微型传感器自取电技术研究

微型传感器自取电技术研究韩忠杰　王玲芝（陕西省￣ｌ－ｆ科学研究院，陕西西安７１００６５）　４５　微型传感器自取电技术研究　韩忠杰　王玲芝　（陕西省计量科学研究院，陕西西安７１００６５）　摘要：本课题设计了一种基于电流互感器（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，简称ＣＴ）的微型传感器自取电装置。详细介绍了电流互感器的工作原理阐　述了整流电路的相关选择问题与原则，设计了保护电路和滤波稳压电路。利用Ｐｒｏｔｅｌ仿真并进行了硬件调试。调试结果表明，所设计的微传　，感器自取电技术装置可以达到取电的目的。　关键词：ＣＴ取电；过压保护；整流滤波；线圈　中图分类号：ＴＭ４５２　文献标识码：Ａ　国家标准学科分类代码：４６０．４０９９　ＤＯＩ：１０．１５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４—６９４１．２０１８．０５．０１４　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｉｃｋｕｐ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｈａｎ　Ｚｈｏｎｇｊｉｅ　Ｗａｎｇ　Ｌｉｎｇｚｈｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａ　ｍｉｎｉａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｓｅｌｆ—ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｒｅｃｔｉｉｃａｔｆｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｉｌｔｅｒ　ｖｏｌｔａｇｅ—ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ．　Ｐｒｏｔｅｌ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ａｎｄ　ｄｅｂｕｇ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ．Ｔｈｅ　ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｍｉｃｒｏ—ｓｅｎｓｏｒ　ｓｅｌｆ　—ｐｏｗｅｒｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ　ｃａｎ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＴ　ｔａｋｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ；ｏｖｅｒ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ；ｃｏｉｌ　０　引言　在互联网时代的影响下，我国的经济水平得到　了快速的发展。社会上对于自取电技术有了新的要　求，就是要考虑到它的稳定性、可靠性以及取电的高　效性，还有对管理水准的提升。而ＣＴ取电的装置　因其廉价的成本、广泛的适应能力、安装改造方便，　必将取得到市场上的广泛的应用，因此具有广阔的　市场前景。　本课题研究了一种基于ＣＴ微型传感器的自取　电技术，分别设计了整流电路、保护电路、滤波稳压　电路，并通过Ｐｒｏｔｅｌ进行了仿真及硬件调试。　１　ＣＴ取电电源原理　电流互感器也是变压器的一种。都是把大电流　转换成小电流，同时它也是一种变换电流的特殊变　压器。电流互感器的示意图如图１所示。　