CN108717137B - 一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置，包括拾音器、调理电路、阈值比较电路以及重复触发单稳延时电路。拾音器、信号调理电路、阈值比较电路以及可重复触发但稳延时电路依次串行连接，在拾音器拾拾取信号后通过信号调理、阈值比较电路以及可重复触发单稳延时电路三层处理，确保在高频高压干扰窃电行为发生且达到干扰窃电强度时发出预警信号。本发明能有效避免高频高压干扰对装置本身的损害，可靠性高；各个环节都采用常见元器件搭建的成熟电路组成，建设成本低；所有电路皆采用常规电子电路，电路结构简单，适合各种计量箱紧凑空间的安装。

Description

一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置

技术领域

本发明涉及检测与传感领域，更具体地，涉及一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置。

背景技术

近年来，由于电子式电能表比感应式电能表准确度高、功耗低、起动电流小、负载范围宽、无机械磨损等诸多优点，越来越广泛地应用。而针对电子式电能表的高科技智能窃电现象层出不穷，窃电手段也从传统的改接线、破坏计量装置等，发展到利用先进的高频高压干扰窃电装置进行非接触型的窃电。由于该种窃电手段的隐蔽性，使得窃电行为难于被发现，因此随着这些窃电装置的出现窃电行为出现愈演愈烈之势。窃电行为已经从偏远落后的农村、乡镇蔓延到大城市和工矿企业，对电网企业的安全运行与经济效益以及社会安全稳定构成了严重的威胁。

采用高频高压干扰窃电时，窃电分子使用高频高压放电设备直接对电子式电能表进行高频高压攻击，利用高频高压放电装置放电时产生的瞬时强电磁辐射对电子式电能表的关键元器件进行干扰。由于这种电磁辐射具有时间短、能量集中及产生瞬时高压的特点，这类干扰常常在电子式电能表电路中的易受干扰部位产生干扰脉冲，造成计量芯片的关键元器件出现劣化，从而影响电子电路正常工作，进而影响电子电能表正常计量以达到窃电目的。对于该种窃电方式，目前已有一些基于电磁传感器的检测装置，但由于该类装置是直接通过感应高频高压干扰的电磁辐射来测量的，因此本身也易受到损坏，故采用该方法往往未检测到窃电行为反而增加了额外的检测装置损失，实际应用效果较差。而且该类装置无法区分电能表周边负荷开关电气设备运转时的电磁辐射和高频高压干扰窃电的电磁辐射，虚警率较高。

发明内容

本发明的目的是解决上述一个或多个缺陷，设计一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于声音信号的高频高压干扰窃电装置，包括拾音器、信号调理电路、阈值比较电路和可重复触发单稳延时电路；其中拾音器的输入端获取声音信号，输出端与信号调理电路的输入端电连接；信号调理电路的输出端与阈值比较电路的输入端电连接；阈值比较电路的输出端与可重复触发单稳延时电路的输入端电连接，可重复触发单稳延时电路的输出端输出预警信号。

优选的是，所述拾音器为电容式拾音器。

优选的是，所述信号调理电路包括放大电路和滤波电路；其中放大电路的输入端与拾音器的输出端电连接，输出端与滤波电路的输入端电连接；滤波电路的输出端与阈值比较电路的输入端电连接。

优选的是，所述滤波电路为频带范围600-1200Hz的带通滤波电路。

优选的是，所述阈值比较电路包括输入电路和电压比较电路；其中输入电路的输入端与信号调理电路的输出端电连接，输出端与电压比较电路的输入端电连接；电压比较电路的输出端与可重复触发单稳延时电路的输入端电连接。

优选的是，所述输入电路包括限流电阻、限幅二极管和运算放大器构成；其中限流电阻的一端与信号调理电路的输出端电连接，另一端与运算放大器的正极电连接；限幅二极管的负极与运算放大器的正极，正极接地；运算放大器的输出端与电压比较电路的输入端电连接。

优选的是，所述电压比较电路为10级电压比较电路，由10个精密电阻串联构成的分压器和10个反相比较电压比较器构成的分级电压比较电路组成，各个反相比较器的同相输入端与电阻分压器相电连接，反相输入端与输入电路的输出端电连接。

