CN113611088A - 一种基于激光传导的超声波监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光传导的超声波监测装置及方法，所述超声波监测装置包括超声波探测器、信号接收转换器和单片机，所述超声波探测器包括依次电连接的超声波探测电路、激光调制电路和第一激光发射电路，所述超声波探测电路用于探测电气设备产生的超声波信号，所述激光调制电路用于将所述超声波信号调制为相应的激光信号，所述第一激光发射电路用于发射所述激光信号，所述信号接收转换器用于接收所述激光信号并将所述激光信号转换为相应的数字信号，所述单片机与所述信号接收转换器电连接。本发明提供的基于激光传导的超声波监测装置及方法通过探测超声波的数据进行火灾预警，从而有效防止火灾造成重大损失。
Description
技术领域
本发明涉及高电压设备电气火灾探测技术领域，尤其涉及一种基于激光传导的超声波监测装置及方法。
背景技术
现有电气火灾监控设备，仅是对低压设备的电气故障和前期火灾进行监测，由于安全原因无法把低压探测设备与高压设备连接，因此无法对高压设备的拉弧故障和故障后期发生的电气火灾进行有效的监测。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种基于激光传导的超声波监测装置及方法，具体技术方案如下：
一方面，提供了一种基于激光传导的超声波监测装置，包括超声波探测器、信号接收转换器和单片机，所述超声波探测器包括依次电连接的超声波探测电路、激光调制电路和第一激光发射电路，所述超声波探测电路用于探测电气设备产生的超声波信号，所述激光调制电路用于将所述超声波信号调制为相应的激光信号，所述第一激光发射电路用于发射所述激光信号，所述信号接收转换器用于接收所述激光信号并将所述激光信号转换为相应的数字信号，所述单片机与所述信号接收转换器电连接；
若所述数字信号的数值连续增大且超出报警预设值，则所述单片机输出警报信号。
进一步地，所述信号接收转换器包括依次电连接的激光接收电路、激光解调电路和模数转换电路，所述激光接收电路用于接收所述激光信号，所述激光解调电路用于将所述激光信号解调为相应的超声波信号，所述模数转换电路用于将所述超声波信号转换为相应的数字信号。
进一步地，所述超声波监测装置还包括激光供电系统，所述激光供电系统包括第二激光发射电路和激光接收供电电路，所述第二激光发射电路用于发射强激光，所述激光接收供电电路用于接收所述强激光并将所述强激光转换为电能，所述激光接收供电电路与所述超声波探测器电连接。
进一步地，所述超声波监测装置还包括报警电路，所述报警电路与所述单片机电连接，所述报警电路接收到所述警报信号进行报警工作。
进一步地，所述超声波监测装置还包括通信电路，所述通信电路与所述单片机电连接，所述通信电路用于使所述单片机与外部上位机进行通信。
另一方面，提供了一种基于激光传导的超声波监测方法，包括以下步骤：
S1、利用超声波传感器探测电气设备发出的超声波信号；
S2、将探测到的超声波信号进行调制到相应的激光信号；
S3、将所述激光信号发射至远端的激光接收器；
S4、将接收的所述激光信号进行解调到相应的超声波信号；
S5、将所述超声波信号转换成相应数字信号，并输出至单片机；
S6、若所述数字信号的数值在一定时间内连续增长，且达到或超过报警预设值，则所述单片机输出警报信号，否则，继续进行监测。
进一步地，所述超声波传感器每间隔一定时间探测一次所述电气设备发出的超声波信号。
进一步地，所述数字信号的数值与所述超声波信号的数值一一对应，若所述数字信号的数值达到每分钟上升10％的速率，且所述数字信号的数值达到报警预设值，则所述单片机输出警报信号。
进一步地，若所述数字信号的数值逐渐达到或超过报警预设值的10％时，所述单片机输出报警。
进一步地，在步骤S6中，将所述数字信号的数值与前一次生成的数字信号的数值进行比较，并将每次的数字信号进行存储并通过显示电路进行显示。
本发明具有下列优点：
a.能够对高压设备环境下的拉弧故障和前期火灾的情形进行有效监测；
b.对高压设备的前期火灾进行预警提示；
c.能够持续在高压电气环境下进行监测。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测装置的结构框架示意图；
图2是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测装置的超声波探测电路示意图；
图3是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测装置的激光调制及发射电路示意图；
图4是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测装置的激光接收电路示意图；
图5是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测装置的模数转换电路示意图；
图6是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测装置的单片机电路示意图；
图7是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测装置的显示电路示意图；
