CN110456143A - 基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置 - Google Patents

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谢诗雨
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Abstract

基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，该装置包括依次连接的传感器模块、前置信号放大电路、峰值采样保持电路、后置信号放大电路、A/D转换电路、单片机主控电路、执行模块。所述传感器模块连接电磁信号接收天线。所述执行模块分别连接显示电路、声音报警电路，显示电路连接液晶显示屏。该装置还包括串口通信电路，检测装置能够通过串口通信电路，将检测出的待测变压器的周围空间的磁场信息实时传输到PC终端，并将检测到的磁场信息在PC终端上以波形的形式显示出来。本发明能以非接触的方式快速准确的检测出变压器的带电状况，并且能够通过显示屏、报警器、以及PC终端及时向工作人员提供变压器的相关信息，为检修变压器的工作人员提供安全保障。

Description

基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置
技术领域
本发明涉及变压器设备领域，特别是一种基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置。
背景技术
变压器是电力系统输配电的重要设备，为保证变压器能正常工作，需要经常对变压器进行检修。在对变压器进行常规检修时，为了保障工作人员的人身安全，在变压器断电前后都需要对变压器进行带电检测，经过多次反复检测确定变压器已经断电后，工作人员才会开始正常的变压器检修工作。而目前，在变压器的带电检测过程中，大部分还是利用由绝缘材料制成的带电检测杆，通过将绝缘杆的顶端接触变压器来判断变压器是否带电。这种检测装置对绝缘材料有较高要求，而且如果在恶劣天气条件下，如在下大雨时，如果还是利用这种接触式的检测方法来检测变压器是否带电时，会对工作人员的安全带来极大的威胁。所以，一个能以非接触的方式快速、准确的检测出变压器是否带电的多功能检测装置，对保障工作人员的人身安全，提高工作效率是十分重要的。
发明内容
本发明提供一种基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，能以非接触的方式快速准确的检测出变压器的带电状况，并且能够通过显示屏、报警器、以及PC终端及时向工作人员提供变压器的相关信息，为检修变压器的工作人员提供安全保障。
本发明采取的技术方案为：
基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，该装置包括：
依次连接的传感器模块、前置信号放大电路、峰值采样保持电路、后置信号放大电路、A/D转换电路、单片机主控电路、执行模块；
所述传感器模块连接电磁信号接收天线；
所述执行模块分别连接显示电路、声音报警电路，显示电路连接液晶显示屏，
该装置还包括电源模块，电源模块用于为装置的内部各个电路或者模块供电。
该装置还包括串口通信电路，检测装置能够通过串口通信电路，将检测出的待测变压器的周围空间的磁场信息实时传输到PC终端，并将检测到的磁场信息在PC终端上以波形的形式显示出来。
本发明一种基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，有益效果如下：
1）、本发明所设计的检测装置是一种便携式的小型装置，装置体积小、重量轻、操作简单，便于运维工作人员携带与使用；
2）、本发明充分利用传感器技术，是一种非接触的远距离检测技术，相对于传统的接触杆式的检测装置，本发明所设计的检测装置更加安全可靠。
3）、本发明所设计的系统能够对检测的电磁信号进行精确的处理，误差范围较小，检测结果更加准确；
4）、本发明所设计的系统中，所设计的峰值采样保持电路用于检测出经前置信号放大电路放大后的输出电压的最大值，即检测出待测变压器周围磁场的最大值，可以有效的减小待测变压器周围空间干扰磁场的对检测结果的影响，使检测结果更加准确；
5）、本发明所设计的装置和系统既能够单独使用，也可以与PC终端配合使用，通过串口通信电路将待测变压器的周围空间内检测到的磁场信息实时传输到PC终端，并在PC端以波形的形式显示出待测变压器周围空间内的磁场波动，因此本装置和系统也具备一定判断变压器运行状态是否正常的功能。
6）、相较于只有普通声音报警的传统检测装置，本发明设计的系统包含了可编程的声音报警电路和显示电路，不仅能够通过声音报警提醒工作人员变压器的带电状况，还能够通过显示屏显示变压器的带电状态，而且两者之间互为检测，有效避免了因某一个电路故障而出现误判情况。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1（a）为本发明的装置主视结构示意图；
图1（b）为本发明的装置侧视结构示意图；
图1（c）为本发明的装置俯视结构示意图。
图2为本发明中系统的电路框图。
图3为本发明中系统的前置放大及峰值采样保持电路原理图。
图4为本发明中系统的后置放大电路原理图。
图5为本发明中系统的A/D电路原理图。
图6为本发明中系统的传感器置位复位电路原理图。
图7为本发明中系统的单片机主控电路原理图。
图8为本发明中系统的显示电路原理图。
图9为本发明中系统的声音报警电路原理图。
图10为本发明中系统的串口通信电路原理图。
图11为本发明中PC端软件设计流程图。
具体实施方式
如图1（a）、图1（b）、图1（c）、图2所示，基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，该装置包括：依次连接的传感器模块7、前置信号放大电路8、峰值采样保持电路9、后置信号放大电路10、A/D转换电路11、单片机主控电路12、执行模块14；
所述传感器模块7连接电磁信号接收天线3。
所述执行模块14分别连接显示电路15、声音报警电路16，显示电路15连接液晶显示屏2。
该装置还包括电源模块6，电源模块6用于为装置的内部各个电路或者模块供电。
该装置还包括串口通信电路，检测装置能够通过串口通信电路，将检测出的待测变压器的周围空间的磁场信息实时传输到PC终端，并将检测到的磁场信息在PC终端上以波形的形式显示出来。串口通信电路中串口座选用目前广泛应用的DB9为母头，这样就可以利用PC串口延长线进行与电脑连接，也可以直接接到电脑com端口上。
所述液晶显示屏2，用于显示所检测到的变压器周围空间的电磁信息，液晶显示屏2采用OLED类型显示屏，OLED类型显示屏具有分辨率高、耗能低、实时显示速度快等优点。
所述电磁信号接收天线3，用于接收变压器周围空间中的电磁信息。
所述传感器模块7，用于检测待测变压器周围空间内的电磁信息，并将电磁信息以电压的模式输出。传感器模块7采用的磁阻传感器为HMC1023，HMC1023磁阻传感器的分辨率为85Gs、检测范围为 6Gs。
所述前置信号放大电路8，用于将磁阻传感器HMC1023输出的微弱电压信号进行初步放大处理，以避免因电压量太微弱而无法完成对变压器带电状态的识别。前置信号放大电路8采用AD620芯片，AD620芯片是一款具有成本低、高精度、低失调电压和低失调漂移等优点的仪表放大器，而且AD620增益调节非常方便，只需要调节外置电阻就可以调节其增益，增益范围为1~10000，非常适合电池供电及便携式应用。
所述峰值采样保持电路9，用于检测出经前置信号放大电路8放大后的输出电压的最大值，即测试出待测变压器周围磁场的最大值。峰值采样保持电路9采用LF398芯片，LF398芯片是一款具有集成度高、结构简单、调试方便且性能优良等优点的芯片，利用LF398芯片组成的峰值采样保持电路可以测试出待测变压器周围磁场的最大值，适合于便携式分析装置的研究。
所述后置信号放大电路10，采用的是一个数字可控的放大电路，通过软件程序控制其增益大小，使其输出电压大小保持在A/D转换电路11的正常输入范围内，对位于其后的A/D转换电路11起保护作用。后置信号放大电路10采用PGA202芯片，PGA202芯片是一个数字可控的单片仪表放大器，有1、10、100、1000四个增益调节档位，而且PGA202芯片具备有与TTL和CMOS相兼容的输入端口，都具有FET输入和一个新的跨导电路，其增益与偏移量都是经过激光修整的，使用者无需连接任何外部元件。
所述A/D转换电路11，用于将模拟信号转变为数字信号，然后将数字信号输入单片机，以便于根据不同的数字信号发出不同的控制指令。A/D转换电路11采用ADS1256芯片，ADS1256芯片是一个8通道的输入芯片，其基本输入电压范围为0~5V，若输入电压超过正常的输入打压范围，可在其输入端接入分压电阻将电压调节在0~5V范围内，而且其采集频率高，精度高，采集卡的速率可达30k/s，精度可达10-5，而且芯片内部采用工业应用级布线，各部分间完全隔离，抗干扰能力强。
