一种电磁兼容抗扰度试验用电能表光电采集装置及方法

技术领域

本发明属于电能表检测技术领域，尤其涉及一种电磁兼容抗扰度试验用电能表光电采集装置及方法。

背景技术

电能表电磁兼容抗扰度检测依据标准GB/T 17215.211-2021要求进行，特别是工频磁场和射频辐射电磁场试验过程中，同时要求在有负载电流和在无电流负载的状况下测试，合格判断依据为有负载的条件下，电能表的误差改变量不应大于标准要求的最大限值，无负载的条件下，电能表的电量改变量不应大于标准要求的临界值，因此需要在检测过程中采集电能表的输出的脉冲信号，来计算误差改变量和电量改变量。现有的检测方式一种是通过两芯采样线直接与电能表的电脉冲信号输出端子相连，通过采集电能表输出的电脉冲信号进行检测，而工频磁场、射频辐射电磁场等空间电磁场干扰特别大，电脉冲采样线由于天线的空间耦合效应，经常对电能表校验装置产生影响而造成粗大误差，影响试验结果判断。且部分出口电能表设计上，只有光脉冲输出，无电脉冲采样输出，试验过程只能依靠脉冲信号指示灯采样。因此，另一种常用的检测方式是通过采集电能表的光脉冲输出信号，通过光电采集装置将光脉冲信号转换为电信号后进行分析检测。光脉冲采集相对稳定，但在工频磁场、射频辐射电磁场试验中，也会偶尔出现采样器电源电路受到空间电磁场干扰，造成采集中断，或是光信号转换后的电信号两芯传输线空间耦合效应，对电能表校验装置产生影响而造成粗大误差，影响试验结果判断。电能表上的光脉冲输出信号采用指示灯进行输出，分为有功脉冲信号指示灯和无功脉冲信号指示灯，采样时需手动切换光电采集器的位置进行有功和无功误差影响量试验，需要人工进行干预，存在的安全风险，且检测效率低。且在无负载条件下，电能表的电量改变量只能依据人工肉眼观测光脉冲信号灯的方式来完成，无法用光电采集器实现监测功能。

发明内容

本发明目的在于提供一种电磁兼容抗扰度试验用电能表光电采集装置及方法，以解决现有光电采集装置信号干扰大、且无法自动进行有功无功采样的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种电磁兼容抗扰度试验用电能表光电采集装置及方法的具体技术方案如下：

一种电磁兼容抗扰度试验用电能表光电采集装置，包括第一负载电池、第一负载电池开关、脉冲计数器、脉冲计数器开关、光脉冲采集器、导光光纤、程控位移夹具和第二负载电池，所述光脉冲采集器连接脉冲计数器开关，所述脉冲计数器开关连接脉冲计数器，所述第一负载电池连接第一负载电池开关，所述第一负载电池开关连接光脉冲采集器的电源输入端，所述光脉冲采集器的光信号输入端连接导光光纤，所述导光光纤固定在程控位移夹具上，所述第二负载电池连接程控位移夹具，为程控位移夹具提供工作电源，

所述光脉冲采集器用于采集光脉冲信号，

所述导光光纤用于传输采集的光信号到光脉冲采集器，

所述程控位移夹具用于将导光光纤移动对准电能表上的有功脉冲信号指示灯或无功脉冲信号指示灯分别进行有功误差影响量试验和无功误差影响量试验。

进一步的，包括抗干扰信号线，所述抗干扰信号线包括抗干扰信号线一、抗干扰信号线二、抗干扰信号线三，所述光脉冲采集器具有两路电信号输出，一路通过抗干扰信号线一连接至光脉冲采集器的5芯航空插头母座，另一路通过抗干扰信号线二连接脉冲计数器开关，所述第一负载电池开关连接抗干扰信号线三，所述抗干扰信号线三连接光脉冲采集器的电源输入端，所述抗干扰信号线用于抑制光脉冲采集器和互连信号线的空间耦合干扰电磁场引起的高频共模干扰信号。