图１电流互感雒不惹图　时它的二次侧也以串联方式和保护电路及测量电路　联系在一起，且二次绕组匝数甚多。电流互感器在　工作的整个过程接近于短路状况，因为它的二次回　路一直处于闭合状态，这样就造成了后绪串联电路　回路里的线圈阻抗极小，甚至可以忽略。　电磁感应是电流互感器工作的基本依据，闭合　的铁心附加绕组就形成了一个ＣＴ。在它的一次侧　通常流过所有的电流，因为一次绕组以串联的形式　和需要测量的电路一起，而且一次侧线圈极少。同　收稿日期：２０１８—０４—０３　从图１可知，被测电流，　以串联的形式和被测　回路结合在一起，它也被称为一次电流。　是二次　电流，，２可串在测量电路亦或者继电保护电路中。　根据电磁感应原理，，　有电流流过时，在二次线圈中　将会感应出电动势Ｅ　，在阻抗作用下生成电流，２。　根据变压器所遵守得原理，我们可以得出如下结论，　在一次侧产生的磁动势是，　和Ⅳ　的乘积，同理可得　二次侧的磁动势为，２和Ⅳ２的乘积。２个磁动势存在　如下关系，　Ｉ１Ｎ　Ｌ＋Ｉ２Ｎ２＝ＩｂＮ　Ｌ　１　式中：，ｎ一励磁电上面的等式被命名为磁动势　平衡方程。从上面的式子我们可以看出：一次磁动　势的某一部分被用来做励磁，而励磁可以表示为，０　。我们不难看出，励磁磁动势是生成主磁通的源　头。励磁磁动势和一次磁动势（被用做平衡二次线　圈产生的磁动势）成反比。而且一次磁动势跟二次　磁动势在数值上相等，相位相差１８０度。通常，由于　励磁电流太小，就不把它列入算式中计算，因此可以　得到如下式子：　，１Ｎ１＝一１２Ｎ２　（２）　用额定值的形式表示上式，则　Ｋ＝Ｉｉ．／１２　＝Ｎ２／Ⅳ１　（３）　即　，１　Ｎ１＝１２　Ｎ２　（４）　２整流电路设计　２．１整流电路分析　图２～图６分别是半波整流、全波整流、全波桥　式整流电路示意图及它们的波形图。　图２半波整流电路　Ｅ２　０　（ａ）　Ｕｓ０　（ｂ）０　Ｄ．截止　Ｄ，导通　Ｅ，　０　（ｃ）　图３半波整流波形图　《计量与测试技术》２０１８年第４５卷第５期　Ｔ　图４全波整流电路图　Ｅ２　０　（ａ）　Ｕｓｅ　０　（ｂ）　图５全波整流电路图　图６全波桥式整流电路　从图４和图６可以看出：全波桥式电路比全波　小一半。因为全波桥式整流的电路中变压器次级电　压的最大值就是每一个二极管所承受的反向电压。　全波桥式整流是半波整流的创新与突破。根据　图３可以看出如果输入一种标准的正弦波，半波整　流的利用率只有一半。　根据图６可以看到全波桥式整流电路同样利用　二极管，只是增加了数量到４个。这样就可以形成　一座完美的桥梁。由于在桥式整流的电路中一对二　极管正常接入电路，另一对反向接入电路。这样的　话，如图５输入的正弦波不论是正半周期亦或是负　半周期，电路都可以正常运行。并且输出的都是正　弦波的的正半周期。这样的话，桥式整流器电路对　输人的正弦波的利用率高达百分之百，是半波整流　利用率的二倍。　２．２整流设计方案　综合上面内容所描述，全波桥式整流集半波整　流和全波整流的优点于一身，所以本设计的选择的　是全波桥式整流电路。　特别注意，设计中整流桥后面需加一个１０欧姆　的电阻。它的作用是防止后绪工作中三极管因工作　《计量与测试技术》２０１８年第４５卷第５期　（ａｎｇｌｅ。，ａｎｇｌｅ：）；ｓ个隐层的神经元。在滤波实施期　间，神经网络实现对实际结果ｄ与输入向量　之间　存在的误差矩阵进行获取，并基于对矩阵ｔｈｅｔａ进行　调整。　通过该等式的作用，即可进行网络训练，并实现　对权值矩阵ｔｈｅｔａ的更新处理。　优化改进了的网络权值滤过算法通过对距离与　具体的训练过程为：　信号强度的指数关系曲线进行非等间隔的分段线性　化，线性化后的线段比较逼近原来的指数曲线，而且　对所有的未知参数的估计均可通过线性化运算省　（１）神经网络中向前进行网络的传递。这部分　主要分为四步：　略，整个定位过程无需传播模型的离线训练阶段。　