CN221426876U - 一种近电预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种近电预警装置，属于近电预警技术领域，包括壳体和安装在壳体内的近电预警电路，近电预警电路包括单片机系统，触发模块，用于测量和处理电场信号的三维电场传感单元，配合用于测量和处理超声波信号的超声波测距单元，使测量更准确并提供应对高空施工机械复杂工况下多参量融合的解决措施，对周围电场与线路间距离进行实时测量，用于供电的电源系统，实时播报数据的语音模块，启动装置的按键模块，实时显示数据的LED显示模块，存储数据的存储模块，发出警示信号的报警模块和往终端传播数据的无线通信模块。缓解了电晕噪声干扰传统蜂鸣报警的现象，在距离较近、电场过高时发出报警信号，保障电力工作人员的人身安全。

Description

一种近电预警装置

技术领域

本实用新型属于近电预警技术领域，具体涉及一种近电预警装置。

背景技术

电力设备在其周围都会产生电磁场，研究表明，电力设备周围电场强度与距离之间呈现明显的正相关关系，即与带电体的距离越近，其所在位置的场强越大，因此电场强度可间接反映与带电体之间的距离。近年来，随着国家经济发展，长距离、宽走廊、高电压等级的输电线路在大规模建设中。输电走廊内的各类施工不断增加，垂直高度较高的吊车和斗臂车等高空施工机械上常有电力工作人员作业，作业区域离输电线路较近在所难免，这对他们的人身安全带来严重威胁，且不少电力工作人员常违反安全标准、操作规范施工，导致电力安全事故时有发生。

通常确定电场强度的方法有两种：计算法和测量法。虽然国内外学者广泛用边界元法、有限差分法等方法计算电场强度，但直接测量电场始终是最可靠最有效的方法。输电线路走廊内电场三维分布，现有的电场测量设备多通过二维或一维电场传感器测量，三维电场测量设备仍未广泛使用。虽专利申请号CN202210811675.9公开了三维电场强度测量装置，但其主要聚焦在气象研究、雷暴预警等复杂领域下三维电场强度的测量，缺少三维电场传感器在输电线路近电预警上的应用。现有的输电线路用电场测量装置也聚焦在结构、成本优化等问题，未来的改进方向是如何让电力工作人员便于携带和使用测量装置，电力作业车辆载有的近电预警装置尚未明确使用三维电场测量传感器，电场强度在单一方向上的精准测量并不能有效地预警高空施工机械与输电线路的安全距离，从而不能保证电力工作人员的人身安全。输电线路巡检常有测距项目，专利申请号CN202023019247.8公开了一种内含超声波测距模块的无人机，用于高空电力线路检修。电力作业车辆载有的近电预警装置主要使用电场传感器反映与输电线路的安全距离，缺少应对复杂作业工况下的多参量融合的解决措施，少有通过三维电场传感器搭配超声波传感器反映安全距离的解决方案。电压等级较高的输电线路电晕现象时有发生，现有的近电预警装置主要以蜂鸣器为报警手段，电晕噪声某种程度上会掩盖蜂鸣声。

因此，针对现有的近电预警装置主要使用电场传感器反映与输电线路的安全距离，缺少应对复杂作业工况下的多参量融合的解决措施，少有通过三维电场传感器搭配超声波传感器反映安全距离的解决方案，电压等级较高的输电线路电晕现象时有发生，现有的近电预警装置主要以蜂鸣器为报警手段，电晕噪声某种程度上会掩盖蜂鸣声，亟需一种用于吊车、斗臂车等高空施工机械的主动防御型近电预警装置，为电力工作人员提供更为主动的防护，不用时刻注意安全距离，在距离较近、电场过高时自动报警，进而提高带电作业的安全系数。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种近电预警装置，以解决现有的近电预警装置不能应对复杂作业工况下的多参量融合以及输电线路电晕噪声干扰传统蜂鸣报警的技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

本实用新型公开了一种近电预警装置，包括壳体和安装在壳体内部的近电预警电路，所述近电预警电路包括单片机系统，触发模块，三维电场传感单元，超声波测距单元，电源系统，语音模块，按键模块，LED显示模块，存储模块，报警模块和无线通信模块；

