CN107918060B - 电磁场在线监测系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁场在线监测系统，包括传感器装置、中控计算机以及显示屏。该传感器装置由上至下依次包括：传感器探头、上管、中管、下管、以及预制台基，中管中设置有轴流风机，下管中设置温度传感器，通过温度传感器检测环境温度，自动控制轴流风机的启动和停止，可以稳定传感器装置的温度，有效地克服了恶劣气候条件带来的温度漂移问题；传感器探头采用聚四氟乙烯材料，耐腐蚀、抗老化，对电磁波的阻挡衰减特性小，最大限度地提高了传感器的灵敏度；传感器探头三向同时测量，可任意方向放置，且其由光纤以及光电转换器件供电，克服了金属物体给传感器测量信号带来的干扰，风机通过三个管件远离传感器，也避免了感应空间电磁波干扰。

Description

电磁场在线监测系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及电磁场在线监测系统技术领域，尤其涉及一种能够克服灵敏度降低、温度漂移等问题，保证在线监测系统电磁场监测数据准确无误、系统无间断长期稳定工作的电磁场在线监测系统及其工作方法。

背景技术

随着经济建设的发展和科学技术的进步，我国在电力设备、通讯网络、交通工具等方面都取得了可喜的成就。各个领域的发展及先进电子设备的应用，使人们的生活快捷便利，提高了人们物质文化生活水平，大量带电设置的应用产生的一个副作用是周围环境电磁辐射的增加，这就需要人们来研究如何测量和防护电磁波的辐射。

超过一定强度的电磁场辐射，会引起人的中枢神经系统的机能障碍和以交感神经疲乏紧张为主的植物神经失调，其临床症状可表现为头昏脑胀、失眠多梦、疲劳无力、记忆力减退、心悸、头疼、四肢酸痛、食欲不振、脱发、多汗等，部分人员还会出现心动过缓、血压下降、心律不齐等症状。电磁场是无声、无光、无味的作用场，不达到很强的程度，人是感觉不到的，所以这种危害具有很强的“隐蔽性”，往往不被人们所察觉和重视。为了保障人民身体健康，国家制定了相应的法律法规和国家标准，对于电磁辐射环境管理，国家有了较系统的法规和标准，武汉碧海云天科技股份有限公司依据相应的法律法规和国家标准，研制了手持式场强仪(电磁场辐射仪)及电磁场在线监测系统。该仪器及在线监测系统的研制成功，为环境监测、安全监督、职业病防治等政府职能部门执法提供了有效地科学的依据，将广泛应用于工矿企业、劳动保护、职业病防治、环境监测等部门。

目前，电磁辐射通常都是用便携式电磁场测量仪测量。随着人们环保意识的增强，社会及公众对于生活环境、辐射危害了解越来越多，要求有一个健康的生活环境，对于涉及到辐射危害的设施会倍加关注，国家对环境保护工作的重视，对于变电站、通讯基站、有电磁辐射的大型设备附近，人们需要长期的实时在线监测，通过大屏幕或公众信息平台发布相关区域的电磁辐射的信息及国家标准允许限定值，同时并通过网络传送至环境保护职能管理部门，监控管理辐射情况。使公众更加直观的、正确的认识变电站、通讯基站…等设施附近的电磁场辐射的大小，避免设施周边公众的心理恐慌。

在线监测系统要求在监测过程中监测数据准确无误，能长期无间断工作。在实时监测过程中，电磁场测量传感器需长期安置在无遮挡的空旷露天场所，传感器装置需经得起日晒雨淋的考验，装置材料要耐腐蚀、抗老化；为了保证传感器的测量灵敏度，壳体材料还需对电磁波的阻挡衰减特性越小越好。传感器电路的电子元器件要常年工作在一个温差很大的范围，传感器校准后，当电子元器件在温度的大幅变化时，会导致传感器测量特性的变化，引起整个监测系统的监测数据超差。如何设计好电磁场测量传感器装置，这是电磁场在线监测必须解决好的一件工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中灵敏度降低、温度漂移等问题，保证在线监测系统电磁场监测数据准确无误、系统无间断长期稳定工作。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

