CN217181044U - 一种近电感知装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种近电感知装置，包括：外壳、显示屏、档位旋钮、蜂鸣器、电场探头、检测主板和蓄电池，显示屏、档位旋钮、蜂鸣器和电场探头均连接检测主板，检测主板连接电源，蜂鸣器、电场探头、检测主板和蓄电池均设于外壳的内腔，显示屏和档位旋钮设于外壳的外部。其结合电力施工安全规程，能够对不同电压等级下的近电距离进行监控和预警，并且考虑人体对电场畸变的影响，使得装置不会发生误报，其在应用场景上及推广前景上显著优于现有同类技术。

Description

一种近电感知装置

技术领域

本实用新型专利涉及带电检测领域，尤其涉及一种近电感知装置。

背景技术

目前，输变电新建及改扩建施工临近带电作业风险数量逐年增多，施工作业现场环境复杂，带电设备及线路辨识至关重要。而就在这几年，因施工区域临近带电体而导致的人员伤亡及停电事故时有发生，造成较大经济损失，社会影响恶劣。调研发现，即使施工现场按要求部署足够的安全监护人员，采取相应监控措施，仍然无法完全避免事故发生，究其原因，主要是由于部分变电站、线路环境复杂，存在多电压等级交错、多电源供电情况，施工人员在确定某一路电源停电后，错误认为设备或线路已不带电，直接进场施工，导致事故发生。

因此，可靠、便携的近电感知装置成为带电施工作业的迫切需求。施工作业人员在作业时需要进行爬塔、巡视等操作，因此不方便携带大型、过重、高耗电的接触式验电设备。而非接触式验电方法具有很强的便携性，适合多种工况。目前市场上主流的非接触式验电产品型式包括智能安全帽和智能手环等类别，但是由于以下几点客观问题，这两款产品并没有得到很好的应用：

带电环境下，人体头部电场畸变明显，使得智能安全帽经常发生误报警，而且现有的智能安全帽没有电压档位调节功能，不能用于不同电压等级、安全距离下的施工作业；

人体手腕部位在带电环境下也会导致严重电场畸变，使得现有的智能手环会频繁误报，且同样不能用于不同电压等级的作业环境；

上述两款产品均没有近电距离提示功能，无法让施工作业人员直观分辨近电作业区域与带电导体的距离，从而感受危险性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种近电感知装置，其结合电力施工安全规程，能够对不同电压等级下的近电距离进行监控和预警，并且考虑人体对电场畸变的影响，使得装置不会发生误报，其在应用场景上及推广前景上显著优于现有同类技术。

为解决现有技术问题，本实用新型公开了一种近电感知装置，包括：外壳、显示屏、档位旋钮、蜂鸣器、电场探头、检测主板和蓄电池，显示屏、档位旋钮、蜂鸣器和电场探头均连接检测主板，检测主板连接电源，蜂鸣器、电场探头、检测主板和蓄电池均设于外壳的内腔，显示屏和档位旋钮设于外壳的外部。

进一步地，外壳设有穿戴孔。

进一步地，外壳设有音孔，音孔设于蜂鸣器的对应位置处。

进一步地，蓄电池为锂电池。

进一步地，检测主板包括放大滤波模块、分压电阻、单片机模块、逆变模块和充电模块，电场探头连接放大滤波模块，放大滤波模块连接单片机模块和蜂鸣器，单片机模块分别连接档位旋钮、逆变模块、蜂鸣器和显示屏，蓄电池通过分压电阻连接单片机模块，充电模块连接逆变模块，蓄电池通过档位旋钮连接充电模块。

进一步地，档位旋钮设有关机档位和6个电压等级档位，单片机模块设有6个I/O管脚，档位旋钮的6个电压等级档位分别与单片机模块的6个I/O管脚相连，档位旋钮的关机档位与蓄电池相连。

进一步地，6个电压等级分别为10kV、35kV、110kV、220kV、500kV和大于500kV。

本实用新型具有的有益效果：

本实用新型提供一种近电感知装置，其结合电力施工安全规程，能够对不同电压等级下的近电距离进行监控和预警，并且考虑人体对电场畸变的影响，使得装置不会发生误报，其在应用场景上及推广前景上显著优于现有同类技术。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为本实用新型的工作流程图；

图5为本实用新型的电路原理图；

图6为本实用新型的低功耗工作流程图。

其中：1、外壳；2、显示屏；3、档位旋钮；4、音孔；5、穿戴孔；6、蜂鸣器；7、电场探头；8、检测主板；9、蓄电池。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

本实用新型的如图1所示，本实用新型提供的一种近电感知装置，其包括外壳1、显示屏2、档位旋钮3、音孔4、穿戴孔5、蜂鸣器6、电场探头7、检测主板8、蓄电池9。外壳为三防ABS外壳，内部装有蜂鸣器6、电场探头7、检测主板8、蓄电池9，蓄电池9优选采用锂电池；显示屏2固定在外壳表面，其可以显示近电距离、电场强度、档位及电池电量；档位旋钮3在外壳表面，与检测主板8电气连接，可以控制检测主板8工作档位，档位包括关机、10kV、35kV、110kV、220kV、500kV、大于500kV七个档；音孔4的作用是扩散蜂鸣器6报警声音，穿戴孔5为外壳附加件，用于让手臂带从中穿过，从而可将外壳穿戴在手臂上。

如图4所示，本实用新型工作流程为：所述穿戴式近电感知装置整体安装在作业人员手臂上；电场探头7通过电磁感应，探测手臂附近电场强度信号，检测主板8对该信号进行滤波放大处理后，计算得到电场强度大小；检测主板8识别旋钮对应的电压等级档位，结合档位大小，将电场强度大小折算成近电距离；检测主板8将计算得到的距离与预先设定的阈值进行对比，从而判断是否越限，如果越限，则蜂鸣器6报警。

如图5所示，本实用新型主要通过检测主板8、电场探头7、蜂鸣器6、档位旋钮3配合完成近电感知及报警，其中检测主板8由滤波放大模块、单片机模块、逆变模块及充电模块组成。电场探头7耦合感应空间电场强度，将其转化为微电压信号，经过滤波放大模块输入至单片机模块ADC管脚，以消除高频干扰；单片机模块接收到电压信号，对其进一步通过软件算法滤波后，将其折算电场强度数据；

档位旋钮3的6个电压等级档位，与单片机模块的6个I/O管脚相连，关机档位与锂电池相连，当拨到关机档位时，锂电池与充电模块之间的连接断开，整个装置处于关机状态，当拨到任意一个电压等级档位时，锂电池与充电模块连接，充电模块对锂电池电压进行稳压处理后给逆变模块供电，逆变模块产生相应的工作电压依次给单片机模块、滤波放大模块、蜂鸣器6模块供电，使整个装置工作；单片机模块通过判断该档位对应的I/O管脚状态，从而识别电压等级输入，继而根据电压等级及电场强度，折算近电距离，折算式为：

式中U为导线电压，L为测量点与导线间距离，a为多相导线修正因子，b为人体影响修正因子。根据高斯定理，单根导线周围某点的电场强度与该点到导线的直线距离的乘积等于 U/(ln2h/r)，h为导线对地高度，r为导线半径。当人体侵入带电区域后，会改变原本的电场强度分布，使其增大，故本实用新型以手臂为典型位置，取人体影响修正因子b对测得的电场强度E进行修正；又由于架空线路、变电站导线多为三相水平或垂直排列，三相叠加作用会使得导线外侧空间电场强度增强，等价于增加了电压U，故引入多相导线影响修正因子，对电压等级U进行修正；其中a小于0，b小于0，两个因子先根据仿真结果确定，再基于现场实测进行调整。利用上述式子折算近电距离，相对误差在15％左右。

