对导线、恢复接线、整理等主要环节。小组成员对某公司10次高压计量装置安装的导线核对工作进行了计时。
通过走访装接人员和现场测试，小组成员发现导线核对工作主要存在以下问题：小空间中接拆线时间占居对线工作的绝大部分；进入狭小空间工作容易发生碰擦伤事故；对线后接线只能通过目测检查，无法通过仪表进行检查。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种利用线性霍尔传感器实现免拆线测试的对线检测装置，用于对待检测线路的安装方向进行检测，所述对线检测装置，包括：
向待检测对线线路输入标准电流的激励源，以及用于检测标准电流在待检测线路中电流方向并输出检测结果的检测模块；
其中，所述检测模块包括信号检测电路，信号检测电路包括用于感知待检测线路中电流产生磁场的钳口铁芯以及将感知到的磁场转换为电信号的线性霍尔传感器，所述对线检测装置还包括向激励源以及检测模块供电的电源管理模块。
可选的，所述激励源包括：
降压芯片U2，降压芯片U2的VIN引脚电源管理模块的9V输出端电连接，降压芯片U2的GND引脚经电阻R8接地；
降压芯片的SW引脚依次经电感L1、电阻RQ与作为激励源的正向输出端N-CON1电连接，在电感L1与电阻RQ之间设有并联的二极管D10与D11，电感L1远离降压芯片U2的一端还经并联的电容C4、C5与作为激励源的负向输出端N-CON1电连接，电感L1靠近降压芯片U2的一端还经二极管D1接地；
降压芯片的EN引脚还经电阻R5与检测模块电连接，降压芯片U2的COMP引脚还经电容C6、电阻R10接地，同时降压芯片U2的FB引脚一方面经电阻R11接地，另一方面经电阻R9电连接EN-LF-Z使能端，降压芯片U2的FREQ引脚经电阻R8接地，降压芯片U2的BST引脚经电容C3与降压芯片的SW引脚电连接。
可选的，所述检测模块包括：
从包括钳口铁芯以及线性霍尔传感器在内的信号检测电路，信号检测电路将线性霍尔传感器转换得到的电压信号传输至信号放大电路进行放大滤波处理，并将处理后的电信号传输至信号采样处理电路进行分析，将分析后的结果以LED电路进行显示。
可选的，所述信号检测电路包括：
用于对待检测电路中因标准电流变化产生感应磁场大小的钳口铁芯，以及基于感应磁场产生电压信号的线性霍尔传感器U7、U9，还包括与线性霍尔传感器U7对应的集成芯片U5以及与线性霍尔传感器U9对应的集成芯片U8；
在所述信号检测电路中，包括：
磁环电感L3，磁环电感L3的一端连接+5V供电端，磁环电感L3的另一端一方面经电容C18接地，另一方面经电阻R33、CJ431三端稳压器接地。
可选的，在所述信号检测电路中，包括：
在集成芯片U5的-RG引脚与+RG引脚之间设有电阻R16，集成芯片U5的-IN引脚经电阻R17、电阻R20与集成芯片U5的REF引脚电连接，集成芯片U5的+IN引脚经电阻R18与线性霍尔传感器U7电连接，集成芯片U5的+VS引脚分别经C12、C13接地，集成芯片U5的引脚OUTPUT经电阻R19与信号处理电路电连接；
在集成芯片U8的-RG引脚与+RG引脚之间设有电阻R26，集成芯片U8的-IN引脚经电阻R27、电阻30与集成芯片U8的REF引脚电连接，集成芯片U8的+IN引脚经电阻R28与线性霍尔传感器U9电连接，集成芯片U8的+VS引脚分别经C12、C13接地，集成芯片U8的引脚OUTPUT经电阻R29与信号处理电路电连接。
可选的，所述信号放大电路包括：
对应集成芯片U5的第一信号放大电路，以及对应集成芯片U8的第二放大电路。
可选的，所述第一信号放大电路包括：
双向运放U1A，双向运放U1A的正向控制端一方面连接+5V供电端，另一方面经电容C1接地，双向运放U1A的反向控制端接地，双向运放U1A的反向输入端一方面经电阻R1连接集成芯片U5的REF引脚，另一方面依次经电阻R2、电容C2接地，同时经电阻R3连接信号处理电路，双向运放U1A的正向输入端经电阻R4与线性霍尔传感器U7电连接。
可选的，所述第二信号放大电路包括：
