CN104714111B - 一种多用途地应力电场监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用途地应力电场监测装置，属于电场检测技术领域。该装置包括：用于获取电场信息的至少一种电场传感器；用于滤除电场信息中的地球背景电场信息和环境静电干扰信息的信息过滤模块；用于对过滤后的电场信息进行桥式放大的复合桥放大模块；用于对桥式放大后的电场信息进行差动放大的差动放大模块；用于显示经差动放大后的电场信息的显示模块。本发明是一种灾害预警电场信息监测仪器，旨在防灾减灾，主要目的是为人类实现地震震前预报提供一种优良性能的安全便捷的地应力电场预警信息监测设备。

Description

一种多用途地应力电场监测装置

技术领域

本发明涉及电场检测技术领域，特别涉及一种多用途地应力电场监测装置，尤其用于地震震前地应力电场预警信息监测、矿井下地电场监测、人居环境和工业环境有害电场监测、各类设施设备通电电场和静电电场非接触式监测、埋设式供用电线路铺设路径非接触式探查、隐蔽线路和电缆芯线断路故障非接触式检查、架空高压输电线路和高位电器设备通电电场远距离测试等。

背景技术

有史以来，地震预报一直是人类追求的目标，如何探测掌握地震发生前的地下预警信息，乃是现时代防震减灾工作的世界级课题；有些人类生活、工作环境中的电场关乎人的健康，却因其“无形”而被人们所忽视；某些特殊行业的设施设备上的静电容易在不经意间引发安全事故；一些建筑物理设式供用电线路更新改造，预先查明线路铺设路径，是提高施工效率、降低改造成本的重要前提；隐蔽线路和电缆芯线断路故障检修，历来因很难从外部确定故障位置，往往造成较大的人力物力浪费。为解决这些问题，特进行了本项发明。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种多用途地应力电场监测装置。所述技术方案如下：本发明实施例提供了一种多用途地应力电场监测装置，该装置包括：用于获取电场信息的至少一种电场传感器；用于滤除电场信息中的地球背景电场信息和环境静电干扰信息的信息过滤模块；用于对过滤后的电场信息进行桥式放大的复合桥放大模块；用于对桥式放大后的电场信息进行差动放大的差动放大模块；用于显示经差动放大后的电场信息的显示模块。

其中，本发明实施例中的电场传感器选自笼式地应力电场传感器、杯式物体电场传感器或环式空间电场传感器。

具体地，本发明实施例中的笼式地应力电场传感器为由一根表面附着绝缘层的金属丝绕制而成的球状或者正立方体结构。

优选地，本发明实施例提供的多用途地应力电场监测装置还包括屏蔽机箱，所述信息过滤模块和显示模块设于所述屏蔽机箱上，所述复合桥放大模块和差动放大模块设于所述屏蔽机箱内。

其中，本发明实施例中的信息过滤模块包括电木一环、电木二环、PPR环、外金属极板、中间金属极板和内金属极板，所述外金属极板、PPR环、中间金属极板、电木一环、电木二环和内金属极板由金属插件由外至内依次串接在一起，所述中间金属极板固定在屏蔽机箱上，所述内金属极板与复合桥放大模块电连接，所述外金属极板用于与电场传感器电连接。

具体地，本发明实施例中的电木一环、电木二环、PPR环，外金属极板和内金属极板均为圆环形结构，其厚度为1-3mm，其外径为13-15mm，其内径为6-8mm；所述金属插件为圆柱形结构，其直径为5-7mm；所述中间金属极板为中间带圆孔的薄方板。

