CN105606863A - 一种基于红外感应的防窃电表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外感应的防窃电表，其内设置有红外传感器和与之电连接的处理器，表内又设置有电连接于所述处理器与红外传感器之间的红外检测装置。其中红外检测装置包括：连接所述红外传感器的第一检测器，检测是否有物体接触所述的防窃电表，并生成第一检测容性；连接所述红外传感器的第二检测器，在所述第一检测器检测到有物体接触防窃电表后检测出该物体的红外辐射量值；以及连接所述第二检测器的控制器，根据所述红外辐射量值计算得出温度值，以发送给所述的处理器。

Description

一种基于红外感应的防窃电表

技术领域

本发明是关于一种热释红外感应新型防窃电智能电能表，包括安装在配电室、外墙面、电线杆等位置的三相智能电能表。

背景技术

长期以来，窃电问题一直是困扰着供电部门并影响各项考核指标的完成,由于反窃电技术水平低，窃电方式多样化等是反窃电的难点。窃电行为严重地损坏了电力企业的利益，扰乱了供用电秩序，甚至给用电安全带来严重隐患。为防窃电，供电企业采取了加强人力检查，电能表计中增设防窃电措施等各种技术手段，这在一定程度上杜绝了一些窃电，但随着电子式电能表的普及，高科技的窃电手段也是层出不穷，供电部门对此很是头疼，但目前还没有有效的方法进行根治。

随着科学技术的飞速发展，目前的安防监控技术已全面普及，逐渐为大众所接受，本监控方案就是利用热释电红外传感器与智能电表相结合，从而实现对人为破坏、窃电的监测，及时准确的发现各种窃电行为。

在自然界，任何高于绝对零度(-273℃)的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长不一样的，因此红外波长与温度的高低有关。人体或者体积较大的动物都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线。

目前热释电红外传感器已是成熟产品，由内部光学滤镜、场效应管、红外感应源、偏置电阻、EMI电容等元器件组成，光学滤镜能够将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，而只感应人体发出的10um左右的近红外波长信号，传感器的俯仰视角可达86角，水平视角可达120度，探测距离达1米以上，可以满足监测要求。

当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，人体发射的10um左右的红外线通过菲涅耳透镜滤光增强后聚集到红外感应源(热释电元件)上，红外感应源在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，进行产生ΔT并将ΔT向外围电路输出，后续电路经检测处理就能产生报警信号。

发明内容

本发明在前述背景下，设计一种设计成本较低，安全可靠，防窃电效果良好的防窃电表。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于红外感应的防窃电表，其内设置有红外传感器和与之电连接的处理器，其中所述处理器可直接采用防窃电表本身的CPU单元，表内又设置有电连接于所述处理器与红外传感器之间的红外检测装置。其中红外检测装置包括：连接所述红外传感器的第一检测器，检测是否有物体接触所述的防窃电表，并生成第一检测容性(例如，使用电容性元件来作为采集信号，从而通过物体接触电表的表面来感测信号)；连接所述红外传感器的第二检测器，在所述第一检测器检测到有物体接触防窃电表后检测出该物体的红外辐射量值；以及连接所述第二检测器的控制器，根据所述红外辐射量值计算得出温度值，以发送给所述的处理器。

