CN207114638U - 基于mems电场传感器的临近带电线路监控报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于MEMS电场传感器的临近带电线路监控报警装置，MEMS电场传感器探头探测电场，中央处理器驱动报警装置报警。本实用新型采用MEMS电场传感器探头，功耗低、体积小、空间分辨率高、可同时测量直流电场和交变电场，一台装置即可用于直流带电线路，也可用于工频带电线路，较传统的预警设备具有明显的应用优势。采用定位技术以及远近距离无线传输技术，报警数据和位置信息能同时无线发送到本地监控装置以及远程数据中心，实现多级监控，确保吊车等大型机械设备、工程车辆以及工作人员施工安全，避免事故发生。

Description

基于MEMS电场传感器的临近带电线路监控报警装置

技术领域

本实用新型涉及一种临近带电线路监控报警装置，尤其涉及一种基于MEMS电场传感器的临近带电线路监控报警装置。

背景技术

据不完全统计，我国每年至少要发生一百多起高空吊车碰触高压线事故，事故一旦发生，损失往往很惨重，容易造成设备损坏、人员伤亡、大面积停电等。随着电力设备越来越多、施工环境越来越复杂，高压线路下施工现场的危险点也变的多样化，例如施工现场有不安全因素的作业环境，违反安全规范的操作行为，以及施工人员和设备的增多，导致人工操作工作量和技术复杂度增加，不仅加大了劳动强度而且会由此引发诸多不安全因素，也增大事故发生的可能性。事故不仅会造成巨大的经济损失，而且会造成大量的人员伤亡。加强电力作业现场安全管理，预防安全事故对保障电力安全生产至关重要。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术问题，本实用新型提供了一种基于MEMS电场传感器的临近带电线路监控报警装置。

(二)技术方案

为达到上述实用新型创造目的，本实用新型提供了一种基于MEMS电场传感器的临近带电线路监控报警装置，其中，包括：MEMS电场传感器探头和装置本体；所述装置本体包括：激励电路模块、模拟解调模块、中央处理器和报警装置；所述激励电路模块连接MEMS电场传感器探头；所述MEMS电场传感器探头在激励电路模块的驱动下探测电场；所述模拟解调模块连接MEMS电场传感器探头；所述中央处理器连接模拟解调模块，驱动报警装置报警。

在本实用新型的一些实施例中，所述MEMS电场传感器探头包括外壳、以及设置于所述外壳内的MEMS电场敏感芯片和前置放大电路。

在本实用新型的一些实施例中，所述MEMS电场敏感芯片为静电驱动、热驱动或电磁驱动的电场敏感芯片。

在本实用新型的一些实施例中，所述MEMS电场敏感芯片包括谐振器、感应电极以及焊盘。

在本实用新型的一些实施例中，所述MEMS电场传感器探头与激励电路模块和模拟解调模块通过线缆连接；或者，所述MEMS电场传感器探头与激励电路模块和模拟解调模块集成一体；所述模拟解调模块包括：高通滤波器、相敏检测单元、正交相关检测单元、自相关检测单元以及带通滤波器。

在本实用新型的一些实施例中，所述装置本体还包括：定位模块、本地无线传输模块和远距离无线传输模块。

在本实用新型的一些实施例中，所述装置本体还包括：232 DTU，所述232 DTU连接上位机。

在本实用新型的一些实施例中，所述装置本体还包括：电池、开关、指示灯、电源模块和充电口；所述电池通过开关和指示灯连接电源模块，当开关打开时，指示灯亮起，电源模块提供工作电压，电池通过充电口充电。

在本实用新型的一些实施例中，所述报警装置包括报警灯和蜂鸣器。

在本实用新型的一些实施例中，所述装置本体还包括：A/D转换器，其连接模拟解调模块和中央处理器。

(三)有益效果

本实用新型与现有技术相比较，具有如下技术效果：

1)采用MEMS电场传感器探头，功耗低、空间分辨率高、可同时测量直流电场和交变电场，一台装置即可用于直流带电线路，也可用于工频带电线路，较传统的预警设备具有明显的应用优势。