（９）　（１０）　４结论　Ｍ１＝Ｗｌ　１；　（；，ｓａｍｐｌｅｓ）］　Ｏ１＝１．／（１＋ｅｘｐ（一ｕ１））　本论文主要针对基于信号到达角的坐标计算与　滤波修正算法作了深入研究，通过大量阅读相关文　／．ｔ２＝ｗ２　１；０１］　（：，ｓａｍｐｌｅｓ）＝Ｕ２　（１１）　（１２）　根据上述公式（９）～（１２）来看，在权值Ｗ。的作　献资料，深入了解研究其它相关算法后，提出了一种　优化改进了的网络权值滤过算法室内定位新算法，　对算法原理作了详细概述并对算法可行性作了分析　研究，该算法可以实时地进行目标节点的定位，相对　于传统的基于指数曲线传播模型的算法，一定程度　用下，输入值　，即可获得Ｏ　；而在权值Ｗ：的影响　下，Ｏ。随即可获得　，再将所获得的ｕ：复制到矩阵　Ｙ中。　（２）在对卡尔曼推递进行计算的过程中，出现　一个衍生的矩阵Ｈ。　根据公式（１１）与（１２）即可了解到，线性函数是　上降低了算法复杂度，与对指数曲线进行一条直线　线性化的算法相比，一定程度上减小了定位误差。　参考文献　输出层的传递函数，此时Ｏ　即可对公式（１１）的求　权值Ｗ：进行计算：　－　——Ｉ：　＿—一　：０　１　ＯＷ２　ＯＷ２　［１］严长虹，金琳．时间偏移下的多源目标精确定位方法［Ｊ］．　传感技术学报，２０１７，（０２）：１７８～１８２．　［２］吴玉成，李江雯．基于最优节点通信半径的改进ＤＶ—Ｈｏｐ定位　算法［Ｊ］．华南理工大学学报：自然科学版，２０１６，６（６）：３６～４２．　［３］姜莉．基于ＷｉＦｉ室内定位关键技术的研究．大连理工大　学，２０１６．　（１３）Ｌ　ｌｊ　　再将０　代人到Ｈ矩阵中，经过公式（９）（１０）计　算，可获得Ｗ　权值偏导：　Ｏｕ２　ｄ（Ｗ２０１）　［４］潘立波．基于ＷｉＦｉ技术的无线定位算法研究与实现．浙江　Ｏｏｌ　——　大学，２０１６．　Ｏｗ２　＝—Ｏｗ２　—＝Ｗ一　Ｏｗ１　［５］李丽，周彦伟，吴振强．无线网络定位技术研究［Ｊ］．计算机　技术与发展，２０１５，（１０）：５９～６２．　＝　２：｝：０１￥（１—０１）　（１４）　［６］周凤歧．最优估计理论［Ｍ］．高等教育出版社，２０１５．　［７］石鹏，徐凤燕，王宗欣．基于传播损耗模型的最大似然估　计室内定位算法『Ｊ］．信号处理，２０１５．２１（５）：５０２～５０４．　（３）对卡尔曼滤波递推进行扩展。　根据上述推导计算，最后可获得扩展卡尔曼滤　波等式：　Ｋ＝（Ｐ＋Ｑ）：ｌ＝Ｈ￥（（Ｒ＋Ｈ　；ｌ；（Ｐ十ｑ）　Ｈ）一　）　作者简介：黄勇，男，工程师。工作单位：重庆市计量质量检测研究院。　ｔｈｅｔａ＝ｔｈｅｔａ＋Ｋ　（ｄ（；，ｓａｍｐｌｅｓ）一　（；，ｓａｍｐｌｅｓ））　Ｐ＝Ｐ～Ｋ　Ｈ　（Ｐ＋Ｑ）＋Ｑ　鹿安，重庆市计量质量检测研究院（重庆４０１１２１）。　（上接第４７页）　技术。通过软件仿真及硬件调试，当对自取电装置　输入不同的电压值时，都可以输出我们需要的电压　大小。因此，所设计的自取电装置可以达到取电的　目的。　参考文献　［３］刘东，丁振华，滕乐天．配电自动化实用化关键技术及其进　展［Ｊ］．电力系统自动化，２００４，２８（７）．　［４］配电自动化终端在配电自动化系统中的地位和作用，中国　机械资网ＷＷＷ．ｃｍｉｗ．ｃｎ，２００５，１０，３０．　［５］ｚｉｇＢｅｅ　Ｄｏｃｕｍｅｎｔ　０７４８５５ｒ０４，Ｔｈｅ　ＺｉｇＢｅｅ　ＰＲＯ　ＳｔａｃｋＰｒｏｆｉｌｅ，　ＺｉｇＢｅｅ　Ａｌｌｉａｎｃｅ，２００７．　［１］徐丙垠．配电自动化远方终端技术，电力系统自动化，　１９９９，２３（５）：４１～４４．　作者简介：韩忠杰。工作单位：陕西省计量科学研究院。　王玲芝，西安邮电大学自动化学院（西安７１０１２１）。　［２］李贵山，杨建平，印制电路板设计中的抗干扰措施与电磁　兼容性研究，电子工艺技术，２００１，（６）：１９～２２．