所述单片机主控电路12，用于处理各种接收到的数字信号，并根据不同的数字信号对系统内部各电路模块发出控制指令。单片机主控电路12包括了单片机接口电路和晶振电路，主控电路采用了STM32微处理器，STM32单片机具有低功耗、数据处理速度快、可靠性高等优点。利用STM32单片机良好的信息高速处理能力可以提高数据处理速度，从而更好的保证检测信息的实时性。
所述声音报警电路16，用于在检测出待测变压器带电时发出警报，提醒工作人员注意安全。
声音报警电路16采用的是与可编程逻辑器件接口的声音报警电路，这种与可编程逻辑器件接口的声音报警电路，可通过单片机程序来控制扬声器的报警次数和报警时间长短。
所述传感器模块7连接传感器置位复位电路13，传感器置位复位电路13连接单片机主控电路12，传感器置位复位电路13用于传感器的置位与复位，防止传感器被外界磁场磁化后其检测灵敏度和检测精度降低。传感器置位复位电路13采用了IRF7106芯片，IRF7106芯片采用了先进的工艺技术，使硅区电阻降至最低，而且芯片设计坚固、开关速度快，是一种非常高效的器件，应用范围非常广泛。
该装置还包括USB接口1，所述USB接口1用于为该检测装置的电源模块6充电，并且在检测装置与PC终端联合使用时，USB接口1可用于实现该检测装置与PC终端间的信息传输。USB接口转换芯片选用CH341T芯片，CH341T芯片是一种新型的，功能强大的USB接口转换芯片，可以工作在多种模式下，且接线简单、控制方便、使用灵活，串口发送信号的波特率误差小于0.3%，串口接收信号的允许波特率误差不小于 2%。可满足用户的多种需求。电平转换芯片选用MAX232芯片，MAX232芯片是美信公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电，功耗低且可以控制在5uW以内，特别适合电池供电系统。
该装置还包括警报解除按钮5，用于在检测装置响起警报提醒后，人工按动按钮以解除警报。
基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测方法，包括以下步骤：
S1：按动装置开关按钮4，启动检测装置，将电磁信号接收天线3对准待测变压器，该装置内部系统中的传感器模块7开始检测并接收待测变压器周围空间的电磁信息，同时磁阻传感器将检测到电磁信号强弱以电压的形式输出。
S2：电压信号经过前置信号放大电路8的初步放大后，由峰值采样保持电路9检测出电压的最大值，也即是所检测到的电磁强度的最大值，后置信号放大电路10对电压信号进行进一步的放大，后置信号放大电路10采用的可编程控制的数字放大电路，它可根据输入电压信号的大小自动选择不同大小的增益，以确保其输出的电压信号大小都在A/D转换电路11的正常输入范围内，A/D转换电路11将电压模拟信号转换为数字信号传输至单片机主控电路12。
S3：由STM32单片机及其预设程序，对所有的数字信号进行分析综合后，由单片机发出控制指令，对系统各电路进行控制，控制指令传递至显示电路15后，由显示电路15控制液晶显示屏2显示相关检测信息，如果检测出待测变压器处于带电状态，则声音报警电路16就会启动并发出警报。
S4：工作人员在接收的警报后，可以按动警报解除按钮5解除警报，并通过传感器置位复位电路13对传感器进行复位置位操作，为下次检测作准备。
在对待测变压器进行断电操作后，重复上述检测步骤，对待测变压器进行再次带电状态检测。
在检测装置与PC终端联合使用时，检测装置可通过串口通信电路，将检测出的待测变压器的周围空间的磁场信息，实时传输到PC终端，并将检测到的磁场信息在PC终端上以波形的形式显示出来，方便学习保存并有助于工作人员对变压器的工作状态进行深度的分析与判断。

Claims (9)

1.基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，其特征在于该装置包括：
依次连接的传感器模块（7）、前置信号放大电路（8）、峰值采样保持电路（9）、后置信号放大电路（10）、A/D转换电路（11）、单片机主控电路（12）、执行模块（14）；
所述传感器模块（7）连接电磁信号接收天线（3）；
所述执行模块（14）分别连接显示电路（15）、声音报警电路（16），显示电路（15）连接液晶显示屏（2），
该装置还包括电源模块（6），电源模块（6）用于为装置的内部各个电路或者模块供电。
2.根据权利要求1所述基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，其特征在于：