单片机模块计算得到近电距离后，对安全阈值进行判断，如果超过阈值则给蜂鸣器6输出高电平触发信号，使其报警。阈值按照国家电网人员作业安全距离规定相关规范设置，即：

档位旋钮3拨到检测档时，单片机模块将不会向蜂鸣器6输出电平，距离显示无效，此时装置只能检测、显示电场强度，无其他功能。

当档位旋钮3不处于关机档，即装置开机状态下，可通过外部电源经过充电模块给锂电池充电，此外，锂电池输出电压经过电阻分压模块降低为0-5V模拟信号，输出至单片机模块ADC端口，单片机模块在每隔十个左右的电场检测循环都会读取该端口电压大小，从而可以计算得到电池电量百分比。

显示屏2由检测主板8的逆变模块供电，每个检测循环下，单片机模块都会将电场强度、近电距离、档位状态、电池电量百分比通过I/O口输出至显示屏2。

如图6所示，本装置安装在人体手臂上，施工作业时无法及时外接线充电，为延长其待机时间，检测主板8搭载了低功耗算法，由其单片机模块执行完成，其工作流程为：装置开机，检测主板8上电，单片机模块初始化运行，首先进入“慢扫模式”，此时每隔10s采集一次电场探头7数据，计算电场强度E，装置整体按照图2流程工作；

如果得到E≥0.2kV/m且持续1分钟，则进入“快扫模式”，单片机模块开始每2s采集一次电场探头7数据，计算电场强度，装置整体按照图2流程工作；如果不满足E≥0.2kV/m且持续1分钟，则单片机模块进入“休眠模式”，即所有管脚停止工作，所有采集和运算流程停止，单片机进入休眠。

如果在“快扫模式”下，相邻两次测得的电场强度值差别小于10％，且持续1分钟，则单片机模块也将进入“休眠模式”。

单片机模块进入“休眠模式”后，唤醒时钟开始计时，达到1分钟后单片机模块被“唤醒”，进入“慢扫模式”，装置整体按照图2流程工作。

本专利提供一种穿戴式近电感知装置，其结合电力施工安全规程，能够对不同电压等级下的近电距离进行监控和预警，并且考虑人体对电场畸变的影响，使得装置不会发生误报，其在应用场景上及推广前景上显著优于现有同类技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。同时在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。且在本实用新型的附图中，填充图案只是为了区别图层，不做其他任何限定。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种近电感知装置，其特征在于，包括：外壳(1)、显示屏(2)、档位旋钮(3)、蜂鸣器(6)、电场探头(7)、检测主板(8)和蓄电池(9)，显示屏(2)、档位旋钮(3)、蜂鸣器(6)和电场探头(7)均连接检测主板(8)，检测主板(8)连接电源，蜂鸣器(6)、电场探头(7)、检测主板(8)和蓄电池(9)均设于外壳(1)的内腔，显示屏(2)和档位旋钮(3)设于外壳(1)的外部。

2.根据权利要求1所述的一种近电感知装置，其特征在于：外壳(1)设有穿戴孔(5)。

3.根据权利要求1所述的一种近电感知装置，其特征在于：外壳(1)设有音孔(4)，音孔(4)设于蜂鸣器(6)的对应位置处。

4.根据权利要求1所述的一种近电感知装置，其特征在于：蓄电池(9)为锂电池。

5.根据权利要求1所述的一种近电感知装置，其特征在于：检测主板(8)包括放大滤波模块、分压电阻、单片机模块、逆变模块和充电模块，电场探头(7)连接放大滤波模块，放大滤波模块连接单片机模块和蜂鸣器(6)，单片机模块分别连接档位旋钮、逆变模块、蜂鸣器(6)和显示屏(2)，蓄电池(9)通过分压电阻连接单片机模块，充电模块连接逆变模块，蓄电池(9)通过档位旋钮(3)连接充电模块。

6.根据权利要求5所述的一种近电感知装置，其特征在于：档位旋钮(3)设有关机档位和6个电压等级档位，单片机模块设有6个I/O管脚，档位旋钮(3)的6个电压等级档位分别与单片机模块的6个I/O管脚相连，档位旋钮(3)的关机档位与蓄电池(9)相连。

7.根据权利要求6所述的一种近电感知装置，其特征在于：6个电压等级分别为10kV、35kV、110kV、220kV、500kV和大于500kV。

Images