CN202522191U

CN202522191U - 基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的测量装置

Info

Publication number: CN202522191U
Application number: CN2012201133581U
Authority: CN
Inventors: 万媛; 李臻; 王程
Original assignee: China Information & Electronice Development Inc Ltd Hefei
Current assignee: China Information & Electronice Development Inc Ltd Hefei
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2022-03-23

Abstract

本实用新型属于距离测量技术领域，具体涉及一种基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的测量装置。本测量装置包括参考模块和检测模块；参考模块包括第一磁传感器、第一数字信号处理模块和第一无线通信模块；检测模块包括第二磁传感器、第二数字信号处理模块、第二无线通信模块和距离运算模块。所述第一无线通信模块通过无线网络与第二无线通信网络相连。工作时参考模块安装在高压线杆固定位置处，检测模块安装在待测移动目标物体上，距离运算模块根据参考模块处的参考磁感应强度均方根值、参考模块与高压线之间的参考距离值和检测磁感应强度均方根值计算得到检测模块所处位置与高压线间距离。本测量装置结构简单，测量结果准确且易于使用。

Description

基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的测量装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于距离测量技术领域，具体涉及ー种基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的測量装置。

背景技术

[0002] 随着智能电网建设步伐的加快，高压线遍布城市区域的各个角落。一方面高压线是电网传输的主力，是需要保护的重要基础设施，因此不允许随意接近；而另一方面，高压线会对线下附近区域产生电磁辐射，对人体环境等造成一定影响，因此居住区与高压线之间需要保持ー个安全距离。上述两方面的原因都对目标物体与高压线之间距离的測量提出了需求。现有技术中有利用电场进行測量以获得目标物体与高压线之间距离的技术方案。但是因为高压线附近的电磁环境较为复杂，其电场受杆塔结构、相线排列方式、地磁场等多种因素影响，因此现有技术方案都存在着測量结果不精确、測量过程不够稳定以及易受干扰等缺点。

发明内容

[0003] 本实用新型的目的是提供一种基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的测量装置，本測量装置结构简単，测量结果准确且易于使用。

[0004] 为实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的測量装置，本測量装置包括如下组成部分：

[0005] 第一磁传感器，设置在高压线的旁侧，用于测量第一磁传感器所在位置处的三维方向上的磁感应强度；且第一磁传感器的设置位置处的磁感应强度与第一磁传感器和高压线之间的距离呈一次反比关系；

[0006] 第一数字信号处理模块，用于接收第一磁传感器传送来的磁感应強度，并将所收到的磁感应强度处理为第一磁传感器处的三维叠加的磁感应强度均方根值也即參考磁感应强度均方根值，再将參考磁感应強度均方根值发送至第一无线通信模块；

[0007] 第一无线通信模块，用于接收第一数字信号处理模块发送来的參考磁感应强度均方根值，并将參考磁感应强度均方根值通过无线网络发送至第二无线通信模块；

[0008] 第二磁传感器，设置在目标物体上，用于测量第二磁传感器所在位置处的三维方向上的磁感应強度；且第二磁传感器的设置位置处的磁感应强度与第二磁传感器和高压线之间的距离呈一次反比关系；

[0009] 第二数字信号处理模块，用于接收第二磁传感器传送来的磁感应強度，并将所收到的磁感应强度处理为第二磁传感器处的三维叠加的磁感应强度均方根值也即检测磁感应强度均方根值，再将检测磁感应強度均方根值发送至距离运算模块；

[0010] 第二无线通信模块，用于接收第一无线通信模块发送来的參考磁感应强度均方根值，并将參考磁感应强度均方根值发送至距离运算模块；

[0011] 距离运算模块，用于接收第二无线通信模块发送来的參考磁感应强度均方根值和第二数字信号处理模块发送来的检测磁感应强度均方根值，并计算出目标物体与高压线之间的距离。

[0012] 进一步的，所述第一磁传感器、第一数字信号处理模块以及第一无线通信模块共同整合成参考模块；所述第二磁传感器、第二数字信号处理模块、第二无线通信模块以及距离运算模块共同整合成检测模块。

