CN106872793A - 一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统，所述系统至少包括10个直流合成场强探头、10个离子流密度探头、1台上位机和1个PC端；所述直流合成场强探头、离子流密度探头和上位机均采用内置的锂电池供电，便于长时间野外测量；所述每个直流合成场强和离子流密度探头采用无线通讯模块与上位机进行通讯，所述上位机与PC端之间通过USB连接线相连。测量布置和测点位置调整时非常方便，极大的提高了工作效率减小了劳动强度。此外该系统支持多台、高精度地同步测量直流合成场强、离子流密度，真实反映直流合成场强和离子流密度的水平与分布，可为超/特高压直流输电工程电磁环境的监测、评价和影响研究提供重要依据。

Description

一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统

技术领域

本发明涉及一种同步测量系统，具体涉及一种无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统。

背景技术

直流合成场强、离子流密度是直流电磁环境评价主要参数，与交流电场、磁场两侧对称和受外界环境影响变化较小不同，直流合成场强、离子流密度受风速、风向、气候等指标变化明显，极导线两侧离子流密度有明显差异，因此需要对线路两侧多个点位同时进行测量，并对测量数据进行统计分析。目前对直流合成场强、离子流密度多采用多个探头(一般两种都不少于10个)利用通讯电缆进行连接，由于探头较多，连线起来较为不便，而随着直流线路电压等级增加，极导线间距增加，需要测量的区域宽度大大增加，有线通讯方式布置和调整位置非常繁琐，测量效率低，同时合成场强和离子流密度多为分别开发的独立系统，每组合成场强和离子流密度测量数据时刻会有较大差异。为客观地测量直流合成场强、离子流密度的大小和极性，掌握其分布规律，必须采取统计方法，对大量的测量数据进行统计分析。因此，开发了一种具有统计分析功能、基于无线通讯技术的直流合成场强、离子流密度同步测量系统的具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统；可实现多台、高精度地同步测量。解决了现有测量装置采用有线通讯连接、调整测量位置繁琐和复杂，测量精度不高，测量时刻无法完全同步等不足。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统，所述系统至少包括10个直流合成场强探头、10个离子流密度探头、上位机和PC端；所述直流合成场强探头、离子流密度探头和上位机均采用内置的锂电池供电；每直流合成场强和离子流密度探头分别通过无线通讯模块与上位机建立无线通讯，所述上位机与PC端之间通过USB连接线相连。

优选的，所述直流合成场强探头，包括场磨式电场仪；所述离子流密度探头，包括威尔逊板和nA级微电流计。

优选的，所述无线通讯模块为nrf905无线模块，用于短距离无线通讯；或者采用运营商的通讯网络，以实现远距离无线通讯。

优选的，所述直流合成场强探头，用于对叶片旋转产生交变的小电流信号进行电流/电压变换，并利用运算放大器将其放大至毫伏级以上；通过带通滤波器进行滤波后，将交流信号经相敏整流后转化为直流信号；并将所述直流信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号；

所述离子流密度探头，用于对威尔逊板采集的小电流信号进行电流/电压变换，利用运算放大器放大至毫伏级以上；通过低通滤波后，将所述信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号。

优选的，所述同步测量系统的操作过程包括：实际测量时，将多个直流合成场强探头和离子流密度探头设置在不同位置，每个直流合成场强探头和离子流密度探头一一对应分布于相同位置，每个探头均标有不同的地址编码；

当上位机通过广播指令发出数据上传命令时，所有直流合成场强探头和离子流密度探头对当前测量数据打包，在上位机发出上传命令后，依次将测量数据通过无线通讯方式上传至上位机；

上位机接收测量数据后，首先对该测量数据进行分析，获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度；其次将实际信号变化量上传至PC端，通过PC端对实际信号变化量对应的场强和离子流密度实时显示并进行相应处理，输出统计结果。

进一步地，所述测量数据由合成场强和离子流信号处理电路产生，包括叶片旋转产生交变的小电流信号和威尔逊板采集的小电流信号。

进一步地，所述获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度包括：针对零信号输入的AD值直接影响测量结果的情况，采用实时零点校正技术，在正常信号测试间隙对零输入信号进行测量，获取实际信号变化量；具体为：采用实时零点校正技术，在小电流信号输入与电流/电压转换间接入一个程序控制的高速开关，控制输入信号的输入和断开；当开关处于断开状态时，输入信号为零，整个信号处理电路获取零点处的AD转换值；当开关处于闭合状态时，信号正常输入，获取正常状态下的AD转换值与零点时的AD转换值的差值即为实际信号变化量；将该实际信号变化量标定至实际合成场强和离子流密度水平中，获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度。