单片机系统的输出端分别与触发模块的输入端，语音模块的输入端，LED显示模块的输入端，报警模块的输入端和无线通信模块的输入端电连接；触发模块的输出端与分别与三维电场传感单元的输入端和超声波测距单元的输入端电连接，三维电场传感单元的输出端与单片机系统的第一输入端电连接，超声波测距单元的输出端与单片机系统的第二输入端电连接；电源系统的输出端与单片机系统的第三输入端电连接；按键模块的输出端与单片机系统的第四输入端电连接；存储模块与单片机系统双向电连接。

优选地，三维电场传感单元包括三维电场传感模块、电场信号处理模块和电场信号采集模块；三维电场传感模块的输出端与电场信号处理模块的输入端电连接，电场信号处理模块的输出端与电场信号采集模块的输入端电连接。

优选地，超声波测距单元包括超声波测距模块、超声波信号处理模块和超声波信号采集模块；超声波测距模块的输出端与超声波信号处理模块的输入端电连接，超声波信号处理模块的输出端与超声波信号采集模块的输入端电连接。

优选地，壳体顶面设置有与LED显示模块连接的显示屏。

优选地，壳体顶面设置有与按键模块连接的开关机按钮和紧急停止按钮。

优选地，壳体背面安装有与报警模块连接的警示灯，壳体背面还安装有与无线通信模块连接的天线。

优选地，壳体侧面安装有与语音模块连接的扩音器；扩音器设有1～4个。

优选地，壳体底面安装有2～6个卡扣。

优选地，壳体底面四角处安装有2～6个隔离垫。

优选地，壳体底面安装有与电源系统连接的电池。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种近电预警装置，用于吊车、斗臂车等高空施工机械，是一种基于三维电场传感器和超声波测距的主动防御型近电预警装置，包括壳体和安装在壳体内部的近电预警电路，近电预警电路包括单片机系统，触发模块，三维电场传感单元，超声波测距单元，电源系统，语音模块，按键模块，LED显示模块，存储模块，报警模块和无线通信模块。电源系统用于供电；按键模块启动单片机系统，单片机系统通过触发模块触发三维电场传感单元和超声波测距单元测量电场信号和超声波信号，三维电场传感单元和超声波测距单元对信号进行放大处理后，在LED显示模块实时显示，在存储模块存储，通过无线通信模块往各个终端传播；语音模块实时播报测量的数据和存储模块存储的安全操作规范；当距离较近或电场过高时，通过设置判据，报警模块发出警示信号。相较于二维或一维电场传感器，本实用新型公开的包含三维电场传感单元的近电预警装置测量更准确，配合超声波测距单元，提供了应对高空施工机械复杂工况下多参量融合的解决措施，对工作人员周围电场和与线路间距离进行实时测量，语音模块，报警模块和LED显示模块缓解了输电线路电晕噪声干扰传统蜂鸣报警的现象，在距离较近、电场过高时发出报警信号，保障电力工作人员的人身安全，做到防患于未然，解决了现有技术中存在的问题。三维电场传感单元不仅能更精确测量电力工作人员所处位置场强，而且可间接反映电力工作人员位置与输电线路的距离，融合超声波测距单元可应对高空施工机械的复杂工况。语音模块既可播报提前录音的安全操作规范，也可播报实时的安全距离和电场强度，搭配报警模块发挥距离较近、电场过高时的警示作用。同时，安全距离和电场强度在LED显示模块显示，并且通过无线通信模块向远端终端传输。

进一步地，三维电场传感单元包括三维电场传感模块、电场信号处理模块和电场信号采集模块；所述三维电场传感模块的输出端与电场信号处理模块的输入端电连接，电场信号处理模块的输出端与电场信号采集模块的输入端电连接；单片机系统通过触发模块触发三维电场传感模块测量电场信号，电场信号处理模块对被测量的电场信号进行信号放大等处理，后经电场信号采集模块在LED显示模块实时显示，并在存储模块存储。

