CN103514709A - 带有电场强度报警装置的安全帽 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全帽，尤其是一种带有电场强度报警装置的安全帽，具体地说是具有电场距离检测的安全距离报警的安全帽，属于电力检测设备的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述带有电场强度报警装置的安全帽，包括安全帽本体；所述安全帽本体上设置电场强度检测装置，所述电场强度检测装置与安全帽本体上的控制电路的电连接，控制电路的输出端与声光报警电路连接；当电场强度检测装置检测的电场强度与控制电路内预设的报警电场强度匹配时，控制电路通过声光报警电路进行声光报警。本发明结构紧凑，能防止操作人员误入带电区域，能进行静电场强分析，穿戴更换方便，适应范围广，安全可靠。

Description

带有电场强度报警装置的安全帽

技术领域

本发明涉及一种安全帽，尤其是一种带有电场强度报警装置的安全帽，具体地说是具有电场距离检测的安全距离报警的安全帽，属于电力检测设备的技术领域。

背景技术

随经济发展，电网的建设规模有了突飞猛进的发展，但是也面临着各种各样的安全问题。尤为突出的是一线运行检修人员的人身安全和设备安全，如何有效的避免因人为失误导致接近高压带电体造成人员伤亡事故，成为电力安全生产研究的重要方向。

接近高压带电体越近，则产生的电场强度越高。近电检测技术是一种靠近高压带电体的安全距离检测技术，根据空间的电场信号来的强度来判断目标和高压带电体之间的相对距离是否安全，从而提醒作业人员注意危险。

现有的产品是使用的近电报警器装置，如腕式报警器，是一种类似于手表的装置，并能佩戴在检修人员的手腕部位，但只能进行定性的报警，同时报警的准确性不高，经常出现误报；在变电站内的配电室内由于空间比较狭小，经常出现在进门处就出现报警，只能判断周围十几米处是否有电，对运行检修人员是否真实接近带电体几乎起不到作用，无法有效避免事故的发生，更不能准确判断出具体方位的电场强度的大小和电场的分布趋势。同时由于该设备并不属于运行检修人员佩戴的必须品，故而出现进场运行检修人员不佩戴的情况。而国家相关标准也没有对该设备的佩戴进行强制性要求，往往运行检修人员忽视了该设备的佩戴。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种带有电场强度报警装置的安全帽，其结构紧凑，能防止操作人员误入带电区域，能进行静电场强分析，穿戴更换方便，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述带有电场强度报警装置的安全帽，包括安全帽本体；所述安全帽本体上设置电场强度检测装置，所述电场强度检测装置与安全帽本体上的控制电路的电连接，控制电路的输出端与声光报警电路连接；当电场强度检测装置检测的电场强度与控制电路内预设的报警电场强度匹配时，控制电路通过声光报警电路进行声光报警。

所述安全帽本体上设置电场强度检测装置包括第一电场强度感知探头、第二电场强度感知探头、第三电场强度感知探头、第四电场强度感知探头以及第五电场强度感知探头；其中，第五电场强度感知探头位于安全帽本体的顶部，第一电场感知探头、第二电场感知探头、第三电场强度感知探头及第四电场强度感知探头均匀分布于安全帽本体上。

所述第一电场强度感知探头、第二电场强度感知探头、第三电场强度感知探头、第四电场强度感知探头及第五电场强度感知探头均包括前端感应电路、选频电路、信号调理电路、信号放大电路及信号采集电路；前端感应电路的输出端与选频电路相连，选频电路的输出端与信号调理电路相连，信号调理电路的输出端与信号放大电路相连，信号放大电路通过信号采集电路与控制电路连接。

所述控制电路与射频收发电路连接，控制电路通过射频收发电路与变电站监控主站连接；控制电路通过射频收发电路向变电站监控主站传输检测的电场强度值，且控制电路能通过射频收发电路接收变电站监控主站传输的报警电场强度。