进一步地，所述输出统计结果包括：PC端实时显示从各探头传输来的实际信号变化量对 应的场强和离子流密度，前10个探头为合成场强测量结果，后10个探头为离子流密度测量结果；

测量完成后，采用PC端应用程序将实际信号变化量按顺序排序，通过所述应用程序包含的特征值窗口自动输出统计结果。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

本发明的系统主要采用低功耗微处理器和元件，由锂电池供电，可采用平板电脑控制，便于长时间野外测量和携带，由于采用无线通讯，省去了20多个测量单元与上位机之间的连接线，测量布置和测点位置调整时都非常方便，极大的提高了工作效率减小了劳动强度。

可实现多台、高精度地同步测量直流合成场强、离子流密度，真实反映直流合成场强和离子流密度的水平与分布，可为超/特高压直流工程电磁环境的监测、评价和影响研究提供重要依据。

本发明采用全数字化显示，具有友好的人机界面，能便捷、有效、准确地测量直流输电工程的合成场强和离子流密度。

根据超、特高压直流输电工程现场实测表明，采用本发明提出的同步测量系统可为高压直流工程的电磁环境的监测和评价提供重要依据。本发明的成果可应用于今后高压直流输电工程领域的合成场强与离子流密度的监测、环保验收和研究中，推广价值高，应用前景广。

附图说明

图1为本发明的测试系统结构示意图；

图2为测试信号的输入输出流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

如图1所示，一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统，所述系统至少包括10个直流合成场强探头、10个离子流密度探头、上位机和PC端；所述直流合成场强探头、离子流密度探头和上位机均采用内置的锂电池供电；每个直流合成场强和离子流密度探头分别无线通讯模块与上位机建立无线通讯，所述上位机与PC端之间通过USB连接线相连。

直流合成场强探头，包括场磨式电场仪；所述离子流密度探头，包括威尔逊板(一般为1m²)和nA级微电流计。

无线通讯模块为nrf905无线模块，用于短距离无线通讯；或者采用运营商的通讯网络，以实现远距离无线通讯。

直流合成场强探头，用于对叶片旋转产生交变的小电流信号进行电流/电压变换，并利用运算放大器将其放大至毫伏级以上；通过带通滤波器进行滤波，将交流信号经相敏整流后转化为直流信号；并将所述直流信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号；

离子流密度探头，通过对威尔逊板采集的小电流信号进行电流/电压变换，利用运算放大器放大至毫伏级以上；采用低通滤波器滤波后，将所述信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号。

直流合成场强探头由直流带电导体上电荷产生的场和导体电晕引起的离子共同作用产生，而离子流密度受风速等气象因素影响经常在变化，风速较大时每一时刻合成场强和离子流密度测量结果都不一样，传统的测量方法合成场强和离子流密度是两套独立的系统，难以实现测量时刻的同步，从而无法真实反映离子流密度、合成场强的变化规律，以及离子流密度变化对合成场强的影响。本发明直流合成场强探头和离子流密度探头的信号检测和数据上传，由上位机和PC端统一控制，从而保证了测量结果的完全同步，更好反映离子流密度的分布规律以及其对合成场强的影响状况。

该同步测量系统在实际测量时，将多个直流合成场强探头和离子流密度探头设置在不同位置，直流合成场强探头之间或每个离子流密度探头之间的距离较远，分布较为稀疏；而每个直流合成场强探头和离子流密度探头一一对应，分布于相同位置，且每个探头均标有不同的地址编码；

当上位机通过广播指令发出数据上传命令时，所有直流合成场强探头和离子流密度探头对当前测量数据打包，在上位机发出上传命令后，依次将测量数据通过无线通讯方式上传至上位机；该步骤能确保探头接收时刻和数据存储时刻的一致性，不同位置的合成场强和离子流密度每组测量数据都是同一时刻得到的，这样外界风速等环境因素是一致，其分布规律才能更为真实的反应现场实际状况。

上位机接收测量数据后，首先对该测量数据进行分析，获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度；其次将实际信号变化量上传至PC端，通过PC端对实际信号变化量对应的场强和离子流密度实时显示并进行相应处理，输出统计结果。