在一个实施例中，上述红外检测装置又包括了连接所述红外传感器的第三检测器，检测物体靠近并是否处于防窃电表邻近的预设空间范围内，以生成第二检测电容。

在另一个实施例中，上述红外检测装置又包括了连接所述红外传感器的第三检测器，检测物体靠近所述防窃电表的距离。

在一个较佳例子里，所述的红外传感器是热释电红外传感器。

在上述实施例实现红外防窃电检测的一个方法中，包括步骤：

第一检测器检测是否有物体接触所述的防窃电表，若是则并生成第一检测电容；

第二检测器在所述第一检测器检测到有物体接触防窃电表后检测出该物体的红外辐射量值；

第三检测器，检测物体靠近并是否处于防窃电表邻近的预设空间范围内，以生成第二检测电容；

上述控制器根据所述红外辐射量值计算得出温度值，以发送给所述的处理器；

上述控制器将所述第二检测电容与第一检测电容比较来确认物体接触所述的防窃电表，并结合温度值判断物体的类型，以激励所述处理器检测所述防窃电表内线路状态；以及

处理器开启设置在所述防窃电表外壳上的摄像装置来记录所述物体。

在上述实施例实现红外防窃电检测的另一个方法中，包括步骤：

第一检测器检测是否有物体接触所述的防窃电表，若是则并生成第一检测电容；

第三检测器检测物体靠近所述防窃电表的距离；

控制器在所述第三检测器检测到所述距离是处于预设距离时，计算所述第一检测电容与距离间的关联，以及持续计算出温度值，以激励所述处理器检测所述防窃电表内线路状态；以及

处理器开启设置在所述防窃电表外壳上的摄像装置来记录所述物体。

其中，本实施例持续检测温度的目的是保持处理器对红外发射装置(例如红外LED发射管)产生持续发射信号，以持续获取物体接触电表的距离。

作为本发明的优势，将热释电红外传感器与智能电表结合，便形成新型的防窃电监测智能电能表，由于传感器很小，全部安装在表的内部，通过表的透明标牌进行外部检测，不易被发现，当有人靠近电表时，传感器探测到有人靠近时，便进行记录，何时进入监测区，何时离开监测区，采用大容量存储可记录近百条记录，探测记录与电能表的运行记录配合，便可确定表计何时出现故障，当时是否有人来过；若是有记录显示有人过来后，表计便出现故障，基本可以确定属于人为破坏。

基于本发明所实施的产品设计成本较低，安全可靠，防窃电效果良好。

附图说明

图1是本发明基于红外感应的防窃电表的功能结构示意图；

图2为本发明实施例中检测器电路的部分示意图。

具体实施方式

参照图1，基于红外感应的防窃电表内设置有红外传感器1和与之电连接的处理器2，以及电连接于所述处理器2与红外传感器1之间的红外检测装置3。红外检测装置包括：电连接所述红外传感器1的第一检测器31，检测是否有物体接触所述的防窃电表，并生成第一检测电容C1；电连接所述红外传感器1的第二检测器32，在所述第一检测器31检测到有物体接触防窃电表后检测出该物体的红外辐射量值λ；以及连接所述第二检测器32的控制器34，根据所述红外辐射量值λ计算得出温度值T，以发送给所述的处理器2。

在以下实施例中，所述的“物体”可表示为对除过电力管理许可外的其他指称，例如是意图篡改电力数据或电表结构的人或其使用的工具。按照前述，人体或者体积较大的动物都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线。

实施例1：

上述红外检测装置2又包括了电连接所述红外传感器1的第三检测器33，检测物体靠近并是否处于防窃电表邻近的预设空间K范围内，以生成第二检测电容C2。

在此实施例中，所述控制器34可被配置为：将所述第二检测电容C2与第一检测电容C1相比较来确认物体接触所述防窃电表，激励所述处理器2来检测所述防窃电表内的线路状态；以及开启设置在所述防窃电表外壳上的摄像装置来记录所述物体的状态(例如动作位置或使用的工具)。

考虑到接触产生电荷效应，可使用电容检测方式，例如，第一检测器31可具有电容器或电容器阵列，电容器具有两个电极和接地端，在人体接触电表时电极与接地之间产生的电容为C1。

在一个具体方面，第一检测器31又具有转换电路，如图2所示的，例如第一晶振开关UA1，产生频率f的周期振荡。在一个较佳方面，频率f满足关系式：

f＝1/(0.5·C1·R1)

其中R1为红外传感器1的并联电阻R1的阻值，从而可通过第一晶振开关UA1将电容C1转换为频率来产生激励信号给处理器2，处理器2接收这个信号以启动监控动作。

在另一个具体方面，第一检测器31又具有第二晶振开关U1B，与第一晶振开关UA1不同的是，开关U1B用于输出方波信号，或者说可作为PWM(脉冲波形调制)发生器，用于驱动后级的红外发光LED管D2的发射强度。

在一个较佳例子里，所述防窃电表又包括连接于处理器2的辅助电源23，用于在所述处理器2检测到所述防窃电表内线路出现断路或可能的故障时为处理器2提供3.3V直流工作电压，其中所述的处理器2进一步设有寄存器21，用于存储在出现断路时刻的电力计量数据。

一般技术中，窃电的方式是多样的，但主要是以改变电表线路电流、电压或直接修改计量回路接线的方式达到。

例1：将短路计量装置的电流线圈进行改动，达到减小通过电表的电流或者使电流线圈短路。通常做法是用导线插入电表的两端，将电流线圈短接，因为导线的电阻极小，所以大部分电流会从导线上流过，而使流过电能表的电流大副减少达到电流分流的效果并实现窃电。改变电流的窃电手段主要有短接电流回路、改变电流接法和使电流回路开路。