进一步的，所述第一负载电池和第二负载电池输出电压为5V。

进一步的，所述抗干扰信号线为两个串联的共模扼流圈。

进一步的，所述共模扼流圈电感为1mH，磁芯材料为铁氧体。

进一步的，所述程控位移夹具包括夹式平台、位移装置和光纤固定装置，所述夹式平台为铁质，所述夹式平台中间具有滑槽，所述位移装置通过磁吸方式固定在平台上，所述位移装置前端具有伸缩杆，所述伸缩杆与光纤固定装置固定连接，所述光纤固定装置垂直固定导光光纤，所述光纤固定装置下端穿过滑槽并能在位移装置的带动下沿滑槽水平移动，所述夹式平台两侧具有夹臂，所述夹臂内侧具有吸盘，所述夹臂夹持在电能表两侧并通过吸盘固定，所述位移装置内具有控制芯片，所述控制芯片与遥控器通信连接，所述遥控器控制位移装置的伸缩杆伸缩从而带动光纤固定装置上的导光光纤沿滑槽水平移动，使导光光纤端口对准电能表的有功光脉冲信号灯或无功光脉冲信号灯，实现有功和无功测量自动切换。

进一步的，所述位移装置与上位机通信连接，所述上位机控制位移装置移动。

进一步的，所述夹臂与夹式平台连接处具有长条形连接件，夹式平台与夹臂连接处具有供长条形连接件伸缩的滑动槽，夹臂与夹式平台可伸缩连接，两侧夹臂之间通过弹簧拉紧夹持。

本发明还公开了一种电磁兼容抗扰度试验用电能表光电采集方法，包括负载条件下检测和无负载条件下检测，所述负载条件下检测步骤如下：

步骤1：将电能表检验装置的脉冲输入口通过5芯脉冲线连接光脉冲采集器的5芯航空插头母座；

步骤2：将电能表检验装置的电压、电流输出端子通过电压线、电流线与电能表的电压、电流端子相连；

步骤3：电能表检验装置、电磁兼容设备分别与上位机通信连接；

步骤4：程控位移夹具与遥控器或上位机通信连接；

步骤5：上位机程序通过控制电能表检验装置和电磁兼容设备进行有功误差影响量自动化测试并记录数据；

步骤6：试验结束后，通过遥控器或上位机控制程控位移夹具将导光光纤移动至无功脉冲信号指示灯，再次进行无功误差影响量试验。

进一步地，所述无负载条件下检测步骤如下：

步骤1：打开第一负载电池开关，第一负载电池通过抗干扰信号线三连接到光脉冲采集器的电源端子，给光脉冲采集器提供稳定的工作电压；

步骤2：打开脉冲计数器开关，光脉冲采集器的电信号输出端子通过抗干扰信号线二连接到脉冲计数器的电信号输入端子；

步骤3：电能表检验装置的电压，或者稳压电源通过电压线与电能表的电压相连，提供电能表工作电压；

步骤4：电能表检验装置、电磁兼容设备分别与上位机通信连接；

步骤5：程控位移夹具与遥控器或上位机通信连接；

步骤6：上位机程序通过控制电能表检验装置和电磁兼容设备进行无负载有功干扰量自动化测试，根据脉冲计数器记录数据，监测电能表的电量改变量；

步骤7：试验结束后，通过遥控器或上位机控制程控位移夹具将导光光纤移动至无功脉冲信号指示灯，再次进行无功干扰量试验。

本发明的一种电磁兼容抗扰度试验用电能表光电采集装置及方法具有以下优点：

1、本发明装置具有程控位移夹具，只需一个采集装置，就可实现电能表有功、无功光脉冲的自动切换采样，且程控位移夹具宽度可调节，通用性强，能够适配各种外观结构电能表，降低了校验时间,提升了自动化检测水平，同时减少了原有工作人员人工移动光电采样器工作时存在的安全风险。

2、本发明采用导光光纤采样的方法，使光电采集器远离电能表表面，可以降低工频磁场、射频辐射电磁场等空间电磁场对光电采集器的影响，也可应用于其它交变湿热，高低温，防水等环境试验的光脉冲信号采样，使信号采集更稳定可靠，光电采集装置可以应用到电能表所有的影响量试验中。

