CN107884628A - 一种轨道车辆低频电磁场的测量装置及轨道车辆 - Google Patents

一种轨道车辆低频电磁场的测量装置及轨道车辆 Download PDF

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张博
张志强
李宁
高世萍
吴志豪
矫成斌
徐跃
王岩
徐冠基
贺竹林
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中车青岛四方机车车辆股份有限公司
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    • G01R29/0864Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
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Abstract

本发明公开了轨道车辆低频电磁场的测量装置,包括至少两组信息采集设备和计算机,信息采集设备连接于计算机;每组信息采集设备包括至少两组全向探头,数据采集仪和GPS定位仪,全向探头与数据采集仪连接,数据采集仪与GPS定位仪连接;数据采集仪接收计算机发送的同步采集指令,并发送至全向探头和GPS定位仪,将接收的全向探头采集的电磁场信息发送至计算机,将接收的GPS定位仪采集的全向探头的位置信息发送至计算机;计算机向数据采集仪发送同步采集指令,并对接收的电磁场信息结合位置信息进行电磁场频谱分析。该装置可以同步获取列车上多个点位、不同高度的电磁场信息。本发明还公开了一种轨道列车,也具有上述有益效果。

Description

一种轨道车辆低频电磁场的测量装置及轨道车辆

技术领域

[0001] 本发明涉及轨道交通车辆技术领域,特别是涉及一种轨道车辆低频电磁场的测量 装置,还涉及一种轨道车辆。

背景技术

[0002] 目前,随着科学技术的进步,铁路运输行业飞速发展。列车在运行过程中会不断地 产生电场和磁场,为保证列车行驶安全,需要对产生的电磁场进行电磁曝露安全评估。而列 车内不同点位,如乘客位和司乘位两个点位,或者相同点位不同高度,如乘客位的不同高 度,其电场强度和磁感应强度却不尽相同。

[0003] 在现有技术中,并没有专门针对于人体高度在不同的应用环境中的电磁环境检测 系统。在实际测量过程中,无法实现对多点的电磁场信息进行实时监测和分析,只能通过使 用多套仪器,或者多次运行在同一位置上进行多次不同高度的测量后,再进行频谱分析。因 此无论是仪器的摆置、测量的同步性以及后续数据的存储和分析处理都没有很好的整合, 为不同点位不同高度的低频电磁场检测带来了诸多不便。

[0004] 因此,如何实现针对不同点位不同高度的低频电磁场进行有效测量,满足各种情 况下对人体电磁环境的监测,是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种轨道车辆低频电磁场的测量装置,该装置能够对不同点 位不同高度的低频电磁场进行有效测量,满足了各种情况下对人体电磁环境的监测。本发 明的另一目的是提供一种包括上述轨道车辆低频电磁场的测量装置的轨道车辆,也具有上 述有益效果。

[0006] 为解决上述技术问题,本发明提供一种轨道车辆低频电磁场的测量装置,包括:至 少两组信息采集设备和计算机,其中,所述信息采集设备连接于所述计算机;每组所述信息 采集设备包括至少两组全向探头,数据采集仪和GPS定位仪,其中,所述全向探头与所述数 据采集仪连接,所述数据采集仪与所述GPS定位仪连接;

[0007] 所述数据采集仪,用于接收所述计算机发送的同步采集指令,将所述同步f集指 令发送至所述全向探头和所述GPS定位仪,并将接收的所述全向探头根据所述同步采集指 令采集的电磁场信息发送至所述计算机,将接收的所述GPS定位仪根据所述同步采集指令 采集的所述全向探头的位置信息发送至所述计算机;

