CN113567728A - 一种用于交直流感应电的分析测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及感应电测量，具体涉及一种用于交直流感应电的分析测量系统及方法，包括交直流感应电采集主机、交直流感应探头、交直流感应电数据管理模块，交直流感应探头通过电动机和待测扇片在直流电场和交流电场中采集感应电压信号，交直流感应电采集主机对感应电压信号进行信号调理，并进行对比分析，交直流感应电数据管理模块与交直流感应电采集主机进行通信交互；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的无法适用于输电线路感应电高空便携式测量场景、不能同时对交直流感应电场中感应电场强度进行有效采集的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及感应电测量，具体涉及一种用于交直流感应电的分析测量系统及方法。
背景技术
随着电网发展，用电需求不断增加，导致输电通道走廊日趋紧张，随着输电线建设规模的扩大，输电线路并行带电线路架设情况越来越普遍，甚至有时需要拆除老线路与新建线路合并成同塔多回线路，新建线路存在感应电危害的情况越来越多。
传统方式是通过理论计算出带电线路感应电安全距离，从而在施工中规避触电危险，但是由于现场施工环境复杂，感应电的影响因素较多，理论计算往往会有误差出现，无法完全地规避危险。现有技术中，利用设备对输电线路上的感应电进行测量，但是检测设备一般体积较大，只适合地面定点测量，不能完全适合输电线路感应电高空便携式测量场景。
此外，现有针对感应电的检测设备大多只能测量交流电场中的感应电场强度，对直流电场的感应电场强度只能通过多个探头分步式测量，不能同时对交直流感应电场中的感应电场强度进行有效采集。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种用于交直流感应电的分析测量系统及方法，能够有效克服现有技术所存在的无法适用于输电线路感应电高空便携式测量场景、不能同时对交直流感应电场中感应电场强度进行有效采集的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于交直流感应电的分析测量系统，包括交直流感应电采集主机、交直流感应探头、交直流感应电数据管理模块；
所述交直流感应探头通过电动机和待测扇片在直流电场和交流电场中采集感应电压信号，所述交直流感应电采集主机对感应电压信号进行信号调理，并进行对比分析，所述交直流感应电数据管理模块与交直流感应电采集主机进行通信交互；
所述待测扇片包括上层扇片、中层扇片和下层扇片，所述交直流感应探头在直流电场中采集感应电压信号时，所述上层扇片和下层扇片随电动机同轴转动，所述交直流感应探头在中层扇片中读取感应电压信号；所述交直流感应探头在交流电场中采集感应电压信号时，所述上层扇片随电动机同轴转动，所述交直流感应探头在中层扇片中读取感应电压信号。
优选地，所述交直流感应电采集主机包括主控模块、信号调理模块和电机稳速控制模块；
信号调理模块，对交直流感应探头采集的感应电压信号进行调理，转变为可被读取、处理、运算、展示的感应电场强度；
主控模块，对信号调理模块调理得到的感应电场强度与报警阈值进行对比分析，同时对交直流感应电数据管理模块下发的指令数据进行解析并执行；
电机稳速控制模块，用于为交直流感应探头的电动机供电，并通过产生PWM脉冲信号对电动机进行转速控制。
优选地，所述信号调理模块包括信号放大模块、带通滤波模块和移相相敏检波模模块；
所述信号放大模块对交直流感应探头采集的微弱感应电压信号，在不发生饱和失真的前提下放大有用信号，所述带通滤波模块对放大信号进行频率分量提取，所述移相相敏检波模模块对滤波信号进行相位补偿和检测，得到被测电场极性。
优选地，所述交直流感应电采集主机还包括数据通信模块和报警模块；
数据通信模块，接收交直流感应电数据管理模块下发的设置参数和指令数据，并将感应电场强度数据上传给交直流感应电数据管理模块；
报警模块，当信号调理模块调理得到的感应电场强度大于报警阈值时，进行现场声音报警。
优选地，所述交直流感应电数据管理模块接收到感应电场强度数据后通过多种形式展示在交互界面中，展示内容包括实时感应电场强度值、报警阈值、感应电场强度历史曲线。
优选地，所述交直流感应电数据管理模块下发的设置参数包括测量周期、测量类型、报警阈值和报警声音，所述交直流感应电数据管理模块下发的指令数据包括数据上报指令。
优选地，还包括伸缩杆，所述伸缩杆通过插拔接口安装在交直流感应电采集主机上。
一种用于交直流感应电的分析测量方法，包括以下步骤：