所述控制电路的电源端及射频收发电路的电源端均与电源电路电连接，电源电路的输入端通过储能单元与电场能量感应获取电路连接。

所述电场能量感应获取电路包括能量感应电极，所述能量感应电极通过整流桥电路与储能单元连接，所述储能单元与电源电路内的DC/DC芯片连接。

所述能量感应电极包括两层能量感应层以及位于所述能量感应层间的能量感应介质层；所述储能单元包括超级电容。

所述前端感应电路包括场强感应电极，所述场强感应电极包括两层场强感应层以及位于所述场强感应层间的场强感应介质层；选频电路包括第一电阻及第一运算放大器，信号调理电路及信号放大电路包括第二电阻、第一电容、第三电阻及第二运算放大器；第一运算放大器的反相端接地，第一运算放大器的同相端通过第一电阻与场强感应电极内的一场强感应层连接，场强感应电极内的另一场强感应层接地；第一运算放大器的输出端通过第二电阻与第二运算放大器的同相端连接，第二运算放大器的反相端接地，第二运算放大器的同相端通过第一电容与第二运算放大器的输出端连接，第一电容的两端并联有第三电阻，第二运算放大器的输出端与信号采集电路连接。

所述声光报警电路包括报警灯及报警铃，所述报警灯及报警铃与控制电路的输出端连接。

本发明的优点：安全帽本体上设置电场强度检测装置，通过电场强度检测装置来实现对安全帽本体周围电场强度进行检测，安全帽本体佩戴在运行检修人员的头部，相对位置比较固定，检测的准确度较高，使得报警的准确度更加的高，并可准确的判断操作人员与高压带电体的距离，防止操作人员误入带电区域。控制电路对多个电场强度感知探头检测的电场强度进行同步处理，并能通过安全帽本体上的声光报警装置进行声光报警，提高的报警的准确性，大大减少了误报率；控制电路通过射频收发电路与变电站监控主站连接，通过变电站监控主站能实现对操作人员监控的定量分析，电场强度检测装置、声光报警装置及控制电路与安全帽本体的一体化设计，不会给运行和操作人员增加额外的负担和装备，穿戴更换方便，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的电路框图。

图3为本发明电场能量感应获取电路、储能单元以及电源电路的电路原理图。

图4为本发明任一电场强度感知探头与控制电路的电路原理图。

附图标记说明：1-安全帽本体、2-第一电场强度感知探头、3-第二电场强度感知探头、4-第三电场强度感知探头、5-第四电场强度感知探头、6-第五电场强度感知探头、7-控制电路、8-高压带电体、9-电场能量感应获取电路、10-储能单元、11-电源电路、12-射频收发电路、13-声光报警电路、14-前端感应电路、15-选频电路、16-信号调理电路、17-信号放大电路、18-信号采集电路、19-能量感应介质层、20-能量感应层、21-整流桥电路、22-DC/DC芯片、23-超级电容、24-场强感应层、25-场强感应介质层、26-报警灯及27-报警铃。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示：为了能够有效防止操作人员进入带电区域，并能对静电场进行定量场强分析，本发明包括安全帽本体1；所述安全帽本体1上设置电场强度检测装置，所述电场强度检测装置与安全帽本体1上的控制电路7的电连接，控制电路7的输出端与声光报警电路13连接；当电场强度检测装置检测的电场强度与控制电路7内预设的报警电场强度匹配时，控制电路7通过声光报警电路13进行声光报警。

具体地，所述安全帽本体1上设置电场强度检测装置包括第一电场强度感知探头2、第二电场强度感知探头3、第三电场强度感知探头4、第四电场强度感知探头5以及第五电场强度感知探头6；其中，第五电场强度感知探头6位于安全帽本体1的顶部，第一电场感知探头2、第二电场感知探头3、第三电场强度感知探头4及第四电场强度感知探头5均匀分布于安全帽本体1上。