测量数据由合成场强和离子流信号处理电路产生，包括叶片旋转产生交变的小电流信号 和威尔逊板采集的小电流信号。

所述获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度包括：针对零信号输入的AD值直接影响测量结果的情况，可通过将正常输入信号的AD值减去零信号输入的AD值得到实际的信号变化量，最后标定对应到实际的合成场强和离子流密度水平，因此零信号输入的AD值直接影响测量结果，而合成场强和离子流密度本身输入段采集的信号较弱，信号处理环节多，运算放大器和AD模块的零点漂移等会导致较大的测量误差从而影响测量结果的准确性，为此，采用实时零点校正技术，在正常信号测试间隙对零输入信号进行测量，获取实际信号变化量；具体为：采用实时零点校正技术，在小电流信号输入与电流/电压转换间接一个程序控制的高速开关，控制输入信号的输入和断开；当开关处于断开状态时，输入信号为零，整个信号处理电路得到零点处的AD转换值；当开关处于闭合状态时，信号正常输入，获取正常的信号处理后的AD转换值与零点时的AD转换值的差值即为实际信号变化量。将该实际信号变化量标定至实际合成场强和离子流密度水平中，获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度。

输出统计结果包括：PC端实时显示从各探头传输来的实际信号变化量对应的场强和离子流密度，前10个探头为合成场强测量结果，后10个探头为离子流密度测量结果。

测量完成后，采用PC端应用程序将实际信号变化量按顺序排序，通过所述应用程序包含的特征值窗口自动输出统计结果。给出满足环境评价的80％、90％、平均值和最大值等，分布曲线图给出了合成场强和离子流密度的分布曲线，最后可将测量数据和统计结果保存。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统，其特征在于，所述系统至少包括10个直流合成场强探头、10个离子流密度探头、1台上位机和1个PC端；所述直流合成场强探头、离子流密度探头和上位机均采用内置的锂电池供电；每个直流合成场强和离子流密度探头通过无线通讯模块与上位机建立无线通讯，所述上位机与PC端之间通过USB连接线相连。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流合成场强探头，包括场磨式电场仪；所述离子流密度探头，包括威尔逊板和nA级微电流计。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线通讯模块为nrf905无线模块，用于短距离无线通讯；或者采用运营商的通讯网络，以实现远距离无线通讯。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流合成场强探头，用于对叶片旋转产生交变的小电流信号进行电流/电压变换，并利用运算放大器将其放大至毫伏级以上；通过带通滤波器进行滤波，将交流信号经相敏整流后转化为直流信号；并将所述直流信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号；

所述离子流密度探头，通过对威尔逊板采集的小电流信号进行电流/电压变换，利用运算放大器放大至毫伏级以上；通过低通滤波后，将所述信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述同步测量系统的操作过程包括：实际测量时，将多个直流合成场强探头和离子流密度探头设置在不同位置，每个直流合成场强探头和离子流密度探头一一对应分布于相同位置，每个探头均标有不同的地址编码；

当上位机通过广播指令发出数据上传命令时，所有直流合成场强探头和离子流密度探头对当前测量数据打包，在上位机发出上传命令后，依次将测量数据通过无线通讯方式上传至上位机；

上位机接收测量数据后，首先对该测量数据进行分析，获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度；其次将实际信号变化量上传至PC端，通过PC端对实际信号变化量对应的场强和离子流密度实时显示并进行相应处理，输出统计结果。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述测量数据由合成场强和离子流信号处理电路产生，包括叶片旋转产生交变的小电流信号和威尔逊板采集的小电流信号。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度包括：针对零信号输入的AD值直接影响测量结果的情况，采用实时零点校正技术，在正常信号测试间隙对零输入信号进行测量，获取实际信号变化量；具体为：采用实时零点校正技术，在小电流信号输入与电流/电压转换间接入一个程序控制的高速开关，控制输入信号的输入和断开；当开关处于断开状态时，输入信号为零，整个信号处理电路获取零点处的AD转换值；当开关处于闭合状态时，信号正常输入，获取正常状态下的AD转换值与零点时的AD转换值的差值即为实际信号变化量；将该实际信号变化量标定至实际合成场强和离子流密度水平中，获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述输出统计结果包括：PC端实时显示从各探头传输来的实际信号变化量对应的场强和离子流密度，前10个探头为合成场强测量结果，后10个探头为离子流密度测量结果；

测量完成后，采用PC端应用程序将实际信号变化量按顺序排序，通过所述应用程序包含的特征值窗口自动输出统计结果。