CN112485539A - 一种电磁环境监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种电磁环境监测装置及监测方法，电磁环境监测装置中，可拆卸密闭屏蔽单元包括密闭屏蔽本体以及可拆卸连接密闭屏蔽本体的屏蔽盖，第一探头和第二探头配置成采集监测对象发出的感应电压信号，第一探头和第二探头设在屏蔽盖之外，信号调理模块设在中空结构中，信号调理模块电连接探头以接收感应电压信号，主控模块包括用于将感应电压信号转换为数字信号的转换单元和用于给信号调理模块、主控模块和无线传输与数据存储模块供电的电源模块；无线传输与数据存储模块连接主控模块以存储及发送数字信号以及电源模块的电量信号。

Description

一种电磁环境监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及电磁监测技术领域，特别是一种电磁环境监测装置及监测方法。

背景技术

城市用电负荷日益增加。在全国大规模开展发电系统建设和电网输变电系统建设的同时，隐形电磁辐射污染问题也随之产生。为减少电气设备使用时人体所受的电磁辐射，提高人居生产环境，现如今迫切需要加大电磁环境，尤其类似于电网暂态过程等产生kHz-GHz频率、kA幅值以上的高频过电流的电磁环境的监测力度。

目前，现有电磁环境监测设备主要用于监测较为常见的低频电磁干扰源，例如移动手机通信设备、50/60Hz工频干扰源、医疗用电磁辐射设备等，常见的电网暂态等高频工业场景不能得以有效覆盖。同时现有装置监测都是通过直接测量磁场强度实现。但实际操作中设备周围磁场强度无法连通测量仪进行测量，因此现有装置监测适用范围小。因此，急需一种覆盖频率范围大，适用范围广的电磁环境装置监测。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种电磁环境监测装置及监测方法，其扩大了监测频率范围，解决现有测量装置仅局限于低频电磁环境测量的问题。同时可应用在强磁场环境或液态环境中不引发电磁干扰，具有良好电磁屏蔽及水密性，并具有轻便易携的特点。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种电磁环境监测装置包括，

可拆卸密闭屏蔽单元，其包括密闭屏蔽本体以及可拆卸连接所述密闭屏蔽本体的屏蔽盖，所述密闭屏蔽本体为中空结构；

第一探头和第二探头，其配置成采集监测对象发出的感应电压信号，所述第一探头和第二探头设在所述屏蔽盖之外，

信号调理模块，其设在所述中空结构中，所述信号调理模块电连接所述探头以接收感应电压信号，所述信号调理模块包括偏移处理所述感应电压信号的信号调理单元和用于滤波的滤波单元，

主控模块，其设在所述中空结构中，所述主控模块连接所述信号调理模块以接收所述信号调理模块处理的感应电压信号，所述主控模块包括用于将感应电压信号转换为数字信号的转换单元和用于给信号调理模块、主控模块和无线传输与数据存储模块供电的电源模块；

无线传输与数据存储模块，其设在所述中空结构中，所述无线传输与数据存储模块连接所述主控模块以存储及发送所述数字信号以及电源模块的电量信号。

所述的电磁环境监测装置中，信号调理单元将所述感应电压信号抬升至预定电压阈值。

所述的电磁环境监测装置中，所述预定电压阈值为2.7v。

所述的电磁环境监测装置中，信号调理单元通过电阻分压网络与正负极性输出芯片连接电压基准芯片。

所述的电磁环境监测装置中，滤波单元滤波去除0.5mV的杂波信号。

所述的电磁环境监测装置中，转换单元包括ADC端口。

所述的电磁环境监测装置中，主控模块包括用于连接无线传输与数据存储模块的SPI控制端口以及用于存储数字信号和电量信号的SPI闪存。

所述的电磁环境监测装置中，电源模块包括用于放大电源模块的电量信号的运算放大器。

所述的电磁环境监测装置中，所述第一探头包括，

第一阳极，

第一绝缘层，其包裹所述第一阳极且暴露所述第一阳极的端部，

第一阴极，其设在所述第一绝缘层外表面，

第二绝缘层，其包裹所述第一阴极且暴露所述第一阴极的端部，

第三绝缘层，其包裹所述第二绝缘层，

所述第二探头包括，

第二阳极，

第四绝缘层，其包裹所述第二阳极且暴露所述第二阳极的端部，

第二阴极，其设在所述第四绝缘层外表面，

第五绝缘层，其包裹所述第二阴极且暴露所述第二阴极的端部，

第六绝缘层，其包裹所述第五绝缘层。

根据本发明另一方面，一种利用所述的电磁环境监测装置的监测方法包括以下步骤，

配置电磁环境监测装置参数，至少设置实时时间、信号采样率、预定电压阈值，

第一探头和第二探头采集监测对象发出的感应电压信号，

偏移处理所述感应电压信号且滤波，将感应电压信号转换为数字信号，测量电源模块的电量信号，

存储发送所述数字信号和电量信号。

技术效果

本发明提供了密闭屏蔽环境，偏移处理所述感应电压信号的信号调理单元和滤波的滤波单元，可以实现高达MHz高频数据的实时采集，解决了现有电磁监测装置仅适用于低频信号采集的局限性，通过实时监测电量信号和无线传输提升了监测装置的应用性，可以实现装置轻便易携带，同时可以用于液体环境测量的特点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1为本发明一个实施例中电磁环境监测装置的结构示意图。

图2为本发明一个实施例中电磁环境监测装置的模块原理示意图。

图3为本发明一个实施例中电磁环境监测装置的第一探头的结构示意图。

图4为本发明一个实施例中电磁环境监测装置的第二探头的结构示意图。

图5为本发明一个实施例中电磁环境监测装置的监测方法的监测场景图。

图6为本发明一个实施例中电磁环境监测装置的监测方法的工作流程示意图。

图7为本发明一个实施例中电磁环境监测装置的监测方法在300KHz磁场干扰下测量猪心电图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语，即使记载有“第一”、“第二”等，其仅仅是用于区别一些对象而已，而并非用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在/位于……之上/下”、“在/位于……上端/下端”、“在/位于……上表面”、“……上面的”等，用来描述一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在本发明所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在/位于……下端”可以包括“在……下端”和“在……上端”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、纵向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的、或者常规放置情况下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化此种描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；类似的，方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1-4所示，一种电磁环境监测装置包括，

可拆卸密闭屏蔽单元，其包括密闭屏蔽本体1以及可拆卸连接所述密闭屏蔽本体1的屏蔽盖2，所述密闭屏蔽本体1为中空结构。进一步地，为了保证良好的电磁屏蔽及水密性，密闭屏蔽本体1为采用具有能屏蔽频率高达GHz的材料制成全封闭的水屏蔽腔体，其密封性能优良，进一步密闭屏蔽本体1由不锈钢、导电橡胶制成。

第一探头3和第二探头4，其配置成采集监测对象发出的感应电压信号，所述第一探头3和第二探头4设在所述屏蔽盖2之外，可选地，第一探头3和第二探头4为铁质探针、电极导线。

信号调理模块5，其设在所述中空结构中，所述信号调理模块5电连接所述探头以接收感应电压信号，所述信号调理模块5包括偏移处理所述感应电压信号的信号调理单元和用于滤波的滤波单元，

主控模块6，其设在所述中空结构，所述主控模块6连接所述信号调理模块5以接收所述信号调理模块5处理的感应电压信号，所述主控模块6包括用于将感应电压信号转换为数字信号的转换单元和用于给信号调理模块5、主控模块6和无线传输与数据存储模块7供电的电源模块8；

无线传输与数据存储模块7，其设在所述中空结构，所述无线传输与数据存储模块7连接所述主控模块6以存储及发送所述数字信号以及电源模块8的电量信号。

所述的电磁环境监测装置的优选实施例中，信号调理单元将所述感应电压信号抬升至预定电压阈值。

所述的电磁环境监测装置的优选实施例中，所述预定电压阈值为2.7v。

所述的电磁环境监测装置的优选实施例中，信号调理单元通过电阻分压网络与正负极性输出芯片连接电压基准芯片。

所述的电磁环境监测装置的优选实施例中，滤波单元滤波去除0.5mV的杂波信号。

所述的电磁环境监测装置的优选实施例中，转换单元包括ADC端口。

所述的电磁环境监测装置的优选实施例中，主控模块6包括用于连接无线传输与数据存储模块7的SPI控制端口以及用于存储数字信号和电量信号的SPI闪存。

所述的电磁环境监测装置的优选实施例中，电源模块8包括用于放大电源模块8的电量信号的运算放大器。

所述的电磁环境监测装置的优选实施例中，所述第一探头3包括，

第一阳极9，

第一绝缘层10，其包裹所述第一阳极9且暴露所述第一阳极9的端部，

第一阴极11，其设在所述第一绝缘层10外表面，

第二绝缘层12，其包裹所述第一阴极11且暴露所述第一阴极11的端部，

第三绝缘层13，其包裹所述第二绝缘层12，

所述第二探头4包括，

第二阳极14，

第四绝缘层15，其包裹所述第二阳极14且暴露所述第二阳极14的端部，

第二阴极16，其设在所述第四绝缘层15外表面，

第五绝缘层17，其包裹所述第二阴极16且暴露所述第二阴极16的端部，

第六绝缘层18，其包裹所述第五绝缘层17。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，如图2所示，中空结构内置采样模块，其包括由如CPU主控模块6的主控模块6、如蓝牙与数据存储模块的无线传输与数据存储模块7、信号调理模块5，其中内置采样模块的电源置于CPU主控模块6中。电源同时为CPU主控模块6、蓝牙与数据存储模块、信号调理模块5供电。信号通过外部腔体上方导体输入信号调理模块5。信号调理模块5中如TLV9152芯片的信号调理单元完成信号偏移处理，使信号抬升至设定阈值，保证信号的正负极性均能被记录。将低于另一设定阈值的杂波去除，经过信号调理模块5处理的信号输入CPU的ADC端口完成电信号转化为数字信号的操作。其中TLV9152芯片通过与电阻分压网络与TPS65132正负极性输出芯片和REF4132电压基准芯片结合。将REF4132电压基准芯片阈值设定2.5V。此时电源电压通过电阻分压网络进行变化，并与REF4132电压比较芯片设定阈值比较，若满足输出信号为0-2.5V则输入TPS65132芯片，使直流信号变为具有正负极性的交流信号为TLV9152芯片提供电源支持。经TLV9152芯片抬升电压后的信号进入滤波器，使低于另一设定阈值的杂波信号被过滤。此时信号进入如CPU(MSP432P4011IRGCR)主控芯片的主控模块6的ADC端口，经ADC转换为数字信号。该数字信号通过CPU的SPI控制端口将信号送入蓝牙与数据存储模块。数字信号将存储于SPI FLASH中。装置可以通过无线蓝牙与可移动设备蓝牙连接，将数据传输至可移动设备，即可读取数据。另外本发明也可以实现本装置双通电源电量的监测。电源电量数据通过电源模块8的运算放大器将电源抬升至2.5V，保证CPU的ADC端口能够接收电源电量数据，该数据同样经过SPI端口传入蓝牙与数据存储模块。电量信号将存储于SPI FLASH中。装置可以通过无线蓝牙与可移动设备蓝牙连接，将电量数据传输至可移动设备，即可读取数据。

在一个实施例中，所述第一探头3和第二探头4与屏蔽盖2连接处设有水密层，进一步提高密封性。所述水密层包括聚四氟乙烯层，所述第一探头3和第二探头4的前段的端部插入被测对象。信号调理模块5中TLV9152芯片完成信号偏移处理，使信号抬升至2.7V,保证感应电压的正负极性均能被记录。同时将低于0.5mV的杂波去除，经过信号调理模块5处理的信号输入CPU的ADC端口完成电信号转化为数字信号的操作。本装置能够实现高达MHz高频数据的实时采集,进一步地，主控模块6还设有电源电压处理模块，其中TLV9152芯片通过与电阻分压网络与TPS65132正负极性输出芯片和REF4132电压基准芯片结合。将REF4132电压基准芯片阈值设定2.5V。此时电源电压通过电阻分压网络进行变化，并与REF4132电压比较芯片设定阈值比较，若满足输出信号为0-2.5V则输入TPS65132芯片，使直流信号变为具有正负极性的交流信号为TLV9152芯片提供电源支持。经TLV9152芯片抬升电压后的信号进入滤波器，使低于0.5mV的杂波信号被过滤。此时信号进入CPU(MSP432P4011IRGCR)主控芯片的ADC端口，经ADC转换为数字信号。该数字信号通过CPU的SPI控制端口将信号送入蓝牙与数据存储模块。数字信号将存储于SPI FLASH中。装置可以通过无线蓝牙与可移动设备蓝牙连接，将数据传输至可移动设备，即可读取数据。另外本发明也可以实现本装置双通电源电量的监测。电源电量数据通过电源模块8的运算放大器将电源抬升至2.5V，保证CPU的ADC端口能够接收电源电量数据，该数据同样经过SPI端口传入数据存储模块。电量信号将存储于FLASH卡中。整个过程耗时约为5分钟。

在一个实施例中，如图3和4所示，屏蔽本体以及屏蔽盖2通过螺旋结构连接，密封圈置于盖体内部。腔体采用具强电磁屏蔽性能的钛质材料。第一探头3和第二探头4外壳用聚亚安酯材料绝缘材料包裹，探头内部用铂-铱合金制成直径为0.05mm，其中铂-铱合金长度较绝缘包裹材料长5mm。第一探头3导线末端为螺旋状主动固定式，第二探头4为翼装被动固定式。其两端穿过所述屏蔽盖2。采样时后端与内置信号调理模块5的输入端引线连接。

一种利用所述的电磁环境监测装置的监测方法包括以下步骤，

配置电磁环境监测装置参数，至少设置实时时间、信号采样率、预定电压阈值，

第一探头3和第二探头4采集监测对象发出的感应电压信号，

偏移处理所述感应电压信号且滤波，将感应电压信号转换为数字信号，测量电源模块8的电量信号，

存储发送所述数字信号和电量信号。

在一个实施方式中，屏蔽本体以及屏蔽盖2的体积为8140mm³，质量为80g。为了验证本公开的有效性，将本公开放置于活猪胸腔内上皮组织与肌肉组织分离形成的囊袋中。前端导线通过上腔静脉插入猪的右心房和右心室以采集实时心电数据。实验过程中在距离活猪1m处放置磁场发生器，并不间通以频率为300KHz的高频电磁场。监测场景如图5所示。心电信号通过外部腔体上方导体输入信号调理模块5。信号调理模块5中TLV9152芯片完成信号偏移处理，使信号抬升至1.2V,保证感应电压的正负极性均能被记录。同时将低于0.5mV的杂波去除，经过信号调理模块5处理的信号输入CPU的ADC端口完成电信号转化为数字信号的操作。其中TLV9152芯片通过与电阻分压网络与TPS65132正负极性输出芯片和REF4132电压基准芯片结合。将REF4132电压基准芯片阈值设定2.5V。此时电源电压通过电阻分压网络进行变化，并与REF4132电压比较芯片设定阈值比较，若满足输出信号为0-2.5V则输入TPS65132芯片，使直流信号变为具有正负极性的交流信号为TLV9152芯片提供电源支持。经TLV9152芯片抬升电压后的信号进入滤波器，使低于0.2mV的杂波信号被过滤。此时信号进入CPU(MSP432P4011IRGCR)主控芯片的ADC端口，经ADC转换为数字信号。该数字信号通过CPU的SPI控制端口将信号送入蓝牙与数据存储模块。数字信号将存储于SPI FLASH中。装置可以通过无线蓝牙与可移动设备蓝牙连接，将数据传输至手机端，即可读取数据。另外本发明也可以实现本装置锂碘电池电源电量的监测。电源电量数据通过电源模块8的运算放大器将电源抬升至2.5V，保证CPU的ADC端口能够接收电源电量数据，该数据同样经过SPI端口传入数据存储模块。电量信号将存储于FLASH中，并通过蓝牙传输至手机端。为了保证装置电池有良好的续航性能，本发明每5min启动一次蓝牙，每次工作30s，检测外部是否有正在请求匹配的蓝牙。若连接成功，装置开启配置模式，并进行相关参数配置，根据内定程序匹配表执行，匹配完成实现数据传输，此时手机端出现实时时间、信号采样率为75次/min、信号放大倍数为10倍，信号保存阈值为0.2mV。本次记录时间为1分钟，采集信号条数为75条，每条信号长度为0.8s,信号类型为交流，已清空缓存数据，电池电量90％，设备停止工作时电源阈值为2.5V。若蓝牙连接后直接开始数据传输则手机端显示尚未清空已缓存数据，是否需要清空数据。点击确定按钮即可清空缓存数据，数据清除完毕则继续开启配置模式。工作流程如图6所示。本次测量时长为10分钟，测量波形如图7所示。通过活猪载体试验证明本公开可以在高强电磁辐射场合使用，有效规避了程控仪不能应用频率高于1KHz辐射场的弊端，为监测提供了有效手段。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开的各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电磁环境监测装置，其特征在于，其包括，