图8是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测装置的报警电路示意图；
图9是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测装置的电源电路示意图；
图10是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测装置的通信电路示意图；
图11是本发明实施例提供的基于激光传导的超声波监测方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。
在本发明的一个实施例中，提供了一种基于激光传导的超声波监测装置，参见图1，包括超声波探测器、信号接收转换器和单片机，所述超声波探测器包括依次电连接的超声波探测电路、激光调制电路和第一激光发射电路，参见图2，所述超声波探测电路设有超声波传感器，以用于探测电气设备产生的超声波信号，参见图3，所述激光调制电路用于将所述超声波信号调制为相应的激光信号，所述第一激光发射电路设有激光发射头，以用于发射所述激光信号，所述信号接收转换器用于接收所述激光信号并将所述激光信号转换为相应的数字信号，所述信号接收转换器包括依次电连接的激光接收电路、激光解调电路和模数转换电路，参见图4，所述激光接收电路设有激光接收头，以用于接收所述激光信号，所述激光解调电路将所述激光信号解调为相应的超声波信号，参见图5，所述模数转换电路将所述超声波信号转换为相应的数字信号，参见图6，所述单片机与所述信号接收转换器电连接。
所述超声波探测电路可以针对高压设备中的故障拉弧所产生的超声波进行探测，如果没有故障和高压放电拉弧，则不产生超声波，如果高压设备出现拉弧故障，超声波探测电路能够在高压设备发生拉弧的初期产生超声波的时候立即探测到，如果超声波的强度逐渐扩大或已经很大时说明故障严重，通过探测超声波信号可以提前预测到发生电气火灾的可能，实现将电气火灾消灭在萌芽之中。每间隔一段时间探测一次电气设备产生的超声波信号，探测到的超声波信号是离散的，因而其对应生成的数字信号也是离散的，若所述数字信号的数值连续增大且超出报警预设值，则所述单片机输出警报信号。
在本发明的一个实施例中，参见图1，所述超声波监测装置还包括激光供电系统，所述激光供电系统包括第二激光发射电路和激光接收供电电路，所述第二激光发射电路设有强激光发射头，以用于发射强激光，所述激光接收供电电路设有强激光接收头，以用于接收所述强激光，所述激光接收供电电路设有光电电池，以并用于将所述强激光转换为电能进行供电，所述激光接收供电电路给所述超声波探测器供电，所述激光接收供电电路分别与所述激超声波探测电路、激光调制电路和第一激光发射电路电连接。由于超声波探测器的供电是低压(24V直流)，而在高压环境中是不允许有低压供电线路进入的，否则可能造成高压对低压线路的放电，造成人员或设备的严重伤害，因而所述超声波探测器采用激光供电的非接触式供电，可以防止以上伤害的发生，因此是非常安全的。
在本发明的一个实施例中，参见图7至图10，所述超声波监测装置还包括报警电路、电源电路、通信电路和显示电路，所述报警电路、通信电路和显示电路均与所述单片机电连接，所述报警电路接收到所述警报信号进行报警工作，报警工作包括但不限于声音警报和灯光警报，所述通信电路用于使所述单片机与外部上位机进行通信。所述电源电路为所述信号接收转换器、单片机、报警电路、通信电路和显示电路等电路供电。
所述通信电路与所述上位机可以采用有线的方式连接，也可以采用无线的方式连接。所述单片机可将接收的超声波相应数据通过该通信电路发送至所述上位机，以便由所述上位机进行报警和记录。所述超声波监测装置可以为多个，所述超声波监测装置设置在不同或者相同的高压设备附近，所述上位机可以通过相应的通信电路同时与多个所述超声波监测装置通信，可以实现对多个高压设备或一个高压设备多个角度的电气火灾风险监测。
所述单片机能够对超声波信号数值(即指对应的数字信号数值)与单片机内设的存储电路中预设的初始值进行比较，并将比较结果输出至所述显示电路，单片机把存储电路中前一次的超声波数值取代初始值，并用后一次探测到的超声波信号数值与之比较，并不断用后一次的超声波信号数值取代前一次探测到的超声波信号数值，作为后面的比较对象，所述存储电路将存储的超声波信号数值输出到所述单片机，以便单片机将其与新的超声波信号数值进行比较，如果在比较中超声波信号数值不断上升，当达到一个预设的危险报警值后，单片机向显示电路和报警电路发出报警信息，同时报警信息经过通信电路传递到上位机。
其中，所述存储电路在输出超声波信号数据至单片机时，由单片机控制存储电路每次只提供一个最新的超声波数据，单片机把比较后的结果输出给存储电路。所述存储电路存储预设的初始值和新的不断输入的超声波信号数据，所述存储电路还存储多次发生报警的报警预设值。所述单片机判断探测到的所述超声波信号数值是否达到预设的报警预设值，同时判断超声波信号数值上升的速率是否超过预设的速率，若同时满足，则控制所述显示电路和报警电路发出报警信息。
需要注意的是，参见图1，所述超声波探测器和激光接收供电电路可以集成为一个整体，作为检测端，以便于安装在高压设备附件，所述信号接收转换器、单片机、报警电路、通信电路和显示电路、第二激光发射电路和电源电路可以集成为另一个整体，作为远端接收关于超声波探测器监测的信息并为所述超声波探测器提供远程无线供电。