本发明实施例中，第一电场强度感知探头2、第二电场强度感知探头3、第三电场强度感知探头4、第四电场强度感知探头5分布于安全帽本体1的前、后、左、右四个方向，安全帽本体1佩戴在头部，通过安全帽本体1上的第一电场强度感知探头2、第二电场强度感知探头3、第三电场强度感知探头4及第四电场强度感知探头5来获取前后左右四个方向的电场强度，通过第五电场强度感知探头6来获取安全帽本体1上方的电场强度，从而能够从多个方面来探测带电体的电场强度，实现多点协同测量。第一电场强度感知探头2、第二电场强度感知探头3、第三电场强度感知探头4、第四电场强度感知探头5以及第五电场强度感知探头6均与控制电路7电连接，从而使得控制电路7能接收多个方向的电场强度，当输入控制电路7内的任一方向的电场强度超过控制电路7内预设的报警电场强度时，控制电路7就能够通过声光报警电路13进行声光报警。控制电路7可以采用常用的微处理芯片，如单片机等。所述声光报警电路13包括报警灯26及报警铃27，所述报警灯26及报警铃27与控制电路7的输出端连接。

所述第一电场强度感知探头2、第二电场强度感知探头3、第三电场强度感知探头4、第四电场强度感知探头5及第五电场强度感知探头6均包括前端感应电路14、选频电路15、信号调理电路16、信号放大电路17及信号采集电路18；前端感应电路14的输出端与选频电路15相连，选频电路15的输出端与信号调理电路16相连，信号调理电路16的输出端与信号放大电路17相连，信号放大电路17通过信号采集电路18与控制电路7连接。

其中，前端感应电路14用于感应高压带电体8的静电场信号；选频电路15用于过滤当中一些干扰信号，防止误报警的发生；信号调理电路16用于对过滤后的信号进行处理，变成一种可以进行模型化处理的信号；信号放大电路17用于把微弱的电场信号进行放大，可以被后级电路进行采集处理；信号采集电路18将前端传输过来的模拟信号数字化处理，信号采集电路18可以采用常用的模数转换电路。

为了能够实现有效监控以及对电场强度进行定量分析，所述控制电路7与射频收发电路12连接，控制电路7通过射频收发电路12与变电站监控主站连接；控制电路7通过射频收发电路12向变电站监控主站传输检测的电场强度值，且控制电路7能通过射频收发电路12接收变电站监控主站传输的报警电场强度。具体地，变电站监控主站可以为监控服务器，变电站监控主站根据变电站的情况对安全帽本体1的电压等级进行设置，即能够调整控制电路7内预设的报警电场强度。变电站监控主站根据射频收发电路12能够对佩戴安全帽本体1的操作人员进行有效监控，确保操作人员的人身安全。射频收发电路12可以采用现有常用的无线信号收发形式。

为了能够对控制电路7及射频收发电路12进行供电，降低操作人员的负担，所述控制电路7的电源端及射频收发电路12的电源端均与电源电路11电连接，电源电路11的输入端通过储能单元10与电场能量感应获取电路9连接。本发明实施例中，通过电场能量感应获取电路9来获取安全帽本体1周围电场信号以获取能量，并将能量存储在储能单元10中，储能单元10通过电源电路11对控制电路7及射频收发电路12进行供电，使得控制电路7及射频收发电路12与声光报警电路13能够正常工作。

如图3所示：所述电场能量感应获取电路9包括能量感应电极，所述能量感应电极通过整流桥电路21与储能单元10连接，所述储能单元10与电源电路11内的DC/DC芯片22连接。

所述能量感应电极包括两层能量感应层20以及位于所述能量感应层20间的能量感应介质层19；所述储能单元10包括超级电容23。

本发明实施例中，能量感应层20采用铜箔，能量感应介质层19采用FPC（柔性印刷线路板）介质材料，能量感应层20与能量感应介质层19间形成电容结构；整流桥电路21采用二极管正极整流，通过整流桥电路21将交流电变成脉动直流电。储能单元10采用超级电容23，通过超级电容23进行储能，然后通过DC/DC芯片22为控制电路7以及射频收发电路12提供稳定的工作电源。