进一步地，超声波测距单元包括超声波测距模块、超声波信号处理模块和超声波信号采集模块；所述超声波测距模块的输出端与超声波信号处理模块的输入端电连接，超声波信号处理模块的输出端与超声波信号采集模块的输入端电连接；单片机系统通过触发模块触发超声波测距模块测量超声波信号，超声波信号处理模块对被测量的超声波信号进行信号放大等处理，而后经超声波信号采集模块在LED显示模块实时显示，并在存储模块存储。

进一步地，壳体顶面设置有与LED显示模块连接的显示屏；可实时显示三维电场强度值和安全距离值等。

进一步地，壳体顶面设置有与按键模块连接的开关机按钮和紧急停止按钮；用于控制近电预警装置的开关机和在必要时紧急停止近电预警装置。

进一步地，壳体背面安装有与报警模块连接的警示灯，用于在距离较近、电场过高时警示电力工作人员；壳体背面还安装有与无线通信模块连接的天线；用于数据的无线通信，并传输至远方终端。

进一步地，壳体侧面安装有与语音模块连接的扩音器；所述扩音器设有1～4个；实时语音播报工作人员所处位置的三维电场强度和离输电线路的距离，并发出警告提醒，还可播放电力作业安全操作规范等。

进一步地，壳体底面安装有2～6个卡扣；可挂扣在吊车、斗臂车等高空施工机械载人平台的护栏上，方便拆卸和维护修理。

进一步地，壳体底面四角处安装有2～6个隔离垫；起保护装置的作用。

进一步地，壳体底面安装有与电源系统连接的电池；为近电预警装置内部和外部的各个模块供电。

附图说明

图1为本实用新型公开的近电预警装置的近电预警电路原理框图；

图2为本实用新型公开的近电预警装置的结构示意图；

图3为本实用新型公开的近电预警装置的结构底面示意图。

其中：1-单片机系统；2-触发模块；3-三维电场传感模块；4-电场信号处理模块；5-电场信号采集模块；6-超声波测距模块；7-超声波信号处理模块；8-超声波信号采集模块；9-电源系统；10-语音模块；11-按键模块；12-LED显示模块；13-存储模块；14-报警模块；15-无线通信模块；16-开关机按钮；17-紧急停止按钮；18-扩音器；19-显示屏；20-警示灯；21-天线；22-卡扣；23-隔离垫；24-电池。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

一种近电预警装置，包括壳体和安装在壳体内部的近电预警电路，近电预警电路包括单片机系统1，触发模块2，三维电场传感单元，超声波测距单元，电源系统9，语音模块10，按键模块11，LED显示模块12，存储模块13，报警模块14和无线通信模块15；单片机系统1的输出端分别与触发模块2的输入端，语音模块10的输入端，LED显示模块12的输入端，报警模块14的输入端和无线通信模块15的输入端电连接；触发模块2的输出端与分别与三维电场传感单元的输入端和超声波测距单元的输入端电连接，三维电场传感单元的输出端与单片机系统1的第一输入端电连接，超声波测距单元的输出端与单片机系统1的第二输入端电连接；电源系统9的输出端与单片机系统1的第三输入端电连接；按键模块11的输出端与单片机系统1的第四输入端电连接；存储模块13与单片机系统1双向电连接。三维电场传感单元包括三维电场传感模块3、电场信号处理模块4和电场信号采集模块5；三维电场传感模块3的输出端与电场信号处理模块4的输入端电连接，电场信号处理模块4的输出端与电场信号采集模块5的输入端电连接。超声波测距单元包括超声波测距模块6、超声波信号处理模块7和超声波信号采集模块8；超声波测距模块6的输出端与超声波信号处理模块7的输入端电连接，超声波信号处理模块7的输出端与超声波信号采集模块8的输入端电连接。壳体顶面设置有与LED显示模块12连接的显示屏19；壳体顶面设置有与按键模块11连接的开关机按钮16和紧急停止按钮17；壳体背面安装有与报警模块14连接的警示灯20，壳体背面还安装有与无线通信模块15连接的天线21；壳体侧面安装有与语音模块10连接的1～4个扩音器18；壳体底面安装有2～6个卡扣22；壳体底面四角处安装有2～6个隔离垫23；壳体底面安装有与电源系统连接的电池24。