例2：断开电压联片或者在电压线圈上串联分压电阻，使电压线圈上的电压减小，从而影响电能表的正常运转。将一串电阻串接在电压线圈上，外部再加些保护措施，可以保证安全也可以增加隐蔽性，串联的电阻分担这些电压，电压线圈两端的电压自然会降低，这样电能表的计量就会减少从而达到窃电目的。

例3：直接改变端钮接线，具体可以分为进出火线反接、零火线反接和断零线。进出火线反接是指在电压线接线正确而一相或两相电流极性接反时均少计量，在三相电流极性均接反的情况下，电卡式计量表正常计量，而机械表反转倒计量。零火线反接是指人为地将单相电能表的进表线的零、火线位置调换，而将零线接地。

在上述窃电方式的例子中，可以通过本发明实施得以有效解决。因电表在遭遇窃电时并不能完全做到及时记录计度电量和窃电方式，也无法及时记录。可通过本发明装置有效解决，在红外传感器1感测到人体接触或靠近电表时，处理器2在收到来自(例如)前述实施例中的第一传感器31的特定频率后激励出算法来避免这些窃电问题。在一个例子里，主要是通过在端钮位置处设置必要的采集点，这些采集点不会一直启动，仅在处理器2接收到激励下启动检测。检测的方式可以是通过硬件方式，也可以是处理器2内置的软件算法。例如，若使用分流、分压的方式，则可通过上述检测器持续检测，通过在这个时间段内采集计度器的计量样本来分析出是否存在欠压、欠流(例如电压/电流显著且规则地降低)。

实施例2：

上述红外检测装置3又包括了连接所述红外传感器的第三检测器33，检测物体靠近所述防窃电表的距离L。其中，距离L可间接与第二检测电容C2成比例，以圆周空间为例，可满足关系：

C2＝C1·K/2L

也以此作为第一检测电容C1和第二检测电容C2的关系表示。在实际电路中，C1还包括了回路上可能存在电容。

在此实施例中，所述控制器34被配置为：在所述第三检测器33检测到所述距离L是处于预设距离范围K内时，持续计算出温度值T，以激励所述处理器2检测所述防窃电表内线路状态；以及开启设置在所述防窃电表外壳上的摄像装置来记录所述物体。

按照前述实施例，第二、第三检测器32、33也可具有转换电路，如图2所示的，例如第一晶振开关UA1，产生频率f的周期振荡。从而可通过第一晶振开关UA1将电容C1转换为频率来产生激励信号给处理器2，处理器2接收这个信号以启动监控动作。

在另一个具体方面，第一检测器31又具有第二晶振开关U1B，与第一晶振开关UA1不同的是，开关U1B用于输出方波信号，或者说可作为PWM(脉冲波形调制)发生器，用于驱动后级的红外发光LED管D2的发射强度。

再参照图2，第二晶振开关U1B可具有一个升压器件，例如安规电容C1，其负极连接开关U1B输出端，正极连接后级的LED红外发射管D2，开关U1B用来生成0V至3.3V的方波电压，当输出为0V时，对电容C1进行充电，电容C1的正极端被后级设置的双向开关管D1导通，该双向开关管D1连接所述的辅助电源23，以获取3.3V电压输入。当开关U1B输出为3.3V时，所述二极管C1将作为与开关U1B的耦合器件，将3.3V电压进行倍增为6.6V电压(例如，可在后级接入限压器件C2，以将电压限制为5～6V)，从而驱动LED红外发射管D2。在第一个实施例中，用来激励LED管D2来感测红外辐射值λ，在第二个实施例中，可通过LED管D2来感测距离L。

进一步地，按照前述任一实施例，第一晶振开关U1A可通过RXD端口输出给上述处理器2端口以激励信号，同时，处理器2可通过端口TXD来控制LED管D2的输出功率或电压。在一个较佳例子里，双向开关管D1可连接至一个LED驱动芯片25，通过6V电压启动。处理器2对LED管D2的驱动可通过开关三极管Q1来调制。具体地，TXD端连接至三极管Q1基极，三极管Q1可为NPN型三极管，在其导通时使得D2输出为最大功率下，且D2的输出受到电阻R2的限制影响。

在上述实施例中，器件U1A/U1B、电容C1和双向开关管D1可作为上述检测器中的任一部件或附加部件，例如，开关U1A可作为第一检测器31的主要部件，而开关U1B、电容C1作为第二检测器32，或者这些器件可以更换或组合至任一检测器中。作为替代的实施例，第一检测器31可以使用压敏电阻方式来检测接触信号，或者互感器的方式，以这种模拟开关来替代电容接触方式，在后级可连接光耦和ADC电路来替代直接以脉冲波形激励后级的处理器2。