如图4所示：所述前端感应电路14包括场强感应电极，所述场强感应电极包括两层场强感应层24以及位于所述场强感应层24间的场强感应介质层25；选频电路15包括第一电阻R1及第一运算放大器U1，信号调理电路16及信号放大电路17包括第二电阻R2、第一电容C1、第三电阻R3及第二运算放大器U2；第一运算放大器U1的反相端接地，第一运算放大器U1的同相端通过第一电阻R1与场强感应电极内的一场强感应层24连接，场强感应电极内的另一场强感应层24接地；第一运算放大器U1的输出端通过第二电阻R2与第二运算放大器U2的同相端连接，第二运算放大器U2的反相端接地，第二运算放大器U2的同相端通过第一电容C1与第二运算放大器U2的输出端连接，第一电容C1的两端并联有第三电阻R3，第二运算放大器U2的输出端与信号采集电路18连接。

图4中示出了任一电场强度感知探头与控制电路7的配合电源原理图，场强感应电极通过场强感应层24与场强感应介质层25形成电容的结构，场强感应层24为铜箔，场强感应介质层25采用FPC材料层，通过场强感应电极来对高压带电体8周围的电场强度进行感应。通过第一电阻R1及第一运算放大器U1来进行选频，通过第二电阻R2、第一电容C1、第三电阻R3及第二运算放大器U2实现对信号的调理、信号放大，信号采集电路18将模拟信号转换为数字信号后输入到控制电路7内，由控制电路7进行分析判断处理。

工作时，交流输电线路输送的交流电流的频率为50Hz，那么在输电线路空间就会产生50Hz的工频电场，即高压带电体8的周围会存在50Hz的工频电场。总体上来讲，距离高压带电体8越近则电场强度越高，随着距离的增加电场强度呈现递减的趋势，电场强度与电压成正比，因此可以利用空间的电场信号来判断操作员是否在安全规定的距离范围操作，是否安全。

安全帽本体1佩戴在操作人员的头部，安全帽本体1上的第一电场强度感知探头2、第二电场强度感知探头3、第三电场强度感知探头4、第四电场强度感知探头5及第六电场强度感知探头6同时进行电场强度的同步测量，控制电路7对同步测量的电场强度进行采集处理，得到操作人员周围电场的梯度分布图，当电场强度与控制电路7内预设的报警电场强度匹配时，控制电路7通过声光报警电路13进行本地报警，以提醒操作人员注意安全。另外，控制电路7通过射频收发电路12将采集的电场强度传输到变电站监控主站，通过变电站监控主站方便后台运维调度人员分析，从而能更准确地判断操作人员是否接近高压带电体8。

为了提高供电效率，降低供电负担，通过电场能量感应获取电路9、储能单元10以及电源电路11对控制电路7及射频收发电路12进行供电，实现空间无线电取电，通过空间静电场在平行极板上电荷积累效应，对安全帽本体1周围电荷进行吸收、储能，然后通过高效率的同步整流单元把它转化为可以利用的能源供应给系统进行使用。

本发明安全帽本体1上设置电场强度检测装置，通过电场强度检测装置来实现对安全帽本体1周围电场强度进行检测，安全帽本体1佩戴在运行检修人员的头部，相对位置比较固定，检测的准确度较高，使得报警的准确度更加的高，并可准确的判断操作人员与高压带电体8的距离，防止操作人员误入带电区域。控制电路7对多个电场强度感知探头检测的电场强度进行同步处理，并能通过安全帽本体1上的声光报警装置13进行声光报警，提高的报警的准确性，大大减少了误报率；控制电路7通过射频收发电路12与变电站监控主站连接，通过变电站监控主站能实现对操作人员监控的定量分析，电场强度检测装置、声光报警装置13及控制电路7与安全帽本体1的一体化设计，不会给运行和操作人员增加额外的负担和装备，穿戴更换方便，适应范围广，安全可靠。

Claims (9)

1.一种带有电场强度报警装置的安全帽，包括安全帽本体（1）；其特征是：所述安全帽本体（1）上设置电场强度检测装置，所述电场强度检测装置与安全帽本体（1）上的控制电路（7）的电连接，控制电路（7）的输出端与声光报警电路（13）连接；当电场强度检测装置检测的电场强度与控制电路（7）内预设的报警电场强度匹配时，控制电路（7）通过声光报警电路（13）进行声光报警。