更具体地，本发明实施例中的电木一环的厚度为2.3-2.7mm，所述电木二环的厚度为2.3-2.7mm，所述PPR环的厚度为1.2-2mm。

本发明实施例提供的电场监测装置的有益效果为：本发明是一种灾害预警电场信息监测仪器，旨在防灾减灾，主要目的是为人类实现地震震前预报提供一种优良性能的安全便捷的地应力电场预警信息监测设备；在此前提下，也为各类工矿环境和人居环境智能化防控有害电场提供一种安全便捷的电场信息监测设备；并为各类设施设备通电电场和静电电场监测、矿井下地电场监测、埋设式供用电线路铺设路径非接触式探查、隐蔽线路和电缆芯线断路故障非接触检查、架空高压输电线路和高位电器设备通电电场非接触测试等领域提供一种可远距离实施的检查测试设备。本发明的实现方式为：通过传感器（三个类别）高灵敏度采集目标电场信息，经滤波模块进行过滤后，由复合桥放大模块予以转换放大，再由差动放大模块进行二次放大，最后由显示模块中的仪表转换成可读数据。另外，本装置操作简单，轻便安全，只需一个人即可实施上述各种用途的现场操作，室内和野外使用都方便。本发明只要按用途使用相应类别的传感器，就可快捷可靠地实现上述各种用途。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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是本发明实施例提供的多用途地应力电场监测装置的结构框图；

图2是本发明实施例提供的多用途地应力电场监测装置的部分电路图；

图3是本发明实施例提供的信息过滤模块的结构示意图。

图中：1金属插件、2外金属极板、3内金属极板、4中间金属极板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1-3，本发明实施例提供了一种多用途地应力电场监测装置，该装置包括：用于获取电场信息的至少一种电场传感器101；用于滤除电场信息中的地球背景电场信息和环境静电干扰信息的信息过滤模块102；用于对信息过滤模块102过滤后的电场信息进行桥式放大的复合桥放大模块103；用于对复合桥放大模块103桥式放大后的电场信息进行差动放大的差动放大模块104；用于显示经差动放大模块104差动放大后的电场信息的显示模块105。当然，该装置还包括为前述各模块供电的电源模块等结构，其中，本装置的电源模块采用双电源结构。

其中，本发明实施例中的电场传感器选自笼式地应力电场传感器、杯式物体电场传感器或环式空间电场传感器等。具体地，笼式地应力电场传感器主要用于监测地震震前的地应力电场，其使用方法为：置于一定深度的水井底部的井水中，其结构为：由一根表面附着绝缘层的金属丝绕制而成的球状或者正立方体结构。具体地，本发明实施例中的杯式物体电场传感器主要用于监测特殊行业设施和设备上的有害电场，其使用方法为：将杯式结构盛水后直接置于目标物体（如矿井壁上）上，其结构为：由金属薄板制成的杯状结构。具体地，本发明实施例中的环式空间电场传感器用于测试某些环境的空间电场，其使用方法为：将其置于需要测试的空间即可，其结构为：由细金属丝制成的一侧有柄的环状结构。

其中，本发明实施例中的显示模块105包括“+、-”双向电压表、危险信号警示灯及其他附属电路等，用于显示检测信息和发出异常警示。

优选地，本发明实施例提供的多用途地应力电场监测装置还包括屏蔽机箱，其中，信息过滤模块102和显示模块105设于屏蔽机箱上，而复合桥放大模块103、差动放大模块104和电源模块设于屏蔽机箱内。

其中，本发明实施例中的信息过滤模块包括电木一环（即R15）、电木二环（即R14）、PPR环（即R16）、外金属极板2、中间金属极板4和内金属极板3等，外金属极板2、PPR环、中间金属极板4、电木一环、电木二环和内金属极板3由金属插件1由外至内依次串接在一起。其中，中间金属极板4固定在屏蔽机箱上，内金属极板3与复合桥放大模块电连接，外金属极板2用于与电场传感器电连接。

其中，本发明实施例中的屏蔽机箱通过电阻R1及其连接导线与地面连接，从而通过电阻R14、R15与R16、中间金属极板4、屏蔽机箱和电阻R1到地面形成回路，滤掉大部分进入信息过滤模块的背景地电场信息，而保留大部分目标电场信息。进一步地，屏蔽机箱对来自各个方向的红外线干扰具有隔离功能，机箱内各模块分别设置在其不同的区域，模块间的连接导线采取中等绝缘强度塑胶材料分小段间隔套束，避免模块间和导线束形成互扰静电电场。

具体地，本发明实施例中的电木一环、电木二环、PPR环，外金属极板2和内金属极板3均为圆环形结构，其厚度为1-3mm，其外径为13-15mm，其内径为6-8mm。其中，金属插件1为圆柱形结构，其直径为5-7mm，具体为6mm。其中，中间金属极板4为中间带圆孔的薄方金属板，中心孔的直径略大于金属插件1的外径，如外径为8mm，其尺寸为35mm*35mm。