双向运放U1B，双向运放U1B的正向控制端一方面连接+5V供电端，另一方面经电容C1接地，双向运放U1A的反向控制端接地，双向运放U1A的反向输入端一方面经电阻R6连接集成芯片U8的REF引脚，另一方面依次经电阻R7、电容C7接地，同时经电阻R12连接信号处理电路，双向运放U1B的正向输入端经电阻R13与线性霍尔传感器U9电连接。
可选的，所述信号处理电路包括：
处理芯片U6，处理芯片U6的EN-SW引脚与激励源电连接，处理芯片U6的AN0/CMPP/P10引脚、AN1/CMPN/P11引脚分别与信号检测电路电连接，处理芯片U6的RST引脚一方面经电阻R21与+5V供电端电连接，另一方面经电容C14接地；
处理芯片U6的P33引脚依次经电阻R31、二极管D3连接+5V供电端，处理芯片U6的P34引脚依次经电阻R32、二极管D4连接+5V供电端，处理芯片U6的P35引脚经电阻R24连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接地，三极管Q1的发射极连接蜂鸣器的负极，蜂鸣器的正极经电阻R22连接+5V供电端。
可选的，所述电源管理模块包括：
降压芯片U3,降压芯片U3的VIN引脚经电阻R14与电源开关电连接，在电阻R14与降压芯片U3之间还设有并联的电容C8、C9，电容C8、C9远离降压芯片的一端接地；降压芯片U3的OUTPUT引脚一方面经电感L2输出+5V电压，另一方面还经二极管D2接地，在+5V输出端处还设有并联的电容C10以及C11；
降压芯片U3的FEEDBACK引脚与+5V输出端电连接，降压芯片U3的ON/OFF引脚一方面与电源开关电连接，另一方面还经电阻R15接地，降压芯片U3的GND引脚接地。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过上述对线检测装置实现互感器二次回路等小电阻回路免拆线对线，解决狭小空间接拆线困难问题，能起到缩短对线时间、减少事故、提高计量装置接线正确性的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提出的一种利用线性霍尔传感器实现免拆线测试的对线检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
本发明提出了一种利用线性霍尔传感器实现免拆线测试的对线检测装置，用于对待检测线路的安装方向进行检测，如图1所示，所述对线检测装置包括：
向待检测对线线路输入标准电流的激励源，以及用于检测标准电流在待检测线路中电流方向并输出检测结果的检测模块；
其中，所述检测模块包括信号检测电路，信号检测电路包括用于感知待检测线路中电流产生磁场的钳口铁芯以及将感知到的磁场转换为电信号的线性霍尔传感器，所述对线检测装置还包括向激励源以及检测模块供电的电源管理模块。
在实施中，在小电阻回路对线工作中，利用本仪器在回路一端(方便操作或开路端)注入激励信号，回路另一端(不方便操作端)使导线通过检测元件，从而实现免拆线对线。检测元件使用钳形传感器，操作方便，同时可检测极性。
本产品主要用于停电状态下对电气二次小电阻回路进行接线核对，主要应用场景有互感器二次导线核对、检查两根导线是否属于等电位点。
多个文献中的研究方法中均提出在拆下导线两端，并在其中一端加入信号，另一端进行检测。在一端加入信号的方法提供借鉴。线性霍尔传感器在弱磁场检测中起到很好的磁电转换。在一次回路中加入一个脉冲信号，利用互感器原理，二次侧能测量出感应信号。借鉴这个原理，提出在二次侧互感器远端加入一个信号，在近互感器端检测信号，同时对于等电位点引出的两根导线，虽然没有极性要求，但是也能起到对线作用。
接线正确性是电路工作的基础，为保证接线正确，常用的办法是通电前进行接线核对(以下简称对线)，目前对线产品、方法都是针对导线本身。2根及以上导线需进行对线时，导线互相之间不能构成回路，即导线两端都需要拆离原电路，电气二次接线往往安装在狭小的空间内，拆线工作操作不方便，而且对完线后需恢复接线，此时接线没有再次核对手段。