[0013] 优选的，所述第一磁传感器和第二磁传感器均为直接输出三维磁感应强度数字信号的数字式三轴磁传感器。

[0014] 作为本实用新型的优选方案，所述第一磁传感器与高压线之间的距离为4〜8米。

[0015] 作为本实用新型的优选方案，所述第二磁传感器与高压线之间的距离Ltjw与高压线的电力最小安全距尚Lsafe有如下关系：

[0016] Lobj ^ MXLsafe

[0017] 上式中M为0〜4之间的任意常数。

[0018] 更为优选的，所述m为I〜3之间的任意常数。

[0019] 本实用新型的有益效果在于：

[0020] I)、根据Biot-Savart定律,在长直导线周围，导线中电流在某点产生的磁感应强度与该点至导线的垂直距离成反比，如下式所示：

[0021]

[0022] 式中，B为某点处磁感应强度，U ^为真空或大气磁导率，I为导线中电流，L为该点至导线的垂直距离。

[0023] 基于这一定律，在同一条高压线下，某点处的磁感应强度大小只和该点至高压线的距离成一次反比关系，据此通过测量某目标物体(距离未知，并可能产生移动，导致位置的实时变化）处的磁感应强度，并与固定参考位置(距离已知）处的磁感应强度比较，即可测量出目标物体与高压线之间的距离。

[0024] 2)、本实用新型利用数字式三轴磁传感器测量磁传感器所在位置处的三维方向上的磁感应强度，再通过数字信号处理模块得到三维叠加的磁感应强度均方根值，从而消除了磁传感器方向对于工频磁场测量的影响，极大地提高了距离测量的准确性。

[0025] 3)、本实用新型采用能够直接输出三维磁感应强度数字信号的数字式三轴磁传感器，大大简化了电路结构。

[0026] 4)、本实用新型利用设置参考模块的方式消除了高压线电流异常波动等因素对距离测量造成的影响。

[0027] 5)、本实用新型在参考模块与检测模块之间采用无线通信方式，不但简化了安装，而且方便使用。

附图说明

[0028] 图I是本实用新型的结构示意图。

[0029] 图2是数字式三轴磁传感器输出信号处理过程示意图。

[0030] 图中标记的含义如下：

[0031] 10一参考模块 11一第一磁传感器[0032] 12一第一数字信号处理模块 13—第一无线通信模块

[0033] 20—检测模块 21—第二磁传感器

[0034] 22—第二数字信号处理模块 23—第二无线通信模块

[0035] 24—距离运算模块

具体实施方式

[0036] 如图I〜2所示，第一磁传感器11，设置在高压线的旁侧，用于测量第一磁传感器11所在位置处的三维方向上的磁感应強度；且第一磁传感器11的设置位置处的磁感应强度与第一磁传感器11和高压线之间的距离呈一次反比关系；

[0037] 第一数字信号处理模块12,用于接收第一磁传感器11传送来的磁感应强度,并将所收到的磁感应强度处理为第一磁传感器11处的三维叠加的磁感应强度均方根值也即參考磁感应强度均方根值，再将參考磁感应強度均方根值发送至第一无线通信模块13 ；

[0038] 第一无线通信模块13，用于接收第一数字信号处理模块12发送来的參考磁感应強度均方根值，并将參考磁感应强度均方根值通过无线网络发送至第二无线通信模块23 ；

[0039] 第二磁传感器21，设置在目标物体上，用于测量第二磁传感器11所在位置处的三维方向上的磁感应強度；且第二磁传感器21的设置位置处的磁感应强度与第二磁传感器21和高压线之间的距离呈一次反比关系；

[0040] 第二数字信号处理模块22，用于接收第二磁传感器21传送来的磁感应強度，并将所收到的磁感应强度处理为第二磁传感器21处的三维叠加的磁感应强度均方根值也即检测磁感应强度均方根值，再将检测磁感应強度均方根值发送至距离运算模块24 ；

[0041] 第二无线通信模块23，用于接收第一无线通信模块13发送来的參考磁感应强度均方根值，并将參考磁感应强度均方根值发送至距离运算模块24 ；

[0042] 距离运算模块24，用于接收第二无线通信模块23发送来的參考磁感应强度均方根值和第二数字信号处理模块22发送来的检测磁感应强度均方根值，并计算出目标物体与高压线之间的距离。