2.根据权利要求1所述的带有电场强度报警装置的安全帽，其特征是：所述安全帽本体（1）上设置电场强度检测装置包括第一电场强度感知探头（2）、第二电场强度感知探头（3）、第三电场强度感知探头（4）、第四电场强度感知探头（5）以及第五电场强度感知探头（6）；其中，第五电场强度感知探头（6）位于安全帽本体（1）的顶部，第一电场感知探头（2）、第二电场感知探头（3）、第三电场强度感知探头（4）及第四电场强度感知探头（5）均匀分布于安全帽本体（1）上。

3.根据权利要求2所述的带有电场强度报警装置的安全帽，其特征是：所述第一电场强度感知探头（2）、第二电场强度感知探头（3）、第三电场强度感知探头（4）、第四电场强度感知探头（5）及第五电场强度感知探头（6）均包括前端感应电路（14）、选频电路（15）、信号调理电路（16）、信号放大电路（17）及信号采集电路（18）；前端感应电路（14）的输出端与选频电路（15）相连，选频电路（15）的输出端与信号调理电路（16）相连，信号调理电路（16）的输出端与信号放大电路（17）相连，信号放大电路（17）通过信号采集电路（18）与控制电路（7）连接。

4.根据权利要求1所述的带有电场强度报警装置的安全帽，其特征是：所述控制电路（7）与射频收发电路（12）连接，控制电路（7）通过射频收发电路（12）与变电站监控主站连接；控制电路（7）通过射频收发电路（12）向变电站监控主站传输检测的电场强度值，且控制电路（7）能通过射频收发电路（12）接收变电站监控主站传输的报警电场强度。

5.根据权利要求4所述的带有电场强度报警装置的安全帽，其特征是：所述控制电路（7）的电源端及射频收发电路（12）的电源端均与电源电路（11）电连接，电源电路（11）的输入端通过储能单元（10）与电场能量感应获取电路（9）连接。

6.根据权利要求5所述的带有电场强度报警装置的安全帽，其特征是：所述电场能量感应获取电路（9）包括能量感应电极，所述能量感应电极通过整流桥电路（21）与储能单元（10）连接，所述储能单元（10）与电源电路（11）内的DC/DC芯片（22）连接。

7.根据权利要求6所述的带有电场强度报警装置的安全帽，其特征是：所述能量感应电极包括两层能量感应层（20）以及位于所述能量感应层（20）间的能量感应介质层（19）；所述储能单元（10）包括超级电容（23）。

8.根据权利要求3所述的带有电场强度报警装置的安全帽，其特征是：所述前端感应电路（14）包括场强感应电极，所述场强感应电极包括两层场强感应层（24）以及位于所述场强感应层（24）间的场强感应介质层（25）；选频电路（15）包括第一电阻（R1）及第一运算放大器（U1），信号调理电路（16）及信号放大电路（17）包括第二电阻（R2）、第一电容（C1）、第三电阻（R3）及第二运算放大器（U2）；第一运算放大器（U1）的反相端接地，第一运算放大器（U1）的同相端通过第一电阻（R1）与场强感应电极内的一场强感应层（24）连接，场强感应电极内的另一场强感应层（24）接地；第一运算放大器（U1）的输出端通过第二电阻（R2）与第二运算放大器（U2）的同相端连接，第二运算放大器（U2）的反相端接地，第二运算放大器（U2）的同相端通过第一电容（C1）与第二运算放大器（U2）的输出端连接，第一电容（C1）的两端并联有第三电阻（R3），第二运算放大器（U2）的输出端与信号采集电路（18）连接。

9.根据权利要求1所述的带有电场强度报警装置的安全帽，其特征是：所述声光报警电路（13）包括报警灯（26）及报警铃（27），所述报警灯（26）及报警铃（27）与控制电路（7）的输出端连接。

Images