一种电磁场在线监测系统，包括传感器装置、中控计算机以及显示屏，所述传感器装置测得的电信号传送到中控计算机进行处理，显示屏实时显示测量结果，其特征在于：该传感器装置包括：传感器探头、上管、中管、下管、以及预制台基，其中，所述中管的直径大于上管的直径，所述传感器探头包括传感器帽盖、传感器组件以及传感器底座，所述传感器组件位于传感器盖帽与传感器底座形成的空腔内；所述上管的上端与传感器探头相连，上管的下端与中管的上端相连，所述中管的下端与下管的上端相连，下管的下端与预制台基相连；所述中管内部设置有轴流风机，所述下管的侧壁设置有温度传感器；所述下管的侧壁还设置有进气孔，所述传感器底座具有散热出风槽，该进气孔与散热出风槽形成空气流通通路，通过测控温度传感器的环境温度，轴流风机自动调节传感器温度；预制台基内设置有预埋线缆管，该预埋线缆管内设置有温度传感器引线以及轴流风机电源线；所述传感器组件由所述传感器探头内部的光电转换元件进行供电，预埋线缆管内部还设置有光纤，该光纤一端连接激光器，另一端穿过下管、中管以及上管为所述光电转换元件提供光源；

优选的，所述光电转换元件为硅光片；

优选的，所述轴流风机离所述传感器探头的距离不小于1500mm；

优选的，所述传感器帽盖与传感器底座的材料为聚四氟乙烯；

优选的，所述上管的下端与中管的上端通过接头相连，接头位于上管的下端与中管的上端之间，并通过螺钉与中管的上端的侧壁固定，所述上管的下端嵌入接头之中并与中管连通；

优选的，所述中管的下端与下管的上端通过联结体连接，该联结体包裹中管的下端与下管的上端；

优选的，所述下管的侧壁正对进气孔的位置设置有防尘纱网；

优选的，所述下管与中管的下端套设有一底座套组件，该底座套组件通过一底板组件固定于预制台基上表面。

优选的，所述轴流电机的电源线接温控器电源输出，所述温度传感器引线接所述温控器测口。

优选的，所述传感器组件由电路板、三对相互正交的平行极板以及三对相互正交的线圈组成，使得传感器探头任意方向放置，其所测电磁场强度总量不变，且电场、磁场三向同时测量。

优选的，当温度传感器所探测到的温度大于等于36摄氏度时，轴流风机可自动开启，使外接空气从进气孔进入，并从散热出风槽排出，带走热量，当温度传感器所探测到的温度降低到小于36度时，所述轴流风机可自动停止工作。

本发明所采用的技术方案还包括一种电磁场在线监测系统的工作方法，该方法包括如下步骤：

1)将传感器探头按要求安装在测点位置；

2)接通电源，激光器通过光纤将光传递给光电转换元件，给传感器组件供电，使其处于正常测量状态；

3)根据温度传感器探测的环境温度，自动控制轴流风机调节传感器温度。

4)传感器组件测得的电信号经装置内部放大、A/D转换送中控计算机处理；

5)将测量结果实时送达显示屏进行显示。

本发明的有益效果在于：

1、传感器装置探测头部选材透波性好，最大限度地提高传感器的灵敏度；

2、传感器装置具有智能温控系统，有效地克服了恶劣气候条件带来的温度漂移问题，提高了系统测量的稳定性和准确度；

3、传感器装置结构设计与零部件选材，克服了由于材料引起的感应空间电磁波干扰；

4、集成三个相互垂直的探测线圈组成三维工频磁场传感器、三个相互垂直的平行极板组成三维工频电场传感器寓于一体，使得传感器任意方向放置，测电磁场强度总量不变，且电场、磁场三向同时测量。

5、装置进行了工业造型设计，外形美观。

附图说明

图1本发明的工频电磁场在线监测系统原理框图；

图2为本发明传感器装置的结构图；

图3为本发明温度传感器测控流程图；

图4为本发明传感器帽盖结构示意图；

图5为本发明传感器底座结构示意图；

图6为本发明传感器组件结构示意图；

图6a为图6的左视图；

图6b为图6的俯视图；

图6c为图6的右视图；

图6d为图6的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

本发明的电磁场在线监测系统，包括传感器装置、中控计算机以及显示屏，如图1所示，为本发明的工频电磁场在线监测系统原理框图。所述传感器装置具有传感器探头，作为工频电磁场探头的传感器探头所测得的电信号经装置内部放大、A/D转换传送到中控计算机进行处理，显示屏为LED大屏幕，其能实时显示测量结果。

图2为传感器装置的结构图，在系统前端装有工频电磁场测量传感器装置，用于探测工频电磁场强度信号，传送至系统数据处理，通过网络上报、并通过大屏幕显示结果，有效地实现实时在线监测电磁场强度。

传感器装置包括：传感器探头、上管4、中管7、下管11、以及预制台基16，其中，所述中管7的直径大于上管4的直径，所述传感器探头包括传感器帽盖1、传感器组件2以及传感器底座3，所述传感器组件2位于传感器盖帽1与传感器底座3形成的空腔内；所述上管4的上端与传感器探头相连，上管4的下端与中管7的上端相连，所述中管7的下端与下管11的上端相连，下管11的下端与预制台基16相连；所述中管7内部设置有轴流风机8，所述下管11的侧壁设置有温度传感器10；所述下管11的侧壁还设置有进气孔，所述传感器底座3具有散热出风槽3-2，该进气孔与散热出风槽3-2形成空气流通通路，通过测控温度传感器10的环境温度，轴流风机8自动调节传感器温度；预制台基16内设置有预埋线缆管15，该预埋线缆管15内设置有温度传感器引线以及轴流风机电源线；所述传感器组件2由所述传感器探头内部的光电转换元件进行供电，预埋线缆管15内部还设置有光纤，该光纤一端连接激光器，另一端穿过下管11、中管7以及上管4为所述光电转换元件提供光源；

所述上管4的下端与中管7的上端通过接头5相连，接头5位于上管4的下端与中管7的上端之间，并通过螺钉6与中管7的上端的侧壁固定，所述上管4的下端嵌入接头5之中并与中管7连通；所述中管7的下端与下管11的上端通过联结体9连接，该联结体9包裹中管7的下端与下管11的上端；所述下管11的侧壁正对进气孔的位置设置有防尘纱网12；所述下管与中管的下端套设有一底座套组件14，该底座套组件14通过一底板组件固定于预制台基上表面。

另外，所述光电转换元件为硅光片；所述轴流风机8离所述传感器探头的距离不小于1500mm；

所述轴流风机8的电源线接温控器电源输出，所述温度传感器引线接所述温控器测口。工频电磁场测量传感器装置温度传感器测控流程图，如图3所示。当温度传感器10所探测到的温度大于等于36摄氏度时，通过温控器的控制，轴流风机可自动开启，使外接空气从进气孔进入，并从散热出风槽排出，带走热量，当温度传感器所探测到的温度降低到小于36度时，通过温控器的控制，所述轴流风机可自动停止工作。

传感器帽盖1：具有防护帽檐1-2，该帽檐与帽盖通过联接螺纹联接，用于防风、雨、日晒、尘，要求透波性好，材料为聚四氟乙烯，壁厚小于1mm，其结构如图4所示。传感器底座3：包括联接螺纹3-1，用于与传感器帽盖联接，传感器定位槽3-3，用于支撑固定传感器组件、联结支撑上管；四个弧形槽3-2用于散热出风之用。要求透波性好，材料为聚四氟乙烯，结构如图5所示。