优选的是，所述可重复触发单稳延时电路包括单稳态重复触发电路和脉宽检测电路；其中单稳态重复触发电路输出端与脉宽检测电路的输入电连接，脉宽检测电路输出端为整个装置的输出端。

优选的是，所述单稳态重复触发电路包括可重复触发的单稳态集成电路CD4528，其中触发一次的输出20ms脉冲信号，20ms内多次触发则产生长于20ms的脉冲。

优选的是，所述脉宽检测电路由单片机构成，当检测到单稳态重复触发电路输出脉冲小于2s时不输出预警信号，当检测到单稳态重复触发电路输出脉冲大于等于2s时则输出预警信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）本发明是基于高频高压干扰窃电过程中伴随的放电声音来感知不发分子的窃电行为，不会像直接检测法引入高频高压干扰造成装置本身损坏，可靠性高，工程应用效果好；

2）性价比高，装置各个环节都采用常见元器件搭建的成熟电路组成，建设成本低，且通过各个环节共同作用能有效排除环境干扰因素，正确预警率高，具有很高的性能价格比；

3）体积小，重量轻，安装方便。本发明的信号处理电路采用常规电子电路，电路结构简单，没有大型元器件也无需散热等要求，因此装置整体体积可以做得很小，特别适合各种计量箱紧凑空间的安装。

附图说明

图1为本发明的整体连接示意图；

图2为本发明中阈值比较电路示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1所示，一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置：包括用于检测声音信号并将声音信号转化成电信号的拾音器1；用于信号预处理以适应后续电路使用的信号调理电路2；用于确定干扰强度的阈值比较电路3；以及用于滤除其他电器设备正常工作时的电磁噪音防止误报警的可重复触发单稳延时电路4；其中拾音器1、信号调理2、阈值比较电路3以及可重复触发但稳延时电路4依次串行连接，在拾音器拾1拾取信号后通过信号调理2、阈值比较电路3以及可重复触发但稳延时电路4三层处理确保在高频高压干扰发生且达到干扰窃电强度时发出预警信号，在环境干扰以及在发生高频高压干扰但干扰强度不足时不发出预警信号。

如图1中，拾音器1采用本体噪声小、频响范围宽、抗干扰能力强的电容式拾音器，用于拾取高频高压干扰发生时伴随的放电声音信号并将其转化成电信号。本体噪声小可控制在感知高频高压干扰声音信号时不引入本体噪声，降低后续信号处理电路的要求；频响范围宽，可有效覆盖高频高压干扰窃电放电声音的频谱范围，确保感知信号不失真；电容式拾音器通过电容量的变化将声音信号转化成电信号，不会像动圈拾音器耦合环境电磁磁场变化信号，抗干扰能力强。

如图1中，信号调理电路2包括用于将拾音器1的微弱信号转化成标准信号的放大电路20以及用于滤除环境噪声等非高频高压干扰放电声音信号的滤波电路21；放大电路20和滤波电路21依次串联。所述放大电路20采用反向比例运算电路构成；所述滤波电路21采用集成运算放大器构成带通滤波电路，并根据高频高压干扰窃电过程伴随的放电声音频谱范围将带通滤波电路频带范围设计为600~1200Hz。

如图2所示，图1中的阈值比较电路3由输入电路30和10级电压比较电路31构成。所述输入电路30由限流电阻301、限幅二级管302、运算放大器303所组成的同向电压跟随器构成。所述10级电压比较电路31由10个精密电阻串联构成的分压器311和10个反相比较电压比较器构成的分级电压比较电路310组成，各个反相比较器的同相输入端与电阻分压器相连，反相输入端与输入电路30的输出端相连，当输入电压高于某一级的电压时，该级及以下等级电压比较器输出皆为低电平。

实际应用中，对于阈值比较电路电压选择需先根据要保护的电能表的性能确定对电能表造成影响的高频高压干扰幅度，再根据确定的幅度选择对应的电压等级，最后将该等级电压对应的比较器输出与后级电路相连即实现阈值的选择和设置。通过阈值比较电路可以滤除计量箱外环境噪声和计量箱内部分电气设备运行中的低幅度电磁噪声。

如图1所示，可重复触发单稳延时电路4包括单稳态重复触发电路41和脉宽检测电路42构成，单稳态重复触发电路41输出端与脉宽检测电路42的输入相连，脉宽检测电路42输出端为整个装置的输出端，用于与其他电路相连。