3、本发明的光脉冲采集器与各部分之间都采用共模扼流圈滤波处理，避免电信号传输线路的电磁干扰，增强的采样信号的稳定性。特别是工频磁场和射频辐射电磁场试验，该装置对上述两个空间电磁场试验具有一定抗干扰性能。

4、本发明的采集装置可以应用于那些只能采用光脉冲信号灯采样方式的电能表的其它影响量试验。

5、本发明装置通过开关可以连接负载电源和脉冲计数器，解决了无负载的条件下，在电磁兼容干扰的情况下，电能表的电量改变量监测试验，也可以应用于其它影响量试验中。

附图说明

图1为本发明的电磁兼容抗扰度试验用电能表光电采集装置模块框图；

图2为本发明的抗干扰信号线结构示意图；

图3为本发明的程控位移夹具结构框图；

图4为本发明的程控位移夹具具体结构示意图；

图5为在负载条件下，光电采集系统具体连接示意图；

图6为无负载条件下，光电采集系统连接示意图；

图7为无负载条件下，光电采集系统具体连接示意图；

图中标记说明：1、夹式平台； 11、滑槽；12、夹臂；121、长条形连接件；13、吸盘；14、弹簧；2、位移装置；21、伸缩杆；3、光纤固定装置；4、导光光纤。

实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种电磁兼容抗扰度试验用电能表光电采集装置及方法做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明的一种电磁兼容抗扰度试验用电能表光电采集装置包括抗干扰信号线、第一负载电池、第一负载电池开关、脉冲计数器、脉冲计数器开关、光脉冲采集器、导光光纤、程控位移夹具和第二负载电池。抗干扰信号线包括抗干扰信号线一、抗干扰信号线二、抗干扰信号线三。

光脉冲采集器具有两路电信号输出，一路通过抗干扰信号线一连接至光脉冲采集器的5芯航空插头母座，另一路通过抗干扰信号线二连接脉冲计数器开关，脉冲计数器开关连接脉冲计数器。第一负载电池连接第一负载电池开关，第一负载电池开关连接抗干扰信号线三，抗干扰信号线三连接光脉冲采集器的电源输入端。光脉冲采集器的光信号输入端连接导光光纤，导光光纤固定在程控位移夹具上，第二负载电池连接程控位移夹具，为程控位移夹具提供工作电源。光脉冲采集器用于采集光脉冲信号，导光光纤用于传输采集的光信号到光脉冲采集器，程控位移夹具用于将导光光纤移动对准电能表上的有功脉冲信号指示灯或无功脉冲信号指示灯分别进行有功误差影响量试验和无功误差影响量试验。抗干扰信号线用于抑制光脉冲采集器和互连信号线的空间耦合干扰电磁场引起的高频共模干扰信号。

第一负载电池和第二负载电池输出电压为5V。

如图2所示，抗干扰信号线为两个串联的共模扼流圈，光脉冲采集器将采集到的电能表光脉冲信号转换输出为一个直流5V的方波信号，共模扼流圈可以传输差模信号，直流差模信号可以通过，而对于高频共模噪声呈现很大的阻抗，检测过程中光电采集器电路和互连信号线通过空间耦合到的也是高频共模干扰信号，所以可以用共模扼流圈来抑制共模干扰，经过试验验证，绕制两个电感为1mH的共模扼流圈，磁芯材料为铁氧体，用于光脉冲采集器和负载电池、电能表校验装置以及脉冲计数器的连接可以有效抑制共模干扰。