2)采用定位技术以及远近距离无线传输技术，报警数据和位置信息能同时无线发送到本地监控装置以及远程输出中心，实现多级监控，确保吊车等大型机械设备、工程车辆以及工作人员施工安全，避免事故发生。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种基于MEMS电场传感器的临近带电线路监控报警装置的结构框图。

具体实施方式

本实用新型立足于输电线路的安全防护与监控技术，实现输电线路电场强度监测、智能近电报警等功能，及时检测施工周围电场环境，当施工设备进入超阈值电场区域时，报警装置会发出报警信号，通知操作人员控制吊车等设备避免碰触高压线，并远程将数据发送到数据中心进行记录存储，从而有效地避免事故发生。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例的一种基于MEMS电场传感器的临近带电线路监控报警装置，包括：MEMS电场传感器探头和装置本体，装置本体包括：激励电路模块、模拟解调模块、A/D转换器、定位模块、中央处理器(CPU)、串口分配器、232 DTU、本地无线传输模块、远距离无线传输模块、电源模块、电池、指示灯、开关、报警灯以及蜂鸣器。

所述MEMS电场传感器探头用于探测电场，其包括外壳以及设置于外壳内的MEMS电场敏感芯片和前置放大电路。MEMS电场敏感芯片采用静电驱动电场敏感芯片，包括一个静电驱动的谐振器、感应电极以及焊盘，该谐振器的周期性振动调制感应电极上电荷发生变化，产生交变感应电流，其既可以测量直流电场，也可以测量交变电场。所述的MEMS电场敏感芯片还可以是热驱动或电磁驱动的电场敏感芯片，可以水平振动，也可以垂直振动。所述前置放大电路包括I/V转换器和差分放大器，用于对MEMS电场敏感芯片的信号进行I/V转换和差分放大。

激励电路模块连接MEMS电场传感器探头，包括DDS和反相电路，或者其它频率可调的正弦波发生器和反相电路，激励电路模块向MEMS电场敏感芯片提供正常工作所需的双路差分激励信号。

模拟解调模块连接MEMS电场传感器探头，用于解调MEMS电场传感器探头探测的电场数据，其包括高通滤波器、相敏检测单元、正交相关检测单元、自相关单元以及带通滤波器等。

A/D转换器连接模拟解调模块，其将模拟解调模块解调的电场数据转换为数字信号后输出到CPU。

MEMS电场传感器探头与激励电路模块和模拟解调模块通过线缆连接，可以为屏蔽线缆或非屏蔽线缆；MEMS电场传感器探头也可以与激励电路模块和模拟解调模块集成一体。

定位模块获取临近带电线路监控报警装置的位置信息，该定位模块连接定位模块天线，可以为北斗模块、GPS模块或北斗/GPS集成模块。

串口分配器实现一路串口分成多路串口，CPU通过多路串口分别与定位模块、232DTU、本地无线传输模块和远距离无线传输模块等连接。

所述232 DTU连接上位机，上位机通过232 DTU读取探测预警信息，探测预警信息主要包括临近带电线路监控报警装置编号、交直流标志位、电场数据、报警标志位、位置信息(例如经纬度信息)以及时间信息等，上位机电可以通过232 DTU向临近带电线路监控报警装置设置参数，包括写入装置编号、MEMS电场敏感芯片的工作频率、电场阈值以及传感器探头的灵敏度系数等。

临近带电线路监控报警装置的电场阈值可以存储在装置内部的存储器中，也可以由上位机设置，其可以扩展支持多种电压等级，根据不同的电压等级设置合适的报警信息。

本地无线传输模块和远距离无线传输模块分别用于探测预警信息的近距离传输和远距离传输。本地无线传输模块连接本地传输模块天线，可以为蓝牙模块、ZigBee模块、433/470/868/915 DTU模块或其它点对点传输模块；远距离无线传输模块连接远距离传输天线，可采用2G、3G、4G无线通信模块。

高亮度报警灯以及高分贝蜂鸣器为本地提供声光报警信息。

电池可通过充电口直接充电，其通过开关和指示灯连接电源模块，当开关打开时，指示灯亮起，电源模块为装置需要供电的各个模块提供电压，装置开始工作。电池也可以为直流电源模块。