[0008] 所述计算机,用于向所述数据采集仪发送所述同步采集指令,并对接收的所述电 磁场信息结合所述位置信息进行电磁场频谱分析。

[0009] 优选的,所述全向探头包括静态磁场探头和低频电磁场探头。

[0010] 优选的,所述静态磁场探头和所述低频电磁场探头设置于同一水平面。

[0011] 优选的,所述全向探头的分布方式为垂直分布。

[0012] 优选的,所述GPS定位仪还用于根据所述同步采集指令采集轨道车辆的速度信息。

[0013] 优选的,还包括垂直三脚架,用于安装所述全向探头。

[0014] 优选的,还包括定时器,用于设置所述计算机发送所述同步采集指令的时间间隔。

[0015] 优选的,还包括无线路由器,用于为所述数据采集仪提供无线wifi。

[0016] 优选的,所述静态磁场探头通过USB线与所述数据采集仪连接,所述低频电磁场探 头通过光纤与所述数据采集仪连接。

[0017] 为解决上述技术问题,本发明还提供一种轨道车辆,包括上述任意一项所述的轨 道车辆低频电磁场的测量装置。

[0018] 本发明所提供的一种轨道车辆低频电磁场的测量装置,包括至少两组信息采集设 备和计算机,其中,所述信息采集设备连接于所述计算机;每组所述信息采集设备包括至少 两组全向探头,数据采集仪和GPS定位仪,其中,所述全向探头与所述数据采集仪连接,所述 数据采集仪与所述GPS定位仪连接;所述数据采集仪,用于接收所述计算机发送的同步采集 指令,将所述同步采集指令发送至所述全向探头和所述GPS定位仪,并将接收的所述全向探 头根据所述同步采集指令采集的电磁场信息发送至所述计算机,将接收的所述GPS定位仪 根据所述同步采集指令采集的所述全向探头的位置信息发送至所述计算机;所述计算机, 用于向所述数据采集仪发送所述同步采集指令,并对接收的所述电磁场信息结合所述位置 信息进行电磁场频谱分析。

[0019] 可见,本发明通过多组信息采集设备进行电磁场相关数据信息的采集,信息采集 设备中设置有多组全向探头,在计算机发送同步采集指令后,利用多组全向探头和GPS定位 仪进行同步信息采集,实现了列车内不同位置的电磁场检测,进一步通过计算机完成了电 磁曝露安全评估,也提高了对列车内不同位置进行电磁场检测的效率。此外,这种多探头少 终端的设计方式也大大降低了仪器成本。

[0020] 本发明所提供的一种轨道车辆低频电磁场的测量装置,也具有上述有益效果。

附图说明

[0021] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案,下面将对实施例或现有 技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,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。

[0022] 图1为本发明提供的一种轨道车辆低频电磁场的测量装置的示意图;

[0023] 图2为本发明提供的一种双向探头的示意图;

[0024] 图3为本发明提供的另一种轨道车辆低频电磁场的测量装置的示意图。

具体实施方式

[0025]本发明的核心是提供一种轨道车辆低频电磁场的测量装置,该装置能够对不同点 位不同高度的低频电磁场进行有效测量,满足了各种情况下对人体电磁环境的监测;本发 明的另一核心是提供一种包括上述轨道车辆低频电磁场的测量装置的轨道车辆,也具有上 述有效果。

[0026]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例 中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是 本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

[0027]请参考图1,图1为本发明提供的一种轨道车辆低频电磁场的测量装置的示意图, 该装置可以包括:

[0028] 至少两组信息采集设备1〇〇和计算机200,其中,信息采集设备100连接于计算机 200;

[0029] 每组信息采集设备1〇〇包括至少两组全向探头110,数据采集仪120和GPS定位仪 130,其中,全向探头110与数据采集仪120连接,数据采集仪120与GPS定位仪130连接;

[0030]数据采集仪120,用于接收计算机200发送的同步采集指令,将同步采集指令发送 至全向探头110和GPS定位仪130,并将接收的全向探头110根据同步采集指令采集的电磁场 信息发送至计算机200,将接收的GPS定位仪130根据同步采集指令采集的全向探头110的位 置信息发送至计算机200;

[0031]计算机200,用于向数据采集仪120发送同步采集指令,并对接收的电磁场信息结 合位置信息进行电磁场频谱分析。

[0032]具体的,轨道车辆低频电磁场的测量装置包括至少两组信息采集设备100和计算 机200,且每组电磁场相关数据信息均连接于计算机200。需要说明的是,在本申请中,上述 信息采集设备100的组数不做限定,至少为两组,以实现对不同点位电磁场的监测,还可以 为两组以上,例如,在司乘位设置一组信息采集设备100,在头车、尾车以及其中一辆中间车 共选择3个乘客位,分别设置3组信息采集设备100,即一共4组,然后同步采集这四个位点的 电磁场相关数据信息,进一步获得电磁场频谱分析,相对于设置两组信息采集设备100来 说,获得的电磁场频谱分析也会更加准确。