如图3图4所示，程控位移夹具包括夹式平台1、位移装置2和光纤固定装置3，夹式平台1为铁质，平台中间具有滑槽11，位移装置2通过磁吸方式固定在平台上，可适配不同电能表光脉冲信号灯位置不同。位移装置2前端具有伸缩杆21，伸缩杆21与光纤固定装置3固定连接，光纤固定装置3垂直固定导光光纤4，光纤固定装置3下端穿过滑槽11并能在位移装置2的带动下沿滑槽11水平移动，夹式平台1两侧具有夹臂12，夹臂12与夹式平台1连接处具有长条形连接件121，夹式平台1与夹臂12连接处具有供长条形连接件121伸缩的滑动槽，夹臂12与夹式平台1可伸缩连接，两侧夹臂12之间通过弹簧14拉紧夹持。夹臂12内侧具有吸盘13，夹臂12夹持在电能表两侧并通过吸盘13固定。位移装置2内具有控制芯片，控制芯片与遥控器通信连接，遥控器控制位移装置2的伸缩杆21伸缩从而带动光纤固定装置3上的导光光纤4沿滑槽11水平移动，使导光光纤4端口对准电能表的有功光脉冲信号灯或无功光脉冲信号灯，实现有功和无功测量自动切换。优选的，位移装置2可扩展程控接口，可以和上位机连接，实现与上位机通讯，上位机的程序控制位移装置2移动，达到智能检测的效果。

如图5所示，在负载条件下检测步骤如下：

步骤1：将电能表检验装置的脉冲输入口通过5芯脉冲线连接光脉冲采集器的5芯航空插头母座；

步骤2：将电能表检验装置的电压、电流输出端子通过电压线、电流线与电能表的电压、电流端子相连；

步骤3：电能表检验装置、电磁兼容设备分别与上位机通信连接，

步骤4：程控位移夹具与遥控器或上位机通信连接；

步骤5：上位机程序通过控制电能表检验装置和电磁兼容设备进行有功误差影响量自动化测试并记录数据；

步骤6：试验结束后，通过遥控器或上位机控制程控位移夹具将导光光纤移动至无功脉冲信号指示灯，再次进行无功误差影响量试验。

如图6图7所示，无负载条件下，检测步骤如下：

步骤1：打开第一负载电池开关，第一负载电池通过抗干扰信号线三连接到光脉冲采集器的电源端子，给光脉冲采集器提供稳定的工作电压；

步骤2：打开脉冲计数器开关，光脉冲采集器的电信号输出端子通过抗干扰信号线二连接到脉冲计数器的电信号输入端子；

步骤3：电能表检验装置的电压，或者稳压电源通过电压线与电能表的电压相连，提供电能表工作电压；

步骤4：电能表检验装置、电磁兼容设备分别与上位机通信连接，

步骤5：程控位移夹具与遥控器或上位机通信连接；

步骤6：上位机程序通过控制电能表检验装置和电磁兼容设备进行无负载有功干扰量自动化测试，根据脉冲计数器记录数据，监测电能表的电量改变量；

步骤7：试验结束后，通过遥控器或上位机控制程控位移夹具将导光光纤移动至无功脉冲信号指示灯，再次进行无功干扰量试验。

试验中发现，由于光脉冲采集器工作电压由电能表校验装置提供，之间的互连电缆很长，空间耦合干扰会对光电采集器的电源部分产生影响，导致了光脉冲采集器信号转换输出的方波信号电压降低，从而影响了电能表校验装置的逻辑判断，因此引入外置的5V负载电池为光电采集器提供稳定的电源信号，而由导光光纤的方式传输光信号，可以使光脉冲采集器远离电能表表面，降低受到的空间辐射电磁场的强度，试验人员也无需贴近电能表观察，以免长期近距离接触干扰场，对试验人员身体健康产生影响。

本发明只需一个光电采集装置，就可实现电能表有功、无功光脉冲的自动切换采样，降低了检测时间,提升了自动化检测水平，同时减少了原有工作人员人工移动光电采样器工作时存在的安全风险。采用导光光纤远距离采样的方法，使光电采集器远离电能表表面，可以降低工频磁场、射频辐射电磁场等空间电磁场对光电采集器的影响，也可应用于其它交变湿热，高低温，防水等环境试验的光脉冲信号采样，使信号采集更稳定可靠，本发明的光电采集装置可以应用到电能表所有的影响量试验中。也可以应用于那些只能采用光脉冲信号灯采样方式的电能表的其它影响量试验。本发明解决了无负载的条件下，在电磁兼容干扰的情况下，电能表的电量改变量监测试验，也可以应用于其它影响量试验中。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。