S1、在交直流感应电数据管理模块中进行测量设置，包括测量周期、测量类型、报警阈值和报警声音，并等待交直流感应电采集主机返回的设置应答；
S2、将交直流感应电采集主机缓慢伸入待测感应电场中，此时交直流感应探头开始工作，通过电动机转动，待测区域中的感应电场恒定且垂直于中层扇片的表面，中层扇片上会积累感应电荷，随着时间推移产生交变电流信号，经过转化电阻，最终变为可检测的微弱感应电压信号；
S3、交直流感应电采集主机运行信号调理模块，对微弱感应电压信号进行调理，得到带电场极性的感应电场强度；
S4、交直流感应电采集主机的主控模块对感应电场强度与报警阈值进行对比分析，感应电场强度大于报警阈值即控制报警模块工作；同时接收交直流感应电数据管理模块下发的数据上报指令，将感应电场强度数据打包上传；
S5、交直流感应电数据管理模块接收到感应电场强度数据后通过多种形式展示在交互界面中。
优选地，S3中交直流感应电采集主机运行信号调理模块，对微弱感应电压信号进行调理，得到带电场极性的感应电场强度，包括：
对微弱感应电压信号进行信号放大，将微弱感应电压信号，在不发生饱和失真的前提下放大有用信号；
对放大信号进行带通滤波，提取频率分量，此分量是实际所需的感应电场强度；
对滤波信号进行相位补偿和检测，得到被测电场极性。
优选地，S1中在交直流感应电数据管理模块中进行测量设置之前，包括：
将交直流感应电采集主机分别与交直流感应探头、伸缩杆安装连接，形成一个完整的测量仪器；
打开交直流感应电数据管理模块和交直流感应电采集主机的电源，并通过数据通信模块将交直流感应电数据管理模块与交直流感应电采集主机进行通信连接。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种用于交直流感应电的分析测量系统及方法，具有以下有益效果：
1)本发明根据现场实际需求，将检测设备设计为便携式装置，测量人员可通过手握伸缩杆检测待测区域的感应电场强度，不需要将检测设备安放在固定区域进行定点测量，还可以携带检测设备进行高空测量，延伸了应用场景；
2)本发明通过独特的感应探头和采集系统设计，能够同时对交直流感应电场中感应电场强度进行有效采集，通过一套检测设备既能够测量交流电场的感应电场强度，同时又能够测量直流电场的感应电场强度，实现一机多用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍。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。
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明的方法流程示意图；
图3为本发明图2中感应电场强度采集及分析判断的流程示意图。
具体实施方式
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作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。
一种用于交直流感应电的分析测量系统，如图1所示，包括交直流感应电采集主机、交直流感应探头、交直流感应电数据管理模块。
交直流感应探头通过电动机和待测扇片在直流电场和交流电场中采集感应电压信号，交直流感应探头通过电机测量法进行感应测量。
电机测量法采用的是“电动机+待测扇片”的结构实现功能，待测扇片包括上层扇片、中层扇片和下层扇片。交直流感应探头在直流电场中采集感应电压信号时，上层扇片和下层扇片随电动机同轴转动，交直流感应探头在中层扇片中读取感应电压信号；交直流感应探头在交流电场中采集感应电压信号时，上层扇片随电动机同轴转动，交直流感应探头在中层扇片中读取感应电压信号。
交直流感应电采集主机对感应电压信号进行信号调理，并进行对比分析，交直流感应电采集主机包括主控模块、信号调理模块和电机稳速控制模块：
信号调理模块，对交直流感应探头采集的感应电压信号进行调理，转变为可被读取、处理、运算、展示的感应电场强度；
主控模块，对信号调理模块调理得到的感应电场强度与报警阈值进行对比分析，同时对交直流感应电数据管理模块下发的指令数据进行解析并执行；
电机稳速控制模块，用于为交直流感应探头的电动机供电，并通过产生PWM脉冲信号对电动机进行转速控制。
信号调理模块包括信号放大模块、带通滤波模块和移相相敏检波模模块。信号放大模块对交直流感应探头采集的微弱感应电压信号，在不发生饱和失真的前提下放大有用信号，便于后续电路处理。
信号放大模块在交流和直流两种电场下的放大电路参数配置不同：交流电场的信号放大选用反馈电阻为10K，反馈电容为0.1uF，反向端偏置电阻为5.1K，该放大器的放大倍数约为3倍，通道用于电压跟随，以更好地和后级电路进行阻抗匹配；直流电场的信号放大选用反馈电阻为30K，反馈电容为1nF，反相端偏置电阻为5.1K，放大倍数为7倍左右。