如图6、图6a、图6b、图6c和图6d所示，传感器组件：用于探测电场、磁场强度信号；集成三个相互垂直的探测线圈组成三维工频磁场传感器、三个相互垂直的平行极板组成三维工频电场传感器、电路板寓于一体；因此，关键件工频电磁场测量探头由三对相互正交的平行极板、三对相互正交的线圈、电路板组成。

本实施例中，传感器组件为方形体，三个相互垂直的探测线圈分别是：侧面线圈22、水平线圈24和正面线圈26；三个相互垂直的平行极板分别是：侧面平行极板21、水平平行极板23和正面平行极板25。其中，侧面线圈22和侧面平行极板21相对，水平线圈24和水平平行极板23相对，正面线圈26和正面平行极板25相对，其中电路板29通过支柱28固定在传感器组件内，在传感器组件上设有插座27。

工频磁场测量是由三个相互垂直的探测线圈组成三维工频磁场传感器组成，当探测线圈进入磁场时，通过测量探测线圈的感应电动势，可测定出对应的磁感应强度。通过三线圈测得感应电动势的三路电压信号，经多路开关，分别送入放大器处理，经A/D转换成数字信号，送入单片机计算处理，将结果通过光纤送到手持主机单片机处理，送显示器显示X轴、Y轴、Z轴三个方向的分量Bx、By、Bz及B(三个分量平方和的平方根)。

工频电场测量是由三个相互垂直的平行极板组成三维工频电场传感器组成。当探测平行极板进入电场时，通过测量探测平行极板的两端电压，可测定出对应的电场强度。通过三个相互垂直的平行极板两端电压的三路电压信号，经多路开关，分别送入放大器处理，经A/D转换成数字信号，送入单片机计算处理，将结果通过光纤送到手持主机单片机处理，送显示器显示X轴、Y轴、Z轴三个方向的分量Ex、Ey、Ez及E(三个分量平方和的平方根)。

电磁场在线监测系统工作过程

1)将传感器探头按要求安装在测点位置；

2)接通电源，激光器通过光纤将光传递给光电转换元件，给传感器组件供电，使其处于正常测量状态；

3)根据温度传感器探测的环境温度，自动控制轴流风机调节传感器温度。

4)传感器组件测得的电信号经装置内部放大、A/D转换送中控计算机处理；

5)将测量结果实时送达显示屏进行显示。

制造、生产工艺

按设计图纸、工艺文件加工组装各部件，按技术要求做好系统工程安装。

校准：工频电磁场传感器在装入系统前，分别在亥姆赫兹线圈、平行极板等专用仪器设备上校准，使其达到量程范围、准确度要求。

调试：系统各仪器、部件组装好后，调试各信号通路，使整个系统达到测量、信号传输、显示正常状态。

技术要点及与同类产品不同之处

①工频测量探头用激光器与硅光片构成光电转换器，用光纤传导，达到测量传感器无干扰供电的目的。克服金属物体给传感器测量信号带来干扰，风机应远离传感器，离地面150mm,风机离传感器距离不小于1500mm，避免感应空间电磁波干扰，保证测量数据的准确性。

②探头材料选择要点：探头材料要求有一定强度，能在日晒雨淋等自然恶劣条件下的使用；同时还要满足对信号的探测要求，材料如果对探测信号衰减过大，会导致传感器对微弱信号探测不到，就会降低传感器的灵敏度。通过大量选材实验证明，聚四氟乙烯材料对电磁波信号衰减相对较小，同时能满足强度和抗老化要求。

③传感器三向同时测量。

④该系统与同类产品相比：现有产品传感器供电采用的是交流转直流通过金属导线供电，这一定会受到电磁辐射干扰，干扰后的处理方法通常是系数修正，但在电磁辐射强度变化时，在不同辐射强度段，并非能用固定系数修正，会存在非线性问题，会给测量结果带来很大误差。而用光电转换电源，就能有效地、真实地测量电磁场辐射强度的大小。