在上述实施例中，器件U1B、电容C1和双向开关管D1可作为背光器件，例如发射波长可变化的可见光，LED管的数量可不为单一个，可按照阵列排列，或环形布置排列。按照前述实施例，PWM波形发生器U1B可控制LED管D2周期性地持续被点亮，从而达到持续检测例如体温T、距离L等的目的。

在上述实施例中，所述的“检测器”是指具有光电或电磁转换功能的逻辑电路。例如，第一检测器31或第三检测器33可设置在电表的外壳上的特定位置，以达到更好地通过红外方式检测到接触电表的人。第一、第二或第三检测器可在结构上同心设置，以便能够同时处于就表壳相对并行的位置。在一个较佳例子里，任何一检测器均应具有其接触外壳，该接触外壳可以是玻璃、树脂等透明或半透明材料，能够不遮挡红外射线。在习知技术中，应当避免检测器受到干扰，例如人体接触干扰，这样例如第二、第三检测器无法正常识别到人是否已经接触电表或与电表之间的距离差，或者是否处于本发明防窃电表预设的接触范围内。

在一些实施例中，上述处理器(或处理器组合)包括了存储介质，其中存储介质用来存储嵌入式程序指令，处理器可被配置为从这些存储介质中读取并执行程序指令。程序指令可被执行来实现本文描述的实施例中任何一种(或者本文描述的实施例的任何组合，或者本文描述的任何方法实施例)。上述处理器可按各种形式中的任何一种来实现，例如可编程硬件元件，其中包括经由可编程的互连来连接的多个可编程功能模块，例如FPGA(现场可编程门阵列)、PLD(可编程逻辑器件)、FPOA(现场可编程对象阵列)或CPLD(复杂PLD)。可编程功能模块可从组合逻辑或查找表到算术逻辑单元或处理器核不等。可编程硬件元件也可被设计为具有特定功能的MCU(微控制器)或协处理器。

较佳地，所述的红外传感器1是热释电红外传感器。

作为前述实施例的实现，所述距离L为3mm至1cm之间。

尽管本说明书包含许多特定实现细节，但是这些不应该被解释为对任何发明的或要求保护的内容范围的限制，而是作为对特定发明的特定实施例特定的特征的描述。在本说明书中在单独的实施例的上下文中所描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地实现。相反，在单个实施例的上下文中所描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施例中实现。

Claims (7)

1.一种基于红外感应的防窃电表，其内设置有红外传感器和与之电连接的处理器，其特征在于还设置有电连接于所述处理器与红外传感器之间的红外检测装置，所述的红外检测装置包括：

连接所述红外传感器的第一检测器，检测是否有物体接触所述的防窃电表，并生成第一检测容性；

连接所述红外传感器的第二检测器，在所述第一检测器检测到有物体接触防窃电表后检测出该物体的红外辐射量值；以及

连接所述第二检测器的控制器，根据所述红外辐射量值计算得出温度值，以发送给所述的处理器。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外感应的防窃电表，其特征在于上述红外检测装置又包括了连接所述红外传感器的第三检测器，检测物体靠近并是否处于防窃电表邻近的预设空间范围内，以生成第二检测容性。

3.根据权利要求2所述的一种基于红外感应的防窃电表，其特征在于所述控制器被配置为：

将所述第二检测容性与第一检测容性比较来确认物体接触所述的防窃电表，激励所述处理器检测所述防窃电表内线路状态；以及

开启设置在所述防窃电表外壳上的摄像装置来记录所述物体。

4.根据权利要求3所述的一种基于红外感应的防窃电表，其特征在于，所述防窃电表又包括连接于处理器的辅助电源，用于在所述处理器检测到所述防窃电表内线路出现断路时为处理器提供工作电压，其中所述的处理器进一步设有寄存器，用于存储在出现断路时刻的电力计量数据。

5.根据权利要求1所述的一种基于红外感应的防窃电表，其特征在于上述红外检测装置又包括了连接所述红外传感器的第三检测器，检测物体靠近所述防窃电表的距离。

6.根据权利要求5所述的一种基于红外感应的防窃电表，其特征在于所述控制器被配置为：

在所述第三检测器检测到所述距离是处于预设距离时，持续计算出温度值，以激励所述处理器检测所述防窃电表内线路状态；以及

开启设置在所述防窃电表外壳上的摄像装置来记录所述物体。

7.根据权利要求6所述的一种基于红外感应的防窃电表，其特征在于所述距离为3mm至1cm之间。