带通滤波模块对放大信号进行频率分量提取。带通滤波是将探头检测到含有50Hz、350Hz、400Hz、450Hz四个频率分量的信号，采用两个二阶带通滤波器串联从中提取出频率为400Hz的分量，此分量是实际所需的感应电场强度。
移相相敏检波模模块对滤波信号进行相位补偿和检测，最终得到带电场极性的感应电场强度。
交直流感应电采集主机还包括数据通信模块和报警模块：
数据通信模块，接收交直流感应电数据管理模块下发的设置参数和指令数据，并将感应电场强度数据上传给交直流感应电数据管理模块；
报警模块，当信号调理模块调理得到的感应电场强度大于报警阈值时，进行现场声音报警。
数据通信模块采用两种通信方式，分别为RJ45网口和超远距离蓝牙，超远距离蓝牙采用大功率蓝牙模块，通信有效距离可达20m。报警模块的报警声音可通过交直流感应电数据管理模块下发，音量达80dB。
交直流感应电数据管理模块与交直流感应电采集主机进行通信交互。本申请技术方案中，交直流感应电数据管理模块为一个定制开发的app程序，管理程序中包括实时数据的多种展示(有图形、表格等)、数据分析结果、交直流测量选择、报警阈值设置、报警声音设置等。
交直流感应电数据管理模块下发的设置参数包括测量周期、测量类型、报警阈值和报警声音，交直流感应电数据管理模块下发的指令数据包括数据上报指令。
交直流感应电数据管理模块接收到感应电场强度数据后通过多种形式展示在交互界面中，展示内容包括实时感应电场强度值、报警阈值、感应电场强度历史曲线。
本申请技术方案中，还包括伸缩杆，伸缩杆通过插拔接口安装在交直流感应电采集主机上，使得在测量交直流电场的感应电场强度时，测量人员可以远离感应电场，保护生命安全。
一种用于交直流感应电的分析测量方法，如图2和图3所示，包括以下步骤：
S1、在交直流感应电数据管理模块中进行测量设置，包括测量周期、测量类型、报警阈值和报警声音，并等待交直流感应电采集主机返回的设置应答；
S2、将交直流感应电采集主机缓慢伸入待测感应电场中，此时交直流感应探头开始工作，通过电动机转动，待测区域中的感应电场恒定且垂直于中层扇片的表面，中层扇片上会积累感应电荷，随着时间推移产生交变电流信号，经过转化电阻，最终变为可检测的微弱感应电压信号；
S3、交直流感应电采集主机运行信号调理模块，对微弱感应电压信号进行调理，得到带电场极性的感应电场强度；
S4、交直流感应电采集主机的主控模块对感应电场强度与报警阈值进行对比分析，感应电场强度大于报警阈值即控制报警模块工作；同时接收交直流感应电数据管理模块下发的数据上报指令，将感应电场强度数据打包上传；
S5、交直流感应电数据管理模块接收到感应电场强度数据后通过多种形式展示在交互界面中。
S1中在交直流感应电数据管理模块中进行测量设置之前，包括：
将交直流感应电采集主机分别与交直流感应探头、伸缩杆安装连接，形成一个完整的测量仪器；
打开交直流感应电数据管理模块和交直流感应电采集主机的电源，并通过数据通信模块将交直流感应电数据管理模块与交直流感应电采集主机进行通信连接。
S3中交直流感应电采集主机运行信号调理模块，对微弱感应电压信号进行调理，得到带电场极性的感应电场强度，包括：
对微弱感应电压信号进行信号放大，将微弱感应电压信号，在不发生饱和失真的前提下放大有用信号；
对放大信号进行带通滤波，提取频率分量，此分量是实际所需的感应电场强度；
对滤波信号进行相位补偿和检测，得到被测电场极性。
信号放大模块在交流和直流两种电场下的放大电路参数配置不同：交流电场的信号放大选用反馈电阻为10K，反馈电容为0.1uF，反向端偏置电阻为5.1K，该放大器的放大倍数约为3倍，通道用于电压跟随，以更好地和后级电路进行阻抗匹配；直流电场的信号放大选用反馈电阻为30K，反馈电容为1nF，反相端偏置电阻为5.1K，放大倍数为7倍左右。
带通滤波是将探头检测到含有50Hz、350Hz、400Hz、450Hz四个频率分量的信号，采用两个二阶带通滤波器串联从中提取出频率为400Hz的分量，此分量是实际所需的感应电场强度。
移相相敏检波模模块对滤波信号进行相位补偿和检测，最终得到带电场极性的感应电场强度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于交直流感应电的分析测量系统，其特征在于：包括交直流感应电采集主机、交直流感应探头、交直流感应电数据管理模块；
所述交直流感应探头通过电动机和待测扇片在直流电场和交流电场中采集感应电压信号，所述交直流感应电采集主机对感应电压信号进行信号调理，并进行对比分析，所述交直流感应电数据管理模块与交直流感应电采集主机进行通信交互；