更具体地，本发明实施例中的电木一环的厚度为2.3-2.7mm，电木二环的厚度为2.3-2.7mm，PPR环的厚度为1.2-2mm。

其中，本发明实施例中的复合桥放大模块103为多桥路的复合桥结构，其中场效应管T1和T4为信息转换臂，首先将电场信息转换为直流电压信号；场效应管T2和T3组成“零点漂移”遏制臂；T1、T2、T3和T4共同组成放大环路，将输入进来的电场信息放大约450倍；T1和T4的栅极组成的对角桥路为该模块的输入电路；与电阻R6、R7相连接的一条中间桥路为该模块的输出回路；由电阻R6与R7组成的另一条中间桥路其中点通过导线与屏蔽机箱连接，并与电阻R1共同组成静电干扰信息删除回路。

通常情况，里氏3级地震发生前6-8小时，里氏4级地震发生前1.5-2天，里氏5级地震发生前3天，里氏6级地震发生前4-5天开始本装置上的电压表读数相应地有较大幅度的响应，震级越大电压表读数响应幅度越大，而且电压响应幅度持续到地震及较大余震发生后即很快减退。并且，本发明提供的装置可以通过布网的方式，提前若干天大致测定网内区间将要发生的破坏性地震的震源方位和强度。在检测通电线路时，环式传感器距离220V市电缆线1米远，电压表有≥|0.5|V指示值；环式传感器距离10KV架空高压电线20米远，电压表有≥|1.0|V指示值。

本发明是一种多用途地应力电场监测装置，由传感器、滤波模块、复合桥放大模块、差动放大模块、显示模块、恒压电源等电路结构组成。其中传感器分为地应力电场传感器（笼式）、物体电场传感器（杯式）、空间电场传感器（环式）三个类别。实际使用时，依不同的用途采用相应的传感器，就能完成上述各种用途。地应力电场传感器置于地下水井底部，即可高灵敏度采集地震震前地应力电场预警信息，所采集的电场信息，首先经由滤波模块滤除大部分背景地电场信息，再由复合桥放大模块进一步剔除静电干扰信息，将有效电场信息进行转换放大，接着输往差动放大模块进行二次放大，最后通过显示模块中的仪表转换为可读数据，并通过警示灯对较大预警信息予以提醒。因主机采用全屏蔽构造，系统电路中设置有静电干扰剔除电路，加上滤波模块的过滤功能，使仪器在工作过程中具有较强的抗静电干扰、抗背景地电场干扰、扰红外线干扰性能。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种多用途地应力电场监测装置，其特征在于，包括：

屏蔽机箱；

用于获取电场信息的至少一种电场传感器；

用于滤除电场信息中的地球背景电场信息和环境静电干扰信息的信息过滤模块；

用于对过滤后的电场信息进行桥式放大的复合桥放大模块；

用于对桥式放大后的电场信息进行差动放大的差动放大模块；

用于显示经差动放大后的电场信息的显示模块；

所述信息过滤模块和显示模块设于所述屏蔽机箱上，所述复合桥放大模块和差动放大模块设于所述屏蔽机箱内；

所述电场传感器选自笼式地应力电场传感器、杯式物体电场传感器或环式空间电场传感器；

所述信息过滤模块包括电木一环、电木二环、PPR环，外金属极板、中间金属极板和内金属极板，所述外金属极板、PPR环、中间金属极板、电木一环、电木二环和内金属极板由金属插件由外至内依次串接在一起，所述中间金属极板固定在屏蔽机箱上，所述内金属极板与复合桥放大模块电连接，所述外金属极板用于与电场传感器电连接，所述电木一环、电木二环、PPR环、外金属极板和内金属极板均为圆环形结构，其厚度为1-3mm，其外径为13-15mm，其内径为6-8mm；所述金属插件为圆柱形结构，其直径为5-7mm；所述中间金属极板为中间带圆孔的薄方板。

2.根据权利要求1所述的多用途地应力电场监测装置，其特征在于，所述笼式地应力电场传感器为由一根表面附着绝缘层的金属丝绕制而成的球状或者正立方体结构。

3.根据权利要求1所述的多用途地应力电场监测装置，其特征在于，所述电木一环的厚度为2.3-2.7mm，所述电木二环的厚度为2.3-2.7mm，所述PPR环的厚度为1.2-2mm。