CPU主要实现三部分功能：控制、数据融合以及通信。CPU从A/D转换器获得模拟解调模块解调出的电场数据，从定位模块获得位置信息，判断电场数据是否超过电场阈值，当超过电场阈值时驱动报警灯和/或蜂鸣器报警，并利用本地无线传输模块和远距离无线传输模块将包括电场数据和位置信息的探测报警信息进行近距离和远距离数据传输。

激励电路模块、模拟解调模块、A/D转换器、定位模块、CPU、串口分配器、232 DTU、本地无线传输模块、远距离无线传输模块、电源模块、电池、指示灯、开关、报警灯以及蜂鸣器安装固定在一金属屏蔽盒子里，也可以是塑料盒或其它材质的盒子。

临近带电线路监控报警装置可以固定在吊车、施工车辆等设备上，也可以由施工人员直接携带。可以安装一台，也可以同时安装多台。MEMS电场传感器探头安装在最接近带电体或带电线路的位置。临近带电线路监控报警装置即可用于带电线路临近预警，也可当作验电器或交直流电场测量设备使用。

工作时，打开开关，MEMS电场传感器探头开始工作，当探测到的电场数据值大于电场阈值时，蜂鸣器和报警灯开始工作，装置进行本地报警，本地无线传输模块和远距离无线传输模块将探测报警信息发送到本地监控装置以及远程数据中心。

本实用新型所使用的MEMS电场敏感芯片基于电荷感应原理并采用先进的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)加工技术实现高精度的电场测量，具有功耗低、体积小、空间分辨率高、无电机磨损部件、可同时测量静电场和交变电场等特点，很好地满足了电场传感器的发展趋势和需求。

所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于MEMS电场传感器的临近带电线路监控报警装置，其中，包括：MEMS电场传感器探头和装置本体；

所述装置本体包括：激励电路模块、模拟解调模块、中央处理器和报警装置；

所述激励电路模块连接MEMS电场传感器探头；

所述MEMS电场传感器探头在激励电路模块的驱动下探测电场；

所述模拟解调模块连接MEMS电场传感器探头；

所述中央处理器连接模拟解调模块，驱动报警装置报警。

2.如权利要求1所述的临近带电线路监控报警装置，其中，所述MEMS电场传感器探头包括外壳、以及设置于所述外壳内的MEMS电场敏感芯片和前置放大电路。

3.如权利要求2所述的临近带电线路监控报警装置，其中，所述MEMS电场敏感芯片为静电驱动、热驱动或电磁驱动的电场敏感芯片。

4.如权利要求3所述的临近带电线路监控报警装置，其中，所述MEMS电场敏感芯片包括谐振器、感应电极以及焊盘。

5.如权利要求1所述的临近带电线路监控报警装置，其中，所述MEMS电场传感器探头与激励电路模块和模拟解调模块通过线缆连接；或者，所述MEMS电场传感器探头与激励电路模块和模拟解调模块集成一体；

所述模拟解调模块包括：高通滤波器、相敏检测单元、正交相关检测单元、自相关检测单元以及带通滤波器。

6.如权利要求1所述的临近带电线路监控报警装置，其中，所述装置本体还包括：定位模块、本地无线传输模块和远距离无线传输模块。

7.如权利要求1所述的临近带电线路监控报警装置，其中，所述装置本体还包括：232DTU，所述232 DTU连接上位机。

8.如权利要求1所述的临近带电线路监控报警装置，其中，所述装置本体还包括：电池、开关、指示灯、电源模块和充电口；

所述电池通过开关和指示灯连接电源模块，当开关打开时，指示灯亮起，电源模块提供工作电压，电池通过充电口充电。

9.如权利要求1所述的临近带电线路监控报警装置，其中，所述报警装置包括报警灯和蜂鸣器。

10.如权利要求1所述的临近带电线路监控报警装置，其中，所述装置本体还包括：A/D转换器，其连接模拟解调模块和中央处理器。