本产品主要由电源管理、激励源、磁场检测及检测单元组成。电源管理主要为仪表提供工作电源；激励源为横流源，为回路注入一个标准的激励电流；磁场检测元件通过检测激励电流的磁场方向，从而判断电流方向；检测单元用于对检测信号进行滤波、放大、判断；输出单元用于输出检测结果。电源管理模块可以实时为激励回路和检测回路、输出回路提供电源；激励模块用于向电路输入一个标准电流；信号检测电路用于检测电路在标准电流输入情况下的电流方向；信号处理模块用于对检测信号进行滤波、放大等处理；结果输出模块用于输出检测结果。
通过实现互感器二次回路等小电阻回路免拆线对线，从而解决狭小空间接拆线困难问题，提高对线效率，同时避免常规对线工作后恢复接线无法对线问题。能起到缩短对线时间、减少事故、提高计量装置接线正确性的作用，从而提高计量装置安装效率和质量。
可选的，所述激励源包括：
降压芯片U2，降压芯片U2的VIN引脚电源管理模块的9V输出端电连接，降压芯片U2的GND引脚经电阻R8接地；
降压芯片U2的SW引脚依次经电感L1、电阻RQ与作为激励源的正向输出端N-CON1电连接，在电感L1与电阻RQ之间设有并联的二极管D10与D11，电感L1远离降压芯片U2的一端还经并联的电容C4、C5与作为激励源的负向输出端N-CON1电连接，电感L1靠近降压芯片U2的一端还经二极管D1接地；
降压芯片的EN引脚还经电阻R5与检测模块电连接，降压芯片U2的COMP引脚还经电容C6、电阻R10接地，同时降压芯片U2的FB引脚一方面经电阻R11接地，另一方面经电阻R9电连接EN-LF-Z使能端，降压芯片U2的FREQ引脚经电阻R8接地，降压芯片U2的BST引脚经电容C3与降压芯片的SW引脚电连接。
在实施中，降压芯片U2具体为mp1584电源芯片，基于MP1584芯片电源模块降压型典型应用电路设计，附上原理图/PCB源文件，AD与p。MP1584采用贴片8脚封装，工作电压4.5-28V，工作频率1.5MHz，输出电流3A。通过在MOS管Q上加上开关信号PWM，控制开关管的导通与关断，使电感和电容充放电达到将电源进行降压的目的。MP1584芯片内部自带短路保护，短路电流阈值4.87A，去除过载后瞬时恢复。激励模块用于向电路输入一个标准电流，使电流经过在被测导线时，在导线周围产生一定的磁场，以便被检测模块检测到。要求激励电流足够大，时间足够短。降压芯片U2的型号为MP1584。
可选的，所述检测模块包括：
从包括钳口铁芯以及线性霍尔传感器在内的信号检测电路，信号检测电路将线性霍尔传感器转换得到的电压信号传输至信号放大电路进行放大滤波处理，并将处理后的电信号传输至信号采样处理电路进行分析，将分析后的结果以LED电路进行显示。
在实施中，信号检测电路用于检测电路在标准电流输入情况下的电流方向。
信号检测电路包括用于对待检测电路中因标准电流变化产生感应磁场大小的钳口铁芯，以及基于感应磁场产生电压信号的线性霍尔传感器U7、U9，还包括与线性霍尔传感器U7对应的集成芯片U5以及与线性霍尔传感器U9对应的集成芯片U8；钳口铁芯为坡莫合金钳口，磁电转换元件为YS149。钳口铁芯的作用是收集穿过铁芯线路流过电流产生的磁场。
在所述信号检测电路中，包括磁环电感L3，磁环电感L3的一端连接+5V供电端，磁环电感L3的另一端一方面经电容C18接地，另一方面经电阻R33、CJ431三端稳压器接地。
可选的，在所述信号检测电路中，包括：
在集成芯片U5的-RG引脚与+RG引脚之间设有电阻R16，集成芯片U5的-IN引脚经电阻R17、电阻R20与集成芯片U5的REF引脚电连接，集成芯片U5的+IN引脚经电阻R18与线性霍尔传感器U7电连接，集成芯片U5的+VS引脚分别经C12、C13接地，集成芯片U5的引脚OUTPUT经电阻R19与信号处理电路电连接；
在集成芯片U8的-RG引脚与+RG引脚之间设有电阻R26，集成芯片U8的-IN引脚经电阻R27、电阻30与集成芯片U8的REF引脚电连接，集成芯片U8的+IN引脚经电阻R28与线性霍尔传感器U9电连接，集成芯片U8的+VS引脚分别经C12、C13接地，集成芯片U8的引脚OUTPUT经电阻R29与信号处理电路电连接。