[0043] 进ー步的，如图I所示，所述第一磁传感器11、第一数字信号处理模块12以及第一无线通信模块13共同整合成參考模块；所述第二磁传感器21、第二数字信号处理模块22、第二无线通信模块23以及距离运算模块24共同整合成检测模块。当实际操作吋，将參考模块固定在高压线的旁侧，并将检测模块固定在目标物体上，则检测模块便可以检测出目标物体与高压线之间的距离。

[0044] 优选的，所述第一磁传感器11和第二磁传感器21均为直接输出三维磁感应强度数字信号的数字式三轴磁传感器。

[0045] 作为本实用新型的优选方案，所述第一磁传感器11与高压线之间的距离为4〜8米。

[0046] 作为本实用新型的优选方案，所述第二磁传感器21与高压线之间的距离Ltjw与高压线的电カ最小安全距离Lsafe有如下关系：

[0047] Lobj ^ MXLsafe

[0048] 上式中M为0〜4之间的任意常数。

[0049] 更为优选的，所述M为I〜3之间的任意常数。[0050] 下面结合说明书附图对本实用新型做进一步说明。

[0051] I、数字式三轴磁传感器的工作过程

[0052] 如图2所示，数字式三轴磁传感器输出信号的处理过程为：

[0053] ——数字式三轴磁传感器直接输出三维磁感应强度信号Bx，By，Bz。为采样准确，选用输出传感器的采样频率fsamp应高于

高压线内电流信号频率fsig (通常为50Hz)，并具有以下优选关系：

[0054] fsamp = m • fsig (m ^ 5)

[0055] 上式中，fsamp为传感器采样频率；

[0056] fsig为线内电流信号频率，通常为50Hz工频；

[0057] m为常数，推荐取值彡5。

[0058]—为消除地磁场直流信号的影响，根据传感器三轴采样，分别计算电流产生的交变磁感应强度在x，y, z三个方向上的信号，如下式所示：

[0059] B _ 丨!1 剛-瓦r

ljX-RMS - V JsJ

[0060] q _ JUBy(n)-" 1

ijY-RMS _ U ^

[0061] B 剛-iy

z-mis ^ N

[0062] 上式中，Bx_kms为X方向上的磁感应强度有效值；

[0063] By_ems为y方向上的磁感应强度有效值；

[0064] Bz_ems为z方向上的磁感应强度有效值；

[0065] N为I个采样周期周期(本实用新型取I秒）内的采样值，数值为fsamp ;

[0066] Bx (n)为I秒内X方向的第n个采样值；

[0067] By (n)为I秒内y方向的第n个采样值；

[0068] Bz (n)为I秒内z方向的第n个采样值；

[0069] 瓦为I秒内X方向上所有采样点的平均值；

[0070] ^为I秒内y方向上所有采样点的平均值

[0071] 瓦为I秒内z方向上所有采样点的平均值。

[0072]—根据上步骤得到的x、y、z三维磁感应强度有效值再计算得到三维叠加后的磁感应强度有效值，如下式所示：

[0073] B 腿3 =拉1 臓+ Bi 丽+ Bi 聽

[0074] 上式中，Bems为磁感应强度有效值，所述磁感应强度有效值也即磁感应强度均方根值。

[0075] 2、本实用新型的工作过程：

[0076] 图I为本实用新型中各模块组成示意图。所述参考模块10包括第一磁传感器11、第一数字信号处理模块12和第一无线通信模块13。所述参考模块10安装在高压线杆固定位置处，通过测量得到参考模块与高压线之间的距离Lref也即参考距离值，LMf优选为4〜8米。參考模块10由第一磁传感器11实时检测三轴磁场信号，第一数字信号处理模块12对三轴磁场信号进行去噪、叠加等处理以得到參考磁感应强度均方根值BKMS_Mf，第一无线通信模块13将參考磁感应強度均方根值BKMS_Mf和參考距离值Lref发送至检测模块20。

