CN204065245U - 一种三维场强测试仪及多节点分布式场强测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种三维场强测试仪及多节点分布式场强测试装置，三维场强测试仪包括单片机、以及分别与单片机连接的电场传感模块、磁场传感模块、光电通信模块和蓝牙通信模块；电场传感模块用于采集该测试节点的电场测量数据，磁场传感模块采集该测试节点的磁场测量数据，光电通信模块将电信号转换成光信号并通过单芯双模光纤传输数据给终端设备；蓝牙通信模块实现三维场强测试仪与外部终端设备之间的无线通信。测试装置包括分布式测量单元以及与分布式测量单元进行蓝牙通信的终端设备；分布式测量单元包括多个分别设置在多个测试节点处的三维场强测试仪。本实用新型操作简便，通信可靠，性价比高；使用方便。
Description
技术领域
本实用新型属于交流输变电工频电磁环境监测技术领域，更具体地，涉及一种多节点分布式场强测试装置。
背景技术
工频电场和工频磁场是交流输电线路和变电站的主要电磁环境参数，是衡量工程是否满足环境要求的重要参数。随着人们环保意识的增强和我国对输变电工程环境影响评价工作的开展，对工频电场和工频磁场的检测已成为一项重要工作。
现有技术中基于传感器技术的电场和磁场的测量方案主要有：采用感应片测量工频电场，采用感应线圈测量工频磁场，采用机械感应方式测量恒定电场，采用霍尔传感器测量很定电场等；采集数据经过单片机和嵌入式处理器等处理后，通过光纤等方式传输到主机，主机对测量点处的电场或磁场测量值进行显示。但是，目前的测试仪器都存在测量参数单一，参数的矢量性不明确，无法获得待测区域的电场和磁场的空间分布状态。特别是单点测量数据只能代表某个点处的场强状态，在实际应用过程中无法确定待区域的场分布，不利于操作过程获得最佳参数值。
实用新型内容
针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种三维场强测试仪及多节点分布式场强测试装置，旨在解决测量参数单一，参数的矢量性不明确，无法获得待测区域的电场和磁场的空间分布状态的技术问题。
本实用新型提供了一种三维场强测试仪，包括单片机、以及分别与所述单片机连接的电场传感模块、磁场传感模块、光电通信模块和蓝牙通信模块；所述电场传感模块用于采集该测试节点的电场测量数据，磁场传感模块用于采集该测试节点的磁场测量数据，光电通信模块用于将电信号转换成光信号并通过单芯双模光纤传输数据给终端设备；蓝牙通信模块用于实现三维场强测试仪与外部终端设备之间的无线通信。
其中，所述磁场传感模块为PNI MicroMag3三轴磁场模块。
其中，所述电场传感模块包括探头和与所述探头的输出端连接的电场信号调理电路，所述探头为三个PCB圆形电极板，分别安装在直角坐标系三个互相垂直的方向，用于感应待测点的三维电场强度；所述电场信号调理电路采用型号为AD8253的增益可调放大电路。
其中，所述光电通信模块采用OCb3243/4243型单模单纤光收发一体模块。
其中，所述蓝牙通信模块采用BLK-MD-BC04-B型主从一体蓝牙通讯模块。
本实用新型还提供了一种基于上述的三维场强测试仪的多节点分布式场强测试装置，包括分布式测量单元以及与所述分布式测量单元连接的终端设备；所述分布式测量单元包括多个分别设置在多个测试节点处的三维场强测试仪；每个三维场强测试仪用于获取该测试节点的场强测量数据，多个三维场强测试仪获取的场强测量数据通过无线方式汇聚到指定测试节点，并由指定测试节点通过蓝牙通信传输给所述终端设备。
本实用新型采用三个两两垂直的工频电场感应片采集三个自由度的电场信息，在直角坐标系中合成出测量点处的电场强度矢量，采用PNIMicroMag3三轴磁场模块采集测量点处的三个垂直方向的磁场强度分量，在直角坐标系中合成出测量点处的磁场强度矢量，具有测量数据准确、科学、完备等特点；本实用新型采用蓝牙通信模块实现场区各电磁场测量仪与终端设备通信，具有操作简便，通信可靠，性价比高等特点；采用多点测量和插值拟合的方式获得待测区域的电磁场矢量分布，具有数据完备，显示直观，使用方便，指导性强等特点。
附图说明
图1是本实用新型提供的三维场强测试仪的模块结构框图；
图2是本实用新型提供的多节点分布式场强测试装置的模块结构框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示出了本实用新型提供的三维场强测试仪的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下：
三维场强测试仪包括单片机、电场传感模块、磁场传感模块、蓝牙通讯模块、光电通信模块以及为整个装置提供工作电能的电源模块，电场传感模块包括探头和与探头的输出端连接的电场信号调理电路，探头可以为三个PCB圆形电极板，分别安装在直角坐标系三个互相垂直的方向，用于感应待测点的三维电场强度；电场信号调理电路可以采用型号为AD8253的增益可调放大电路。电场传感模块从电场探头获取信号并调理后与单片机连接。所述磁场传感器模块从磁场探头获取信号并调理并与所述单片机连接。单片机与电场传感模块、磁场传感模块以及环境参数测量模块相连，并把处理后的信号传输给所述蓝牙通讯模块和所述单纤双向光电通信模块。蓝牙通讯模块一端与单片机相连，一端通过无线方式与电脑或带蓝牙的移动设备相连。光电通信模块一端与单片机相连，一端通过一根光纤与终端设备相连。
本实用新型中，电源模块为高容量锂离子电池和电源管理电路，电源控制电路可以通过外部适配器进行充电，并有效保护工作电路和电池。电源模块为可充电锂电池，便于长时间野外测量和携带。
工作时，单片机分别从电场传感模块、磁场传感模块获取待测点处的三维电场和三维磁场数据，并存储在单片机的存储器中。当单个测试装置通过蓝牙与终端设备通信是，由于蓝牙模块的地址唯一性，终端设备通过蓝牙可以匹配多个测试装置，获取多个节点的场强参数数据，实现空间区域内的分布式测量，反映一块区域内的电磁环境状态。
在本实用新型中，光电模块可以采用OCb3243/4243单模单纤光收发一体模块；蓝牙模块可以采用BLK-MD-BC04-B主从一体蓝牙模块；磁场模块可以采用PNI MicroMag3三轴磁场模块。
在本实用新型中，电场传感模块能够采集三个自由度方向的电场强度，通过三路独立的信号调理电路将微弱信号进行放大处理，送入M3单片机的A/D转换端口。所述磁场传感器模块型号为PNI MicroMag3，能够采集三个自由度的磁场强度，通过信号放大和A/D转换后，以数字量的形式输出给M3单片机；光电通信采用OCb3243/4243型单模单纤光收发一体模块，M3单片机通过光电通讯模块与PC机采用光纤传输的方式进行远距离双向通信。BLK-MD-BC04-B型主从一体蓝牙通讯模块与M3单片机直接相连，和其他场强测量仪的蓝牙模块和PC机、手机等其他终端的蓝牙模块进行全双工无线通讯。电源模块为高容量锂离子电池和电源管理电路，电源控制电路可以通过外部适配器进行充电，并有效保护工作电路和电池。
电场传感模块由电场测量探头和信号调理电路两部分组成，其中电场测量探头为三片PCB圆形电极板，分别安装在直角坐标系三个互相垂直的方向，测量三个方向的恒定电场强度分量；信号调理电路为基于芯片AD8253芯片的增益可调放大电路，实现在×1、×10、×100倍量程下的增益调节，扩展了测量范围。
本实用新型中磁场传感采用PNI MicroMag3三轴磁场模块，提高了测量结果的稳定性、可靠性、一致性、精度，和测量范围，大大缩小了磁场传感器的体积，处理电路更简洁，便于系统集成；电场强度和磁场强度采用三个自由度测量，更加真实表征待测点处的场强矢量，提高仪器的准确性，可靠性。采用光纤和蓝牙通信方式，可以通过蓝牙模块实现近距离的无线通信，包括电磁场测量仪之间和与外部带蓝牙模块的终端设备之间进行无线通信；可以通过光纤传输方式实现远距离通信，光纤通信方式与其他电缆有线通信方式相比，不会引起空间电场分布的畸变，更准确。
本实用新型还提供了一种基于上述三维场强测试仪的多节点分布式场强测试装置，其模块结构如图2所示，包括分布式测量单元以及与分布式测量单元连接的终端设备；分布式测量单元包括多个分别设置在多个测试节点处的三维场强测试仪；每个三维场强测试仪用于获取该测试节点的场强测量数据，多个三维场强测试仪获取的场强测量数据通过无线方式汇聚到指定测试节点，并由指定测试节点通过蓝牙通信传输给所述终端设备。
本实用新型提供的多节点分布式场强测试装置可以消除设备只能测量单点位置的现象，实现了无线分布式多节点场强测量。能便捷的、有效、准确地测量空间位置的交流电场和磁场，为输变电工程环境评价、研究交流输电线路并行、交叉跨越等区域的电磁环境水平提供了科学监测依据，方便和简化测量工作。
本实用新型提供的多节点分布式场强测试装置主要由待测区域内合理分布的电磁场测量仪节点和终端设备两部分构成，电磁场测量仪采用三维电场传感模块和磁场传感模块实现数据测采集，终端设备带有专业的应用软件，可以对电磁场测量仪节点采集的数据进行插值拟合，实现待测区域内0.1m精度的电磁场测量值，可以用图形和数值两种形式显示和存储。本实用新型提供的系统具有数据精确、科学、准确、完备等特点，数据的通信网络结构简单实用，操作方便，终端设备信息处理算法简便，显示直观存储方便，信息完整，能全面表征待测区域内的电磁场分布状态，对相关设备的参数测定、现场维护、检修和施工等有重要的指导意义，可以在电力系统相关领域推广应用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种三维场强测试仪，其特征在于，包括单片机、以及分别与所述单片机连接的电场传感模块、磁场传感模块、光电通信模块和蓝牙通信模块；
所述电场传感模块用于采集该测试节点的电场测量数据，磁场传感模块用于采集该测试节点的磁场测量数据，光电通信模块用于将电信号转换成光信号并通过单芯双模光纤传输数据给终端设备；蓝牙通信模块用于实现三维场强测试仪与外部终端设备之间的无线通信。
2.如权利要求1所述的三维场强测试仪，其特征在于，所述磁场传感模块为PNI MicroMag3三轴磁场模块。
3.如权利要求1所述的三维场强测试仪，其特征在于，所述电场传感模块包括探头和与所述探头的输出端连接的电场信号调理电路，所述探头为三个PCB圆形电极板，分别安装在直角坐标系三个互相垂直的方向，用于感应待测点的三维电场强度；所述电场信号调理电路采用型号为AD8253的增益可调放大电路。
4.如权利要求1所述的三维场强测试仪，其特征在于，所述光电通信模块采用OCb3243/4243型单模单纤光收发一体模块。
5.如权利要求1所述的三维场强测试仪，其特征在于，所述蓝牙通信模块采用BLK-MD-BC04-B型主从一体蓝牙通讯模块。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述的三维场强测试仪的多节点分布式场强测试装置，其特征在于，包括分布式测量单元以及与所述分布式测量单元连接的终端设备；
所述分布式测量单元包括多个分别设置在多个测试节点处的三维场强测试仪；每个三维场强测试仪用于获取该测试节点的场强测量数据，多个三维场强测试仪获取的场强测量数据通过无线方式汇聚到指定测试节点，并由指定测试节点通过蓝牙通信传输给所述终端设备。
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