该装置还包括串口通信电路，检测装置能够通过串口通信电路，将检测出的待测变压器的周围空间的磁场信息实时传输到PC终端，并将检测到的磁场信息在PC终端上以波形的形式显示出来。
3.根据权利要求1所述基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，其特征在于：
所述液晶显示屏（2），用于显示所检测到的变压器周围空间的电磁信息；
电磁信号接收天线（3），用于接收变压器周围空间中的电磁信息；
传感器模块（7），用于检测待测变压器周围空间内的电磁信息，并将电磁信息以电压的模式输出。
4.根据权利要求1所述基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，其特征在于：
所述前置信号放大电路（8），用于将磁阻传感器HMC1023输出的微弱电压信号进行初步放大处理，以避免因电压量太微弱而无法完成对变压器带电状态的识别；
峰值采样保持电路（9），用于检测出经前置信号放大电路8放大后的输出电压的最大值，即测试出待测变压器周围磁场的最大值；
后置信号放大电路（10），采用的是一个数字可控的放大电路，通过软件程序控制其增益大小，使其输出电压大小保持在A/D转换电路11的正常输入范围内，对位于其后的A/D转换电路11起保护作用；
A/D转换电路（11），用于将模拟信号转变为数字信号，然后将数字信号输入单片机，以便于根据不同的数字信号发出不同的控制指令；
单片机主控电路（12），用于处理各种接收到的数字信号，并根据不同的数字信号对系统内部各电路模块发出控制指令；
声音报警电路（16），用于在检测出待测变压器带电时发出警报，提醒工作人员注意安全。
5.根据权利要求1所述基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，其特征在于：
所述传感器模块（7）连接传感器置位复位电路（13），传感器置位复位电路（13）连接单片机主控电路（12），传感器置位复位电路（13）用于传感器的置位与复位。
6.根据权利要求1所述基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，其特征在于：
该装置还包括USB接口（1），所述USB接口（1）用于为该检测装置的电源模块（6）充电，并且在检测装置与PC终端联合使用时，USB接口（1）可用于实现该检测装置与PC终端间的信息传输。
7.根据权利要求1所述基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测装置，其特征在于：
该装置还包括警报解除按钮（5），用于在检测装置响起警报提醒后，人工按动按钮以解除警报。
8.基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：按动装置开关按钮（4），启动检测装置，将电磁信号接收天线（3）对准待测变压器，该装置内部系统中的传感器模块（7）开始检测并接收待测变压器周围空间的电磁信息，同时将检测到电磁信号强弱以电压的形式输出；
S2：电压信号经过前置信号放大电路（8）的初步放大后，由峰值采样保持电路（9）检测出电压的最大值，也即是所检测到的电磁强度的最大值，后置信号放大电路（10）对电压信号进行进一步的放大，以确保其输出的电压信号大小都在A/D转换电路（11）的正常输入范围内，A/D转换电路（11）将电压模拟信号转换为数字信号传输至单片机主控电路（12）；
S3：由单片机主控电路（12）的单片机及其预设程序，对所有的数字信号进行分析综合后，由单片机发出控制指令，对系统各电路进行控制，控制指令传递至显示电路（15）后，由显示电路（15）控制液晶显示屏（2）显示相关检测信息，如果检测出待测变压器处于带电状态，则声音报警电路（16）就会启动并发出警报；
S4：工作人员在接收的警报后，可以按动警报解除按钮（5）解除警报，并通过传感器置位复位电路（13）对传感器进行复位置位操作，为下次检测作准备；
在对待测变压器进行断电操作后，重复上述检测步骤，对待测变压器进行再次带电状态检测。
9.根据权利要求8所述基于弱电磁信号判测的变压器带电状态检测方法，其特征在于：
在检测装置与PC终端联合使用时，检测装置可通过串口通信电路，将检测出的待测变压器的周围空间的磁场信息，实时传输到PC终端，并将检测到的磁场信息在PC终端上以波形的形式显示出来。
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