可拆卸密闭屏蔽单元，其包括密闭屏蔽本体以及可拆卸连接所述密闭屏蔽本体的屏蔽盖，所述密闭屏蔽本体为中空结构；

第一探头和第二探头，其配置成采集监测对象发出的感应电压信号，所述第一探头和第二探头设在所述屏蔽盖之外，

信号调理模块，其设在所述中空结构中，所述信号调理模块电连接所述探头以接收感应电压信号，所述信号调理模块包括偏移处理所述感应电压信号的信号调理单元和用于滤波的滤波单元，

主控模块，其设在所述中空结构中，所述主控模块连接所述信号调理模块以接收所述信号调理模块处理的感应电压信号，所述主控模块包括用于将感应电压信号转换为数字信号的转换单元和用于给信号调理模块、主控模块和无线传输与数据存储模块供电的电源模块；

无线传输与数据存储模块，其设在所述中空结构中，所述无线传输与数据存储模块连接所述主控模块以存储及发送所述数字信号以及电源模块的电量信号。

2.如权利要求1所述的电磁环境监测装置，其中，优选的信号调理单元将所述感应电压信号抬升至预定电压阈值。

3.如权利要求2所述的电磁环境监测装置，其中，所述预定电压阈值为2.7v。

4.如权利要求1所述的电磁环境监测装置，其中，信号调理单元通过电阻分压网络与正负极性输出芯片连接电压基准芯片。

5.如权利要求1所述的电磁环境监测装置，其中，滤波单元滤波去除0.5mV的杂波信号。

6.如权利要求1所述的电磁环境监测装置，其中，转换单元包括ADC端口。

7.如权利要求1所述的电磁环境监测装置，其中，主控模块包括用于连接无线传输与数据存储模块的SPI控制端口以及用于存储数字信号和电量信号的SPI闪存。

8.如权利要求1所述的电磁环境监测装置，其中，电源模块包括用于放大电源模块的电量信号的运算放大器。

9.如权利要求1所述的电磁环境监测装置，其中，所述第一探头包括，

第一阳极，

第一绝缘层，其包裹所述第一阳极且暴露所述第一阳极的端部，

第一阴极，其设在所述第一绝缘层外表面，

第二绝缘层，其包裹所述第一阴极且暴露所述第一阴极的端部，

第三绝缘层，其包裹所述第二绝缘层，

所述第二探头包括，

第二阳极，

第四绝缘层，其包裹所述第二阳极且暴露所述第二阳极的端部，

第二阴极，其设在所述第四绝缘层外表面，

第五绝缘层，其包裹所述第二阴极且暴露所述第二阴极的端部，

第六绝缘层，其包裹所述第五绝缘层。

10.一种利用如权利要求1-9中任一项所述的电磁环境监测装置的监测方法，其包括以下步骤，

配置电磁环境监测装置参数，至少设置实时时间、信号采样率、预定电压阈值，

第一探头和第二探头采集监测对象发出的感应电压信号，

偏移处理所述感应电压信号且滤波，将感应电压信号转换为数字信号，测量电源模块的电量信号，

存储发送所述数字信号和电量信号。

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