在本发明的一个实施例中，提供了一种基于激光传导的超声波监测方法，包括以下步骤：
S1、利用超声波传感器探测电气设备发出的超声波信号；
S2、将探测到的超声波信号进行调制到相应的激光信号；
S3、将所述激光信号发射至远端的激光接收器；
S4、将接收的所述激光信号进行解调到相应的超声波信号；
S5、将所述超声波信号转换成相应数字信号，并输出至单片机；
S6、若所述数字信号的数值在一定时间内连续增长，且达到或超过报警预设值，则所述单片机输出警报信号，否则，继续进行监测。
在本发明的一个实施例中，所述超声波传感器每间隔一定时间实时探测一次所述电气设备发出的超声波信号，所述数字信号的数值指代所述超声波信号的数值，表示所述超声波信号的强度。具体地，若测得的超声波信号数值达到报警预设值，且连续5次(每次间隔1秒)测得的超声波信号与前一次比较表现出逐渐增大的情况，所述单片机发出警报信号。若所述数字信号的数值达到每分钟上升10％的速率，且所述超声波信号的数值达到报警预设值，则所述单片机输出警报信号，若所述超声波信号数值达到了报警预设值，而超声波信号的数值上升的速率低于10％时，此时要进行持续监测，若所述数字信号的数值逐渐达到或超过报警预设值的10％时，所述单片机输出报警。
在本发明的一个实施例中，参见图11，首先检测高压设备附近是否存在超声波信号，若无，则继续监测，若有，则与前面监测到超声波信号进行比较，即后一个超声波信号与前一个超声波信号进行比较，若两者的差值发生持续扩大，则与预存值(即报警预设值)进行比较，否则，就继续监测，若所述超声波信号的数值大于所述预存值，则单片机驱动进行声光报警并进行信息存储和打印，否则，继续与后续的超声波信号的数值进行比较。
本发明提供的基于激光传导的超声波监测装置及方法通过探测超声波的数据进行火灾预警，可以提醒人们在火灾发生的初期把其消灭在萌芽之中，从而有效防止火灾造成重大损失。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于激光传导的超声波监测装置，其特征在于，包括超声波探测器、信号接收转换器和单片机，所述超声波探测器包括依次电连接的超声波探测电路、激光调制电路和第一激光发射电路，所述超声波探测电路用于探测电气设备产生的超声波信号，所述激光调制电路用于将所述超声波信号调制为相应的激光信号，所述第一激光发射电路用于发射所述激光信号，所述信号接收转换器用于接收所述激光信号并将所述激光信号转换为相应的数字信号，所述单片机与所述信号接收转换器电连接；
若所述数字信号的数值连续增大且超出报警预设值，则所述单片机输出警报信号。
2.根据权利要求1所述的基于激光传导的超声波监测装置，其特征在于，所述信号接收转换器包括依次电连接的激光接收电路、激光解调电路和模数转换电路，所述激光接收电路用于接收所述激光信号，所述激光解调电路用于将所述激光信号解调为相应的超声波信号，所述模数转换电路用于将所述超声波信号转换为相应的数字信号。
3.根据权利要求1所述的基于激光传导的超声波监测装置，其特征在于，还包括激光供电系统，所述激光供电系统包括第二激光发射电路和激光接收供电电路，所述第二激光发射电路用于发射强激光，所述激光接收供电电路用于接收所述强激光并将所述强激光转换为电能，所述激光接收供电电路与所述超声波探测器电连接。
4.根据权利要求1所述的基于激光传导的超声波监测装置，其特征在于，还包括报警电路，所述报警电路与所述单片机电连接，所述报警电路接收到所述警报信号进行报警工作。
5.根据权利要求1所述的基于激光传导的超声波监测装置，其特征在于，还包括通信电路，所述通信电路与所述单片机电连接，所述通信电路用于使所述单片机与外部上位机进行通信。
6.一种基于激光传导的超声波监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用超声波传感器探测电气设备发出的超声波信号；
S2、将探测到的超声波信号进行调制到相应的激光信号；
S3、将所述激光信号发射至远端的激光接收器；
S4、将接收的所述激光信号进行解调到相应的超声波信号；
S5、将所述超声波信号转换成相应数字信号，并输出至单片机；
S6、若所述数字信号的数值在一定时间内连续增长，且达到或超过报警预设值，则所述单片机输出警报信号，否则，继续进行监测。
7.根据权利要求6所述的基于激光传导的超声波监测方法，其特征在于，所述超声波传感器每间隔一定时间探测一次所述电气设备发出的超声波信号。
8.根据权利要求7所述的基于激光传导的超声波监测方法，其特征在于，若所述数字信号的数值达到每分钟上升10％的速率，且所述数字信号的数值达到报警预设值，则所述单片机输出警报信号。
9.根据权利要求6所述的基于激光传导的超声波监测方法，其特征在于，若所述数字信号的数值逐渐达到或超过报警预设值的10％时，所述单片机输出报警。
10.根据权利要求7所述的基于激光传导的超声波监测方法，其特征在于，在步骤S6中，将所述数字信号的数值与前一次生成的数字信号的数值进行比较，并将每次的数字信号进行存储并通过显示电路进行显示。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211105 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |