CN206096250U - 一种新型便携式输电线安全预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种新型便携式输电线安全预警系统，该系统包括第一传感器1、第二传感器2和处理装置4，其中，处理装置4包括信号处理器41、微控制器42和声光报警器43，微控制器42分别与信号处理器41和声光报警器43电连接；第一传感器1和第二传感器2分别通过屏蔽电缆3电连接信号处理器41，且第一传感器1和第二传感器2并联。本实用新型提供的新型便携式输电线安全预警系统结构简单，第一传感器1和第二传感器2获得电压信号，信号处理器41调理电压信号，微控制器42接收电压信号，并控制声光报警器43报警，从而准确实现安全预警和梯度预警，大大提高了操作人员的人身安全。

Description

一种新型便携式输电线安全预警系统

技术领域

本实用新型涉及电力安全预警装置技术领域，尤其涉及一种新型便携式输电线安全预警系统。

背景技术

电力操作人员通常在高压环境下工作，为防止触电，保障电力操作人员的人身安全，工作时需要佩戴近电预警装置。近电预警装置具有防触电报警功能，当操作人员佩戴近电报警装置进入带电区域一定距离或靠近高压线时，近电报警装置会发出连续的报警音响，提醒操作人员靠近高压带电区域，应及时撤离危险区域，当操作人员离开高压带电区域后，近电报警装置停止报警声响，从而实现防触电与报警的功能，减少触电伤亡事故的发生。

现有的近电报警装置大多采用手表式，其工作原理为：近电报警装置将接受的检测信号进行前端分析处理，取出工频信号，经过数字滤波排除干扰信号，分析其信号强度，当信号强度达到预设值时，发出无线报警信号给接收端，接收端在接收到该信号后报警，提示操作人员已接近高压带电区域。

但是，现有的近电报警装置存在以下问题，一是在距离高压线安全距离之外就可报警，远离高压线就不报警，无法实现梯度报警和准确报警，以给予更人性化的安全预警提示；二是有些装置需要手动进行电压等级的调节，但是有些杆塔为交叉回路或者不同电压等级的多回路结构，再加之有些输电线路的电压等级并不易分辨，由此这类装置存在不知电压等级，或者电压等级判别错误，就无法实现准确报警的问题，而输电线安全预警必须准确可靠，并实现不同电压等级的安全距离预警，才能保证操作人员的安全。

实用新型内容

为克服相关技术中存在报警准确度较低、无法实现梯度报警和需要手动调节电压等级的问题，本实用新型提供一种新型便携式输电线安全预警系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型提供的新型便携式输电线安全预警系统包括第一传感器、第二传感器和处理装置，其中：

所述处理装置包括信号处理器、微控制器和声光报警器，所述微控制器分别与所述信号处理器和声光报警器电连接；

所述第一传感器和第二传感器分别通过屏蔽电缆与所述信号处理器电连接，所述第一传感器和第二传感器并联。

优选地，上述新型便携式输电线安全预警系统中，所述第一传感器和第二传感器均为平行板传感器。

优选地，上述新型便携式输电线安全预警系统中，所述信号处理器包括差分放大电路和滤波电路。

优选地，上述新型便携式输电线安全预警系统中，所述微控制器包括以STM32F103为核心的单片机。

优选地，上述新型便携式输电线安全预警系统中，所述声光报警器包括蜂鸣器和LED报警器，所述声光报警器通过三极管电连接所述微控制器，所述蜂鸣器和LED报警器并联。

优选地，上述新型便携式输电线安全预警系统中，还包括存储器和电源装置，其中：

所述存储器电连接所述微控制器；

所述电源装置分别电连接所述信号处理器、微控制器、声光报警器和存储器。

优选地，上述新型便携式输电线安全预警系统中，所述电源装置包括锂电池。

优选地，上述新型便携式输电线安全预警系统中，所述处理装置的电路均设置防静电涂层。

优选地，上述新型便携式输电线安全预警系统中，所述处理装置外设置金属屏蔽罩。

本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实用新型提供的新型便携式输电线安全预警系统包括第一传感器、第二传感器和处理装置，其中，所述处理装置包括信号处理器、微控制器和声光报警器，所述微控制器分别与所述信号处理器和声光报警器电连接；所述第一传感器和第二传感器分别通过屏蔽电缆与所述信号处理器电连接，所述第一传感器和第二传感器并联。便携式输电线安全预警系统通过第一传感器和第二传感器采集电流信号，输出电压信号，并将电压信号通过屏蔽电缆传送至信号处理器，信号处理器接收电压信号后，对电压信号进行处理，再将处理后的电压信号传送到微控制器，微控制器接收电压信号，将电压信号转换成电压值，将电压值与预设阈值进行比较，并控制声光报警器实现声光报警。本实用新型提供的新型便携式输电线安全预警系统中第一传感器和第二传感器根据距离不同采集的信号强度不同，进而声光报警器的报警声音频率和声调大小不同，从而实现梯度报警和准确报警，且不需要手工调节电压等级，依靠传感器感应电压强度，因此更能保障操作人员的安全。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种新型便携式输电线安全预警系统的使用状态图；

图2为本实用新型实施例提供的一种新型便携式输电线安全预警系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种新型便携式输电线安全预警系统的结构示意图；

图1-图3符号表示：

1-第一传感器，2-第二传感器，3-屏蔽电缆，4-处理装置，41-信号处理器，42-微控制器，43-声光报警器，44-存储器，5-电源装置。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本实用新型实施例提供的新型便携式输电线安全预警系统可以安装在操作人员便于携带的任何装置上，如安全头盔、手表等，本实施例以安全头盔为例说明。将新型便携式输电线安全预警系统安装在安全头盔上，无需修改安全头盔，可以直接将传感器和处理装置安装在安全头盔的表面，简单方便，节约成本。

参见图1，该图示出了本实用新型实施例提供的新型便携式输电线安全预警系统的使用状态。

如图1所示，本实用新型实施例提供的新型便携式输电线安全预警系统包括第一传感器1、第二传感器2和处理装置4，其中：

第一传感器1设置在安全头盔的顶部，第二传感器2设置在安全头盔的底部，处理装置4设置在安全头盔的侧面，第一传感器1和第二传感器2分别通过屏蔽电缆3电连接处理装置4，且第一传感器1和第二传感器2并联。

为精确报警，第一传感器1和第二传感器2在安全头盔上的垂直距离至少为10cm，一方面按照国家标准，安全头盔顶部和底部的垂直距离至少为10cm；另一方面操作人员带着安全头盔进入高压区域，不同位置的传感器采集到不同的电流信号，从而输出不同大小的电压信号，两个传感器输出的电压差值越大，报警强度越强；若第一传感器1和第二传感器2设置在相同位置或距离较近，两个传感器输出的电压差值较小，可能不会引起报警器报警。

为提高报警准确度，第一传感器1和第二传感器2均为平行板传感器,传感器放置在高压输电线周围电场中，平行板传感器的上、下板通过电场耦合感应出电荷，感应电荷流过测量电阻产生电阻压降，输出电压信号。第一传感器1和第二传感器2采集高压输电线周围电场的感应电流，距离高压输电线越近，电场强度越大，产生的感应电流越大，传感器输出的电压信号也越强。

第一传感器1和第二传感器2采用屏蔽电缆3与处理装置4电连接，屏蔽电缆3可以避免噪声、静电和电磁等干扰信号影响输出的电压信号，提高系统的抗干扰能力。

参见图2，该图示出了本实用新型实施例提供的一种新型便携式输电线安全预警系统的基本结构。

如图2所示，新型便携式输电线安全预警系统中处理装置4包括信号处理器41、微控制器42和声光报警器43，其中：

第一传感器1和第二传感器2并联，且第一传感器1和第二传感器2通过屏蔽电缆3电连接信号处理器41，第一传感器1和第二传感器2采集电流信号，输出电压信号，并通过屏蔽电缆3将电压信号传输至信号处理器41，信号处理器41对电压信号进行放大滤波处理。

为提高系统的抗干扰能力，信号处理器41包括差分放大电路。由于传感器所在的电场环境较为复杂，被测信号容易受到外界电磁波的干扰而出现失真的情况，并且外界的干扰信号为传感器电极之间的共模信号，并且对电极产生的扰动量相同，输入信号为传感器具有不同电位的电极之间的差分信号，因此采用差分放大电路对信号进行处理，放大差模信号，除去共模干扰信号，差分放大电路实现对传感器输入信号放大的同时还能抑制环境干扰信号对测量结果带来的误差。

为进一步处理电压信号，信号处理器41还包括滤波电路，滤波电路是指只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，可以进一步过滤掉一些干扰信号，提高系统的抗干扰能力、灵敏度。

为判别高压信号，微控制器42采用以STM32F103为核心的单片机，将模拟信号转换成数字信号，采用阈值-差分算法进行判别。采用ARM内核的STM32F103微控制器是32位单片机，采用Cortex-M3内核，指令周期短，速度快，具有优先级抢占中断控制器，1M采样速率AD模式，GPI0创新速率可设定等功能，适用于工业控制与一些对速度性能要求比较高的场合，而且STM32F103也具备低功耗的特点。

为实现梯度报警和精确报警，微控制器42采用阈值-差分算法判别高压信号，即微控制器42接收信号处理器41输出的差分电压信号，将差分电压信号转换成数字信号(差分电压值)，并将差分电压值与预设阈值进行比较，若差分电压值大于预设阈值，则微控制器42发送信号控制声光报警器43工作，并根据差分电压值的大小控制报警声音的频率和声调的高低，实现梯度报警；若差分电压值小于或等于预设阈值，则声光报警器43不工作，进而实现精确报警。

为增强报警功能，声光报警器43包括蜂鸣器和LED报警器，声光报警器43通过三极管电连接微控制器42，其中蜂鸣器和LED报警器并联连接，使得微控制器42控制蜂鸣器和LED报警器同时工作，即微控制器42控制蜂鸣器发出报警声音，同时控制LED报警器发光。蜂鸣器可以提醒操作人员已进入高压区域，操作人员根据声音的频率和声调的高低判断距离高压线的距离，报警声音的频率和声调越大，说明距离高压线越近，反之，则说明进入危险区域，但距离高压线较远，从而实现梯度报警；LED报警器可以方便控制人员或其他人员发现操作人员进入危险区域，进而提醒操作人员注意安全，提高安全程度。

本实用新型提供的新型便携式输电线安全预警系统的使用方法如下：

操作人员爬杆接近高压线时，通过安装在安全头盔顶部和底部的第一传感器1和第二传感器2分别采集到电流信号I₁和I₂，经过处理后输出电压信号U₁和U₂；

电压信号U₁和U₂传输到信号处理器41，信号处理器41中的差分放大电路和滤波电路对电压信号U₁和U₂进行放大和过滤，输出差分电压信号U′；

差分电压信号U′传输到微控制器42，微控制器42将差分电压信号U′转换成差分电压值U_o；

将差分电压值U_o与预设阈值进行比较，若差分电压值U_o大于预设阈值，则微控制器42发出信号控制声光报警器43工作，并根据差分电压值U_o的大小控制声光报警器43的声音频率和声调高低，实现梯度报警；若差分电压值U_o小于或等于预设阈值，则声光报警器43不工作。

参见图3，该图示出了本实用新型提供的另一种新型便携式输电线安全预警系统的基本结构。

为对预警数据进行研究分析，本实用新型实施例提供的新型便携式输电线安全预警系统还包括存储器44，存储器44电连接微控制器42，将操作人员爬杆接近高压线过程中采集到的数据信息储存到存储器44中，方便后续研究分析和数据参考。

新型便携式输电线安全预警系统安装在安全头盔的表面，需要电源为系统供电，因此还包括电源装置5，电源装置5分别与信号处理器41、微控制器42、声光报警器43、存储器44电连接，为处理装置4供电。为节约能源，电源装置5可以是锂电池或太阳能电池，锂电池具有额定电压高、自放电率很低、高低温适应性强、绿色环保、使用寿命长等优点，可以防止频繁更换电池、污染环境等。

进一步地，操作人员穿戴安全头盔会产生人体静电，且电磁场辐射会影响电路运行，因此处理装置4的电路外设置防静电涂层和金属屏蔽罩。静电会引起静电放电、介质击穿等，影响电路的使用寿命，防静电涂层可以使静电快速释放或传导，同时电磁场辐射会对采集信号产生干扰，金属屏蔽罩可以避免电磁场辐射的干扰，大大提高了抗干扰能力。防静电涂层可以是环氧树脂防静电涂料，其具有优良的附着力、导电性能好、耐久性强、成本较低等优点。

本实用新型提供的新型便携式输电线安全预警系统包括第一传感器1、第二传感器2和处理装置4，其中，处理装置4包括信号处理器41、微控制器42、声光报警器43、存储器44，第一传感器1和第二传感器2通过屏蔽电缆3电连接信号处理器41，信号处理器41电连接微控制器42，微控制器42分别电连接声光报警器43和存储器44，系统还包括电源装置5，电源装置5分别与信号处理器41、微控制器42、声光报警器43和存储器44电连接，为处理装置4供电。第一传感器1和第二传感器2根据电压等级感应不同的电流信号，不需手动调节电压等级，安全度更高。整个系统安装在安全头盔的表面，其工作工程如下：第一传感器1和第二传感器2分别采集电流信号，输出电压信号，通过屏蔽电缆3将电压信号传输至信号处理器41，信号处理器41将电压信号进行放大和过滤，并将处理后的差分电压信号传输给微控制器42，微控制器42一方面控制存储器44将数据信息储存起来，便于后续研究分析，另一方面将差分电压信号转换为差分电压值，并将差分电压值与预设阈值进行比较，若差分电压值大于预设阈值，则微控制器42发出信号控制声光报警器43工作，并根据差分电压值的大小控制声光报警器43报警声音的频率和声调的高低，实现梯度报警；若差分电压值小于或等于预设阈值，则声光报警器43不工作，从而实现精确报警。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的公开后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种新型便携式输电线安全预警系统，其特征在于，包括：第一传感器(1)、第二传感器(2)和处理装置(4)，其中：

所述处理装置(4)包括信号处理器(41)、微控制器(42)和声光报警器(43)，所述微控制器(42)分别与所述信号处理器(41)和声光报警器(43)电连接；

所述第一传感器(1)和第二传感器(2)分别通过屏蔽电缆(3)与所述信号处理器(41)电连接，所述第一传感器(1)和所述第二传感器(2)并联。

2.根据权利要求1所述的新型便携式输电线安全预警系统，其特征在于，所述第一传感器(1)和第二传感器(2)均为平行板传感器。

3.根据权利要求1所述的新型便携式输电线安全预警系统，其特征在于，所述信号处理器(41)包括差分放大电路和滤波电路。

4.根据权利要求1所述的新型便携式输电线安全预警系统，其特征在于，所述微控制器(42)包括以STM32F103为核心的单片机。

5.根据权利要求1所述的新型便携式输电线安全预警系统，其特征在于，所述声光报警器(43)包括蜂鸣器和LED报警器，所述声光报警器(43)通过三极管电连接所述微控制器(42)，所述蜂鸣器和LED报警器并联。

6.根据权利要求1所述的新型便携式输电线安全预警系统，其特征在于，还包括存储器(44)和电源装置(5)，其中：

所述存储器(44)电连接所述微控制器(42)；

所述电源装置(5)分别电连接所述信号处理器(41)、微控制器(42)、声光报警器(43)和存储器(44)。

7.根据权利要求6所述的新型便携式输电线安全预警系统，其特征在于，所述电源装置(5)包括锂电池。

8.根据权利要求1所述的新型便携式输电线安全预警系统，其特征在于，所述处理装置(4)的电路均设置防静电涂层。

9.根据权利要求8所述的新型便携式输电线安全预警系统，其特征在于，所述处理装置(4)外设置金属屏蔽罩。