[0033]其中,计算机200用于发送同步采集指令至信息采集设备1〇〇上,信息采集设备100 根据接收的同步采集指令进行电磁场相关数据信息的采集,并返回至计算机200,信息采集 设备1〇〇分布于不同位置,以便于对不同点位的电磁场相关数据信息进行同步采集。进一 步,计算机200对返回的电磁场相关数据信息进行电磁场频谱分析以及电磁场辐射监测等 处理。同时,计算机200上安装有根据电磁场相关数据信息进行电磁场频谱分析的相关应用 软件,本申请中,在计算机200中由QT和Labview组成混合测量系统,实现对电磁场的综合评 估,并且,对于监测值可以严格按照TB/T3351-2014,GB8702-2014标准的限值曲线进行电磁 曝露安全评估。

[0034]具体的,技术人员通过混合测量系统向各组信息采集设备1〇〇下发同步采集指令。 其中,每组信息采集设备100均包含有至少两组全向探头110、数据采集仪120,即工控机,以 及GPS定位仪130,各组全向探头110均连接于数据采集仪120,数据采集仪120与GPS定位仪 130对应连接。信息采集设备100通过其中的数据采集仪120连接于计算机200,同步采集指 令也是计算机200通过数据采集仪120下发至各组全向探头11〇和GPS定位仪130的,各组全 向探头110和GPS定位仪130根据同步采集指令进一步完成电磁场相关数据信息的采集。其 中,电磁场相关数据信息包括电磁场信息和位置信息,电磁场信息由全向探头丨丨〇进行采 集,位置信息即为全向探头110的位置信息,由GPS定位仪130进行采集,并且,上述两类信息 均是根据同步采集指令同步采集到的。

[0035]进一步,通过计算机2〇0上的混合测量系统可以切换全向探头的滤波器,以选择全 向探头的带宽和FFT的点数来进行电磁辐射测量。通过数据采集仪120将电磁场信息和位置 信息进行上传,混合测量系统对上述两类信息进行FFT计算,并将各部分的FFT结果进行实 时显示,同时还能够实现频谱拼接,进一步完成电磁场的频谱分析及电磁辐射监测处理。此 外,计算机200的用户界面还可以采用简洁化设计,使工作人员无需关心数据来源,即可实 现电磁场频谱分析。

[0036]本发明所提供的一种轨道车辆低频电磁场的测量装置,通过多组信息采集设备进 行电磁场相关数据信息的采集,信息采集设备又设置有多组全向探头,实现了列车内不同 位置的电磁场检测,进一步通过计算机完成了电磁曝露安全评估,也提高了对列车内不同 位置进行电磁场检测的效率。

[0037] 在上述实施例的基础上:

[0038]作为一种优选实施例,全向探头110包括静态磁场探头111和低频电磁场探头112。 [0039] 请参考图2,图2为本发明提供的一种双向探头的示意图。具体的,每组全向探头 110由一个静态磁场探头111和一个低频电磁场探头112组成,用于采集电磁场信息。其中, 静态磁场探头111用于进行DC-5Hz的磁场频谱监测,低频电磁场探头112用于进行5Hz-400kHz的电场频谱监测及磁场频谱监测,即一组全向探头110实现了DC-5Hz低频磁场、5Hz-400kHz低频磁场以及5Hz-400kHz低频电场的实时频谱监测。静态磁场探头111和低频电磁 场探头112共同连接到一个数据采集仪120上,由数据采集仪120进行电磁场信息的采集交 互,并集成GPS定位仪130对位置信息进行采集,进一步完成电磁场相关数据信息的采集。其 中,这里的静态磁场探头111可以采用全向静态磁场探头,低频电磁场探头可以采用全向低 频电磁场探头。

[0040] 此外,对于低频电磁场探头的低频电磁场的监测,还可以将DC-400kHz分为六个频 段,分别进行监测,最终再整合为一个完整的DC-400kHz的频谱。具体的,可以根据频率分辨 率和测量速度进行分段,例如,在低频段采用较小的频率分辨率,在高频段则使用较大的频 率分辨率,最后将经过多次测量的各段频谱通过频谱拼接算法,进行自定义拼接。

[0041] 本申请所提供的一种轨道车辆低频电磁场的测量装置的实施例,通过静态磁场探 头和低频电磁场探头能够同步测量DC-5HZ的低频磁场、5Hz-400kHz的低频电场以及5HZ-400kHz低频磁场,可以后续同时进行3个场的同步存储及分析处理。

[0042] 在上述实施例的基础上:

[0043] 作为一种优选实施例,静态磁场探头111和低频电磁场探头112设置于同一水平 面。

[0044] 具体的,将静态磁场探头111和低频电磁场探头112设置于同一水平面上,以便于 完成对轨道列车上同一点位同一高度的电场和磁场的监测,获得电磁场的相关数据信息。

[0045] 在上述实施例的基础上:

[0046] 作为一种优选实施例,全向探头110的分布方式为垂直分布。

[0047] 具体的,将全向探头110在同一点位上垂直设置,可以实现对轨道列车上同一点位 不同高度的电磁场的监测,例如,可以设置三组全向探头110,根据TBA335卜2014《动车组 内低频磁场限值和测量方法》的要求,测量1 • 5m、0 • 9m、0 • 3m等不同高度的电场强度和磁感 应强度。由多个全向探头110组成一组最小测量单元,可以完成一组垂直高度测量,实现对 一个监测点位不同高度的低频电磁场监测。设置两组上述的监测点位,如乘客位和司乘位, 即可实现两个监测点位、不同高度的电磁场同步监测,获取频谱及时域波形,其电场监测频 率范围5-400kHz,磁场检测频率范围DC-400kHz,形成一个空间多维度的分布式低频电磁场 测量系统。进一步,数据采集仪120将监测结果实时汇集到一台现场监测的计算机200上,绘 制在各种情况下对人体高度电磁场环境的评估频谱图,按照标准限值曲线进行电磁曝露的 安全评估。

[0048]本申请所提供的一种轨道车辆低频电磁场的测量装置的实施例,可以针对点位不 同高度的低频电磁场进行测量,满足各种情况下对人体电磁环境的监测,以及对列车行驶 影响较大的低频电磁信号的检测的需求,同时能对数据进行处理分析。

[0049] 在上述实施例的基础上:

[0050] 作为一种优选实施例,GPS定位伩130还用于根据同步采集指令采集轨道车辆的速 度信息。

[0051] 具体的,GPS定位仪130在接收到同步采集指令后,在采集各组全向探头110的位置 信息的同时,也同步采集轨道车辆运行的速度信息。根据TB/T3351-2014《动车组内低频磁 场限值和测量方法》的要求,电磁场的检测需要在轨道车辆的多种运行状态下进行实时监 测,如加速、减速、静止、匀速等,进一步获得多种运行状态下的电磁场的频谱,并按照标准 的电磁场曝露限值计权进行安全评估。

[0052]本申请所提供的一种轨道车辆低频电磁场的测量装置的实施例,使用GPS定位仪 同步监测轨道车辆的运行速度,关联于采集的电磁场信息和位置信息,实现了对轨道车辆 在不同速度及运行状态下的电磁场的分析,进一步获得电磁辐射与速度的曲线。此外,严格 的同步监测,也为轨道车辆的运行状态与产生的电磁场分析提供了有效支撑。

[0053] 在上述实施例的基础上:

[0054] 作为一种优选实施例,该测量装置还包括垂直三脚架,用于安装全向探头110。 [0055]具体的,可以设置垂直三脚架,每个垂直三脚架上可外置多个探头,例如,可外置6 个探头,垂直安装3组全向探头110,即3个静态磁场探头111和3个低频电磁场探头112,且二 者安装于同一水平面。垂直三脚架的设计可以平衡多组全向探头110的重量,以保持稳固, 达到了良好的稳定性。此外,采用便携式设计,便于安装,易于携带,且更方便在轨道车辆上 进行现场测量。

[0056] 在上述实施例的基础上:

[0057]作为一种优选实施例,该测量装置还包括定时器,用于设置计算机200发送同步采 集指令的时间间隔。

[0058]具体的,可以设置定时器,用于设置计算机200向信息采集设备100发送同步采集 指令的时间间隔,例如,可以设置时间间隔为0 • 5s,计算机200每隔0.5s向信息采设备100发 送一次同步采集指令,即每隔〇.5s进行一次电磁环境监测,完成一次完整的频谱采集。当 然,时间间隔的设置也可以通过在计算机200上设置定时程序来实现,本发明在此不做限 定。通过快速的电磁场监测,每隔〇.5s就可以完成多个点位一次完整的频谱采集,进一步在 现场就可以进行数据的分析和频谱的拼接等,使得结果可以直接显示。此外,这种实时采集 信息的方式,更便于在突发意外情况时,工作人员可以及时采取响应措施。

[0059] 在上述实施例的基础上:

[0060]作为一种优选实施例,该测量装置还包括无线路由器300,用于为数据采集伩提供 无线wifi〇

[0061]请参考图3,图3为本发明提供的另一种轨道车辆低频电磁场的测量装置的示意 图。具体的,可以设置无线路由器300,即由数据采集仪120采集的电磁场相关数据信息通过 无线wifi的方式上传至计算机200,无线路由器300的设置更加便于电磁场相关数据信息的 采集和传递。当然,也可以通过有线的方式实现该功能,具体不做限定。

[0062] 在上述实施例的基础上:

[0063]作为一种优选实施例,静态磁场探头111通过USB线与数据采集仪120连接,低频电 磁场探头112通过光纤与数据采集仪120连接。

[00M]具体的,每组全向探头110连接于数据采集仪12〇可以具体为静态磁场探头丨丨丄通 过USB线连接于数据采集仪120,低频电磁场探头112通过光纤连接于数据采集仪丨20,以便 于电磁场相关数据信息的传输。当然,其连接方式在此不做限定,同样可以实现该功能的线 缆即可。

[0065]本发明还提供了一种轨道车辆,包括上述各个具体实施例所描述的轨道车辆低频 电磁场的测量装置。对于本发明提供的轨道车辆的介绍请参照上述各方法实施例,本发明 在此不做赘述。

[0066]说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实 施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而 言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明 即可。

[0067]专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元 及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和 软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些 功能宄竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业 技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应 认为超出本发明的范围。

[0068]结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执 行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存 储器(ROM)、电可编程R0M、电可擦除可编程R0M、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术 领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

[0069]以上对本发明所提供的轨道车辆低频电磁场的测量装置及轨道车辆进行了详细 介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明 只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人 员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和 修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种轨道车辆低频电磁场的测量装置,其特征在于,包括:至少两组信息采集设备和 计算机,其中,所述信息采集设备连接于所述计算机;每组所述信息采集设备包括至少两组 全向探头,数据采集仪和GPS定位仪,其中,所述全向探头与所述数据采集仪连接,所述数据 采集仪与所述GPS定位仪连接; > 所述数据采集仪,用于接收所述计算机发送的同步采集指令,将所述同步f集指令f 送至所述全向探头和所述GPS定位仪,并将接收的所述全向探头根据所述同步采集指$采 集的电磁场信息发送至所述计算机,将接收的所述GPS定位仪根据所述同步采集指令采集 的所述全向探头的位置信息发送至所述计算机; 所述计算机,用于向所述数据采集仪发送所述同步采集指令,并对接收的所述电磁场 信息结合所述位置信息进行电磁场频谱分析。
2. 如权利要求1所述的测量装置,其特征在于,所述全向探头包括静态磁场探头和低频 电磁场探头。
3. 如权利要求2所述的测量装置,其特征在于,所述静态磁场探头和所述低频电磁场探 头设置于同一水平面。
4. 如权利要求3所述的测量装置,其特征在于,所述全向探头的分布方式为垂直分布。>
5. 如权利要求4所述的测量装置,其特征在于,所述GPS定位仪还用于根据所述同步采 集指令采集轨道车辆的速度信息。
6. 如权利要求5所述的测量装置,其特征在于,还包括: 垂直三脚架,用于安装所述全向探头。
7. 如权利要求1至6任意一项所述的测量装置,其特征在于,还包括: 定时器,用于设置所述计算机发送所述同步采集指令的时间间隔。
8. 如权利要求7所述的测量装置,其特征在于,还包括: 无线路由器,用于为所述数据采集仪提供无线wi n。
9. 如权利要求8所述的测量装置,其特征在于,所述静态磁场探头通过USB线与所述数 据采集仪连接,所述低频电磁场探头通过光纤与所述数据采集仪连接。
10. —种轨道车辆,其特征在于,包括权利要求1至9任意一项所述的轨道车辆低频电磁 场的测量装置。
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