[0077] 检测模块20包括第二磁传感器21、第二数字信号处理模块22、第二无线通信模块23和距离运算模块24。所述检测模块20安装在待测的移动目标物体上，如易接近高压线的施工机械最高点等位置。此移动目标物体与高压线之间的距离Ltjw与高压线的电カ最小安全距离Lsafe具有如下关系：

[0078] Lobj ^ MXLsafe

[0079] 其中，M为0〜4之间的任意常数，优选数值为I〜3。

[0080] Lsafe为高压线周围的电カ最小安全距离，表I列出不同等级高压线对应的最小安全距离如下：

[0081] 表I不同电压等级的高压线对应的电力最小安全距离

[0082]

[0083] 第二磁传感器21和第二数字信号处理模块22測量得到检测模块20所处位置的

检测磁感应强度均方根值BemsIw ;第二无线通信模块23接收来自參考模块10的參考磁感

应强度均方根值BMS_Mf和參考距离值LMf ;距离运算模块24根据參考磁感应強度均方根值

參考距离值Lref和检测磁感应强度均方根值三个变量值计算得到检测模块所

处位置与高压线之间的距离し_，也即得到目标物体与高压线之间的距离：

Claims

1. 一种基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的测量装置，其特征在于本测量装置包括如下组成部分：第一磁传感器（11)，设置在高压线的旁侧，用于测量第一磁传感器（11)所在位置处的三维方向上的磁感应强度；且第一磁传感器（11)的设置位置处的磁感应强度与第一磁传感器（11)和高压线之间的距离呈一次反比关系；第一数字信号处理模块（12)，用于接收第一磁传感器（11)传送来的磁感应强度，并将所收到的磁感应强度处理为第一磁传感器（11)处的三维叠加的磁感应强度均方根值也即参考磁感应强度均方根值，再将参考磁感应强度均方根值发送至第一无线通信模块（13)；第一无线通信模块（13)，用于接收第一数字信号处理模块（12)发送来的参考磁感应强度均方根值，并将参考磁感应强度均方根值通过无线网络发送至第二无线通信模块(23)；第二磁传感器（21)，设置在目标物体上，用于测量第二磁传感器（11)所在位置处的三维方向上的磁感应强度；且第二磁传感器（21)的设置位置处的磁感应强度与第二磁传感器（21)和高压线之间的距离呈一次反比关系；第二数字信号处理模块（22)，用于接收第二磁传感器（21)传送来的磁感应强度，并将所收到的磁感应强度处理为第二磁传感器（21)处的三维叠加的磁感应强度均方根值也即检测磁感应强度均方根值，再将检测磁感应强度均方根值发送至距离运算模块（24)；第二无线通信模块（23)，用于接收第一无线通信模块（13)发送来的参考磁感应强度均方根值，并将参考磁感应强度均方根值发送至距离运算模块（24)；距离运算模块（24)，用于接收第二无线通信模块（23)发送来的参考磁感应强度均方根值和第二数字信号处理模块（22)发送来的检测磁感应强度均方根值，并计算出目标物体与高压线之间的距离。

2.根据权利要求I所述的基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的测量装置，其特征在于：所述第一磁传感器（11)、第一数字信号处理模块（12)以及第一无线通信模块(13)共同整合成参考模块；所述第二磁传感器（21)、第二数字信号处理模块（22)、第二无线通信模块（23)以及距离运算模块（24)共同整合成检测模块。

3.根据权利要求I或2所述的基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的测量装置，其特征在于：所述第一磁传感器（11)和第二磁传感器（21)均为直接输出三维磁感应强度数字信号的数字式三轴磁传感器。

4.根据权利要求3所述的基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的测量装置，其特征在于：所述第一磁传感器（11)与高压线之间的距离为4〜8米。

5.根据权利要求3所述的基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的测量装置，其特征在于：所述第二磁传感器（21)与高压线之间的距离Ltjbj与高压线的电力最小安全距离Lsafe 有如下关系： L0bj ^ MXLsafe 上式中M为O〜4之间的任意常数。

6.根据权利要求5所述的基于磁传感器的高压线与目标物体之间距离的测量装置，其特征在于：所述M为I〜3之间的任意常数。