图1中，单稳态重复触发电路41采用边沿可重复触发的单稳态集成电路CD4528实现，触发一次的输出20ms脉冲信号，20ms内多次触发则产生长于20ms的脉冲；脉宽检测电路42由单片机构成，当检测到单稳态重复触发电路41输出脉冲小于2s时不输出预警信号，当检测到单稳态重复触发电路41输出脉冲大于等于2s时则输出预警信号。

实际应用中，负荷开关等电气设备运行时产生的干扰其强度只可能在干扰发生时刻最多触发一次，达不到2S；计量箱周围环境其他机器设备运行的高频强噪声干扰，其噪声强度不可能在20ms触发多次，从而保证其不会一直产生2S的动作输出信号；而在高频高压干扰窃电古城中在连续干扰环境下，其产生的干扰声音信号强度足以多次触发单稳触发器产生2S的动作信号，从而可靠的发出报警信息。可重复触发单稳延时电路通过单稳态重复触发电路和脉宽检测电路的时序配合可有效排除负荷开关等计量箱内能产生较强放电等电磁干扰引起的虚警以及计量箱周围其他机器设备运行的高频强噪声干扰的虚警，以保证报警的准确性。

图1中，输出部分所输出的预警信号为高低电平的开关信号，开关信号抗干扰能力强，可有效防止信号传输过程引入干扰，影响装置运行可靠性和预警的准确性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置，其特征在于，包括拾音器（1）、信号调理电路（2）、阈值比较电路（3）和可重复触发单稳延时电路（4）；其中拾音器（1）的输入端获取声音信号，输出端与信号调理电路（2）的输入端电连接；信号调理电路（2）的输出端与阈值比较电路（3）的输入端电连接；阈值比较电路（3）的输出端与可重复触发单稳延时电路（4）的输入端电连接，可重复触发单稳延时电路（4）的输出端输出预警信号；

所述可重复触发单稳延时电路（4）包括单稳态重复触发电路（41）和脉宽检测电路（42）；其中单稳态重复触发电路（41）的输出端与脉宽检测电路（42）的输入端电连接，脉宽检测电路（42）的输出端为整个装置的输出端；

所述单稳态重复触发电路（41）包括可重复触发的单稳态集成电路CD4528，其中触发一次的输出20ms脉冲信号，20ms内多次触发则产生长于20ms的脉冲；

所述脉宽检测电路（42）由单片机构成，当检测到单稳态重复触发电路（41）输出脉冲小于2s时不输出预警信号，当检测到单稳态重复触发电路（41）输出脉冲大于等于2s时则输出预警信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置，其特征在于，所述拾音器（1）为电容式拾音器。

3.根据权利要求1所述的一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置，其特征在于，所述信号调理电路（2）包括放大电路（20）和滤波电路（21）；其中放大电路（20）的输入端与拾音器（1）的输出端电连接，输出端与滤波电路（21）的输入端电连接；滤波电路（21）的输出端与阈值比较电路（3）的输入端电连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置，其特征在于，所述滤波电路（21）为频带范围600-1200Hz的带通滤波电路。

5.根据权利要求1所述的一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置，其特征在于，所述阈值比较电路（3）包括输入电路（30）和电压比较电路（31）；其中输入电路（30）的输入端与信号调理电路（2）的输出端电连接，输入电路（30）的输出端与电压比较电路（31）的输入端电连接；电压比较电路（31）的输出端与可重复触发单稳延时电路（4）的输入端电连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置，其特征在于，所述输入电路（30）包括限流电阻（301）、限幅二极管（302）和运算放大器（303）；其中限流电阻（301）的一端与信号调理电路（2）的输出端电连接，另一端与运算放大器（303）的正极电连接；限幅二极管（302）的负极与运算放大器（303）的正极，正极接地；运算放大器（303）的输出端与电压比较电路（31）的输入端电连接。

7.根据权利要求5所述的一种基于声音信号的高频高压干扰窃电检测装置，其特征在于，所述电压比较电路（31）为10级电压比较电路，由10个精密电阻串联构成的分压器（311）和10个反相电压比较器构成的分级电压比较电路（310）组成，各个反相电压比较器的同相输入端与分压器相电连接，反相输入端与输入电路（30）的输出端电连接。