CN104111383A - 一种带有测距功能的三维场强探测器及方法 - Google Patents

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李�诚
方宝友
蔡骏峰
汤胜
王丹君
李延锋
刘海琼
乐望梅
周波
徐琴
柯亮
胡伟文
江文娟
李建中
张宏博
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BEIJING HUADIAN WANGTONG S&T CO LTD
State Grid Corp of China SGCC
Wuhan Power Supply Co of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
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BEIJING HUADIAN WANGTONG S&T CO LTD
State Grid Corp of China SGCC
Wuhan Power Supply Co of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及电力系统变电站施工专用的安全保障定位装置，是一种带有测距功能的三维场强探测器，能实现电场强下的定位，属于电力行业施工安全保障领域。本发明提供了带有测距功能的三维场强探测器及方法。该装置的传感探头由三对正交的极板组成，能感应变电站内50HZ交变电场，能将电场矢量以三个电压分量形式输出，经信号调理模块，由CC2430的AD模块进行模数转换。实现电场矢量的三维数据采集，同时还利用zigbee芯片CC2430的测距功能帮助定位。

Description

一种带有测距功能的三维场强探测器及方法
技术领域
本发明涉及电力系统变电站施工专用的安全保障定位装置，是一种带有测距功能的三维场强探测器，能实现电场强下的定位，属于电力行业施工安全保障领域。
背景技术
在电力生产领域安全是头等重要，特别是操作人员的人身安全。变电站内进行设备检修或技改施工，都是带电操作的。变电站内高压场源附近存在相应的电场分布。一般情况下场强是位置的单值函数。在高压带电体附近，存在场强击穿放电引发触电事故发生危险，佩戴该装置的施工时人员，在变电站带电施工时，可以实现后台定位、触电报警。
发明内容
针对背景技术的不足，本发明提供了带有测距功能的三维场强探测器及方法。该装置的传感探头由三对正交的极板组成，能感应变电站内50HZ交变电场，能将电场矢量以三个电压分量形式输出，经信号调理模块，由CC2430的AD模块进行模数转换。实现电场矢量的三维数据采集，同时还利用zigbee芯片CC2430的测距功能帮助定位。
本发明的技术方案是：
一种带有测距功能的三维球型场强探测器，包括传感探头1、信号调理模块2以及数据采集模块3，传感探头1将感应的三维电场以三个电压分量形式输出到信号调理模块2；信号调理模块2处理后的信号输入到数据采集模块3，其特征在于：所述的传感探头包含三对正交的极板，能从X、Y、Z三个三垂直的方向感应电场矢量。
如上所述的三维球型场强探测器，其特征在于：所述的传感探头1为球形封装。其有益效果是：利用将该传感器放置在电站施工人上，可以保持电场在各个方面的信号强度，提高测量的精度。
如上所述的三维球型场强探测器，其特征在于：所述的数据采集模块3为zigbee芯片CC2430、AD模块采集。其有益效果是：可获得三维电场特征值的同时完成到基点距离的测量。
如上所述的三维球型场强探测器，其特征在于：它还设有报警装置。
 
一种带有测距功能的三维场强探测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、建立各变电站的三维场强分布信息图；
步骤二、带如上所述的三维球型场强探测器进入现场，采集三维电场分布情况；
步骤三、将三维电场分布情况信息与三维场强分布信息图的三维特征电场值进行对比，对施工人员进行定位。
如上所述的三维场强探测方法，其特征在于：所述步骤一中：三维场强分布信息图的建立方法为：将如上所述的三维球型场强探测器在变电站内部不同地点测量场强并记录在后台系统中。
本发明的有益效果是：
1、每个施工者佩戴一个三维球型场强探测器。可实时检测所在位置的电场强度。根据设定，当电场强超过一定值时，发出报警、提示信号。把定位于安全报警有机的结合起来。
2. 采用zigbee芯片CC2430无线数据传输模块 ，可以将检测到的场强信息，发送到后台，系统可利用 zigbee芯片测距功能获得参数和场强信息完成定位。可以构成无线电场感应网。 
3、最终可实现后台同时对多点进行定位。
附图说明
图1是带有测距功能的三维场强探测器使用示意图。
图2是本发明带有测距功能的三维场强探测器的结构框图。
具体实施方式
 
附图标记说明：1—传感探头，2—信号调理模块，3—数据采集模块。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如附图2所示，本发明带有测距功能的三维球型场强探测器包括传感探头1、信号调理模块2以及数据采集模块3，本发明的传感探头包含三对正交的极板，能从X、Y、Z三个三垂直的方向感应电场矢量（U=E*D)。能将感应的三维电场以三个电压分量形式输出到信号调理模块2；信号调理模块2经衰减、整流、滤波电路后将信号输入到数据采集模块3，最终实现三维电场信号的采集。
本发明的传感探头1最好采用球形封装，这样不仅利用将该传感器放置在电站施工人上，还可以保持电场在各个方面的信号强度，提高测量的精度。
本发明的信号调理模块2中的前置放大电路是典型的电场检测电路，运算放大器选择的是LM324，采用单电源、同相输入方式，利用二极管的单方向导电特性完成整流。
LM324系列器件是带有真差动输入的四运算放大器，可采用单电源，工作电压可在3伏到32伏的范围，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一，许多应用场合中不需外部偏置元件。
因此要进行一定量衰减使其在0—2.5v。
本发明的数据采集模块3最好选用zigbee芯片CC2430、AD模块采集，这样可在获得三维电场特征值的同时完成到基点距离的测量。
zigbee芯片CC2430具有无线数据传输模块CC2430是符合2.4G IEEE802.15.4标准的射频收发器。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250 kbit/s可以实现多点对多点的快速组网，同时zigbee芯片还具有测距功能。
zigbee芯片有如下特点：超低电流消耗（RX:19.7mA,TX:17.4mA）高接收灵敏度（-99 dBm）；抗邻频道干扰能力强(39 dB)；内部集成有VCO、LNA、PA以及电源整流器　采用低电压供电(2.1～3.6V)；输出功率编程可控；IEEE802.15.4 ＭＡＣ层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、16bit CRC校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护(CTR,CBC－MAC,CCM)；与控制微处理器的接口配置容易(4总线SPI接口)。
本发明还可以在报警装置，当电场强度过大时，报警装置响起，报警装置可设置在后台系统中，也可放置在施工人员身上。
本发明的使用过程如附图1所示，本发明的检测点到基站协调器的距离和检测点测量到的场强可以实现检测点的定位。本发明的使用方法是：先建立各变电站的三维场强分布信息图。变电站内当高压线缆、变压器等装置安装定位后，在运行时变电站内各点有稳定的50HZ交变电场分布。每一个具体位置对应一个三维特征电场值。三维场强分布信息图的建立方法为：将本发明的维球型场强探测器在变电站内部不同地点测量场强并记录在后台系统中。在高压环境下施工人员带三维球型场强探测器进入现场后，三维球型场强探测器将施工人员身边的三维电场分布情况实时传输到后台系统，后台系统将该信息与三维场强分布信息图的三维特征电场值进行对比，实现对施工人员的定位。该后台系统可以实时观察到多个施工人员的位置。

Claims (6)

1.一种带有测距功能的三维球型场强探测器，包括传感探头1、信号调理模块2以及数据采集模块3，传感探头1将感应的三维电场以三个电压分量形式输出到信号调理模块2；信号调理模块2处理后的信号输入到数据采集模块3，其特征在于：所述的传感探头包含三对正交的极板，能从X、Y、Z三个三垂直的方向感应电场矢量。
2.如权利要求1所述的三维球型场强探测器，其特征在于：所述的传感探头1为球形封装。
3.如权利要求1所述的三维球型场强探测器，其特征在于：所述的数据采集模块3为zigbee芯片CC2430、AD模块采集。
4.如权利要求1所述的三维球型场强探测器，其特征在于：它还设有报警装置。
5.一种带有测距功能的三维场强探测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、建立各变电站的三维场强分布信息图；
步骤二、带如上所述的三维球型场强探测器进入现场，采集三维电场分布情况；
步骤三、将三维电场分布情况信息与三维场强分布信息图的三维特征电场值进行对比，对施工人员进行定位。
6.如权利要求5所述的三维场强探测方法，其特征在于：所述步骤一中：三维场强分布信息图的建立方法为：将如上所述的三维球型场强探测器在变电站内部不同地点测量场强并记录在后台系统中。
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