所述待测扇片包括上层扇片、中层扇片和下层扇片，所述交直流感应探头在直流电场中采集感应电压信号时，所述上层扇片和下层扇片随电动机同轴转动，所述交直流感应探头在中层扇片中读取感应电压信号；所述交直流感应探头在交流电场中采集感应电压信号时，所述上层扇片随电动机同轴转动，所述交直流感应探头在中层扇片中读取感应电压信号。
2.根据权利要求1所述的用于交直流感应电的分析测量系统，其特征在于：所述交直流感应电采集主机包括主控模块、信号调理模块和电机稳速控制模块；
信号调理模块，对交直流感应探头采集的感应电压信号进行调理，转变为可被读取、处理、运算、展示的感应电场强度；
主控模块，对信号调理模块调理得到的感应电场强度与报警阈值进行对比分析，同时对交直流感应电数据管理模块下发的指令数据进行解析并执行；
电机稳速控制模块，用于为交直流感应探头的电动机供电，并通过产生PWM脉冲信号对电动机进行转速控制。
3.根据权利要求2所述的用于交直流感应电的分析测量系统，其特征在于：所述信号调理模块包括信号放大模块、带通滤波模块和移相相敏检波模模块；
所述信号放大模块对交直流感应探头采集的微弱感应电压信号，在不发生饱和失真的前提下放大有用信号，所述带通滤波模块对放大信号进行频率分量提取，所述移相相敏检波模模块对滤波信号进行相位补偿和检测，得到被测电场极性。
4.根据权利要求3所述的用于交直流感应电的分析测量系统，其特征在于：所述交直流感应电采集主机还包括数据通信模块和报警模块；
数据通信模块，接收交直流感应电数据管理模块下发的设置参数和指令数据，并将感应电场强度数据上传给交直流感应电数据管理模块；
报警模块，当信号调理模块调理得到的感应电场强度大于报警阈值时，进行现场声音报警。
5.根据权利要求4所述的用于交直流感应电的分析测量系统，其特征在于：所述交直流感应电数据管理模块接收到感应电场强度数据后通过多种形式展示在交互界面中，展示内容包括实时感应电场强度值、报警阈值、感应电场强度历史曲线。
6.根据权利要求4所述的用于交直流感应电的分析测量系统，其特征在于：所述交直流感应电数据管理模块下发的设置参数包括测量周期、测量类型、报警阈值和报警声音，所述交直流感应电数据管理模块下发的指令数据包括数据上报指令。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的用于交直流感应电的分析测量系统，其特征在于：还包括伸缩杆，所述伸缩杆通过插拔接口安装在交直流感应电采集主机上。
8.一种基于权利要求7所述的用于交直流感应电的分析测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在交直流感应电数据管理模块中进行测量设置，包括测量周期、测量类型、报警阈值和报警声音，并等待交直流感应电采集主机返回的设置应答；
S2、将交直流感应电采集主机缓慢伸入待测感应电场中，此时交直流感应探头开始工作，通过电动机转动，待测区域中的感应电场恒定且垂直于中层扇片的表面，中层扇片上会积累感应电荷，随着时间推移产生交变电流信号，经过转化电阻，最终变为可检测的微弱感应电压信号；
S3、交直流感应电采集主机运行信号调理模块，对微弱感应电压信号进行调理，得到带电场极性的感应电场强度；
S4、交直流感应电采集主机的主控模块对感应电场强度与报警阈值进行对比分析，感应电场强度大于报警阈值即控制报警模块工作；同时接收交直流感应电数据管理模块下发的数据上报指令，将感应电场强度数据打包上传；
S5、交直流感应电数据管理模块接收到感应电场强度数据后通过多种形式展示在交互界面中。
9.根据权利要求8所述的用于交直流感应电的分析测量方法，其特征在于：S3中交直流感应电采集主机运行信号调理模块，对微弱感应电压信号进行调理，得到带电场极性的感应电场强度，包括：
对微弱感应电压信号进行信号放大，将微弱感应电压信号，在不发生饱和失真的前提下放大有用信号；
对放大信号进行带通滤波，提取频率分量，此分量是实际所需的感应电场强度；
对滤波信号进行相位补偿和检测，得到被测电场极性。
10.根据权利要求8或9所述的用于交直流感应电的分析测量方法，其特征在于：S1中在交直流感应电数据管理模块中进行测量设置之前，包括：
将交直流感应电采集主机分别与交直流感应探头、伸缩杆安装连接，形成一个完整的测量仪器；
打开交直流感应电数据管理模块和交直流感应电采集主机的电源，并通过数据通信模块将交直流感应电数据管理模块与交直流感应电采集主机进行通信连接。
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