在实施中，信号处理模块用于对检测信号进行滤波、放大等处理；
信号放大电路包括对应集成芯片U5的第一信号放大电路，以及对应集成芯片U8的第二放大电路，所述信号放大电路为AD623。信号放大电路负责将霍尔传感器输出是毫伏级电平，经过放的后送给CPU做数据处理。
可选的，所述第一信号放大电路包括双向运放U1A，双向运放U1A的正向控制端一方面连接+5V供电端，另一方面经电容C1接地，双向运放U1A的反向控制端接地，双向运放U1A的反向输入端一方面经电阻R1连接集成芯片U5的REF引脚，另一方面依次经电阻R2、电容C2接地，同时经电阻R3连接信号处理电路，双向运放U1A的正向输入端经电阻R4与线性霍尔传感器U7电连接。
所述第二信号放大电路包括双向运放U1B，双向运放U1B的正向控制端一方面连接+5V供电端，另一方面经电容C1接地，双向运放U1A的反向控制端接地，双向运放U1A的反向输入端一方面经电阻R6连接集成芯片U8的REF引脚，另一方面依次经电阻R7、电容C7接地，同时经电阻R12连接信号处理电路，双向运放U1B的正向输入端经电阻R13与线性霍尔传感器U9电连接。
双向运放U1A、U1B的具体型号为LM358DR2G。
可选的，所述信号处理电路包括：
处理芯片U6，处理芯片U6的EN-SW引脚与激励源电连接，处理芯片U6的AN0/CMPP/P10引脚、AN1/CMPN/P11引脚分别与信号检测电路电连接，处理芯片U6的RST引脚一方面经电阻R21与+5V供电端电连接，另一方面经电容C14接地；处理芯片U6的P33引脚依次经电阻R31、二极管D3连接+5V供电端，处理芯片U6的P34引脚依次经电阻R32、二极管D4连接+5V供电端，处理芯片U6的P35引脚经电阻R24连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接地，三极管Q1的发射极连接蜂鸣器的负极，蜂鸣器的正极经电阻R22连接+5V供电端。
在实施中，处理芯片U6的型号为G80F903A-SOP20。信号处理电路除对信号进行结果判断外，还负责整个仪表的逻辑控制。当前单片机种类繁多，从51单片机到ARM，ARM又从M0核心到M4核心。51单片机功耗低，价格便宜，单周期指令，最高主频可以到24M，是性能最低的单片机，通过前期数据处理判断，对单片机运行速度要求不高，51单片机完全满足使用要求。电路对单片机外围接口要求不高，对主频时钟精度要求不高，所以选择了51单片机。
可选的，所述电源管理模块包括：
降压芯片U3,降压芯片U3的VIN引脚经电阻R14与电源开关电连接，在电阻R14与降压芯片U3之间还设有并联的电容C8、C9，电容C8、C9远离降压芯片的一端接地；降压芯片U3的OUTPUT引脚一方面经电感L2输出+5V电压，另一方面还经二极管D2接地，在+5V输出端处还设有并联的电容C10以及C11；
降压芯片U3的FEEDBACK引脚与+5V输出端电连接，降压芯片U3的ON/OFF引脚一方面与电源开关电连接，另一方面还经电阻R15接地，降压芯片U3的GND引脚接地。
在实施中，电池为仪表提供能量，需满足电路要求并已于装配在手持设备中。常用电池有9V碱性电池和7号电池。电源管理模块控制芯片负责将电源分配给激励模块和其他模块，需满足激励模块短时大电流输出，为其他电路提供稳定的电压。降压芯片U3为XL1509。
在2019年9月10日开始，对某市5个高压用户计量装置安装导线和对工作进行了计时，时间统计结果如下：
表格1互感器二次到免拆线对线现场测试时间统计
由上表可知，使用该仪器后，互感器二次导线核对时间平均降至2.3分钟，达到了活动预期效果。
通过使用自行研制的对线仪后，计量装置安装人员实现了免拆线对线，缩短了计量装置安装时间、提高了安装质量；不必再进入狭小空间作业，减少碰擦伤事故。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