本发明实施例公布的是较佳的实施例，根据本发明的构思，还可以采取其它实施例来实施本发明，本发明的保护范围不局限于已公开的实施例；本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种电磁场在线监测系统，包括传感器装置、中控计算机以及显示屏，所述传感器装置测得的电信号传送到中控计算机进行处理，显示屏实时显示测量结果，其特征在于：该传感器装置包括：传感器探头、上管、中管、下管、以及预制台基，其中，所述中管的直径大于上管的直径，所述传感器探头包括传感器帽盖、传感器组件以及传感器底座，所述传感器组件位于传感器帽盖与传感器底座形成的空腔内；所述上管的上端与传感器探头相连，上管的下端与中管的上端相连，所述中管的下端与下管的上端相连，下管的下端与预制台基相连；所述中管内部设置有轴流风机，所述下管的侧壁设置有温度传感器；所述下管的侧壁还设置有进气孔，所述传感器底座具有散热出风槽，该进气孔与散热出风槽形成空气流通通路，通过测控温度传感器的环境温度，轴流风机自动调节传感器温度；预制台基内设置有预埋线缆管，该预埋线缆管内设置有温度传感器引线以及轴流风机电源线；所述传感器组件由所述传感器探头内部的光电转换元件进行供电，预埋线缆管内部还设置有光纤，该光纤一端连接激光器，另一端穿过下管、中管以及上管为所述光电转换元件提供光源；所述传感器装置的传感器帽盖与传感器底座的材料为聚四氟乙烯。

2.如权利要求1所述的电磁场在线监测系统，其特征在于：所述光电转换元件为硅光片。

3.如权利要求1所述的电磁场在线监测系统，其特征在于：所述轴流风机离所述传感器探头的距离不小于1500mm。

4.如权利要求3所述的电磁场在线监测系统，其特征在于：所述上管的下端与中管的上端通过接头相连，接头位于上管的下端与中管的上端之间，并通过螺钉与中管的上端的侧壁固定，所述上管的下端嵌入接头之中并与中管连通。

5.如权利要求4所述的电磁场在线监测系统，其特征在于：所述中管的下端与下管的上端通过联结体连接，该联结体包裹中管的下端与下管的上端。

6.如权利要求5所述的电磁场在线监测系统，其特征在于：所述下管的侧壁正对进气孔的位置设置有防尘纱网。

7.如权利要求1所述的电磁场在线监测系统，其特征在于：所述下管与中管的下端套设有一底座套组件，该底座套组件通过一底板组件固定于预制台基上表面。

8.如权利要求1-7中任一项所述的电磁场在线监测系统，其特征在于：轴流风机的电源线接温控器电源输出，所述温度传感器引线接所述温控器测口。

9.如权利要求1-7中任一项所述的电磁场在线监测系统，其特征在于：所述传感器组件由电路板、三对相互正交的平行极板以及三对相互正交的线圈组成，使得传感器探头任意方向放置，其所测电磁场强度总量不变，且电场、磁场三向同时测量。

10.如权利要求1-7中任一项所述的电磁场在线监测系统，其特征在于：当温度传感器所探测到的温度大于等于36摄氏度时，轴流风机可自动开启，使外接空气从进气孔进入，并从散热出风槽排出，带走热量，当温度传感器所探测到的温度降低到小于36度时，所述轴流风机可自动停止工作。

11.如权利要求1-10中任一项所述的电磁场在线监测系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将传感器探头按要求安装在测点位置；

2)接通电源，激光器通过光纤将光传递给光电转换元件，给传感器组件供电，

使其处于正常测量状态；

3)根据温度传感器探测的环境温度，自动控制轴流风机调节传感器温度；

4)传感器组件测得的电信号经装置内部放大、A/D转换送中控计算机处理；

5)将测量结果实时送达显示屏进行显示。