参见图1为本实用新型公开的近电预警装置的近电预警电路原理框图；从图中可以看出，近电预警电路包括型号为stm32的单片机系统1，触发模块2，三维电场传感单元，超声波测距单元，电源系统9，语音模块10，按键模块11，LED显示模块12，存储模块13，报警模块14和无线通信模块15；单片机系统1的输出端分别与触发模块2的输入端，语音模块10的输入端，LED显示模块12的输入端，报警模块14的输入端和无线通信模块15的输入端电连接；触发模块2的输出端与分别与三维电场传感单元的输入端和超声波测距单元的输入端电连接，三维电场传感单元的输出端与单片机系统1的第一输入端电连接，超声波测距单元的输出端与单片机系统1的第二输入端电连接；电源系统9的输出端与单片机系统1的第三输入端电连接；按键模块11的输出端与单片机系统1的第四输入端电连接；存储模块13与单片机系统1双向电连接。三维电场传感单元包括三维电场传感模块3、电场信号处理模块4和电场信号采集模块5；三维电场传感模块3的输出端与电场信号处理模块4的输入端电连接，电场信号处理模块4的输出端与电场信号采集模块5的输入端电连接。超声波测距单元包括超声波测距模块6、超声波信号处理模块7和超声波信号采集模块8；超声波测距模块6的输出端与超声波信号处理模块7的输入端电连接，超声波信号处理模块7的输出端与超声波信号采集模块8的输入端电连接。

本实用新型公开的一种近电预警装置的操作原理为：在电源系统9的供电下，当开启按键模块11时，单片机系统1通过触发模块2触发三维电场传感模块3和超声波测距模块6测量电场信号和超声波信号。首先，电场信号处理模块4和超声波信号处理模块7分别对被测量的电场信号和超声波信号进行信号放大等处理，而后经电场信号采集模块5和超声波信号采集模块8在LED显示模块12实时显示，并在存储模块13存储。测量数据也可通过无线通信模块15往各个终端传播。语音模块10实时播报测量的数据和存储模块13存储的安全操作规范。当距离较近、电场过高时，通过设置判据，报警模块14发出警示信号。

参见图2为本实用新型公开的近电预警装置的结构示意图；从图中可以看出，该近电预警装置呈现近正方体，顶面上有两个椭圆形按键，开机按钮16和紧急停止按钮17，作用是控制装置的开关机和在必要时紧急停止装置。装置内部两个核心部件是分别安装于三维电场传感模块3和超声波测距模块6内的三维电场传感器和超声波测距传感器，分别测量电力工作人员所处位置的三维电场强度和离输电线路的距离。右侧面有两个圆形扩音器18，实时语音播报人员所处位置的三维电场强度和离输电线路的距离，发出警告提醒，还可播放电力作业安全操作规范等。装置顶面有矩形状的显示屏19，可实时显示三维电场强度值和安全距离值等。装置背面有2个天线21，用于数据的无线通信，传输至远方终端。此外，装置背面有警示灯20，用于在距离较近、电场过高时警示电力工作人员。

参见图3为本实用新型公开的近电预警装置的结构底面示意图；从图中可以看出，该近电预警装置的底面四边有4个卡扣22，可挂扣在吊车、斗臂车等高空施工机械载人平台的护栏上，方便拆卸和维护修理。底面四角处有隔离垫23，起保护装置的作用，底面中间也有电池24，为装置内部和外部的各个模块供电。

本实用新型公开的一种近电预警装置的操作方法为：当吊车、斗臂车载有电力工作人员时，将装置通过卡扣22挂扣在载人平台的护栏上，安装电池24。打开开机按钮16，扩音器18播放安全操作规范。三维电场传感模块3和超声波测距模块6也开始工作，测量人员位置处的三维电场强度和距线路的距离，在显示屏19上实时显示数值、扩音器18播报数值并通过天线21向远端传输，当距离较近、电场过高时警示灯20警示电力工作人员，扩音器18也会发出危险警告，保护电力工作人员的安全。

本实用新型公开的近电预警装置，可用于吊车、斗臂车等高空施工机械，是一种基于三维电场传感器和超声波测距的主动防御型近电预警装置，相较于二维或一维电场传感器，三维电场传感器测量更准确，配合超声波测距，提供了应对高空施工机械复杂工况下多参量融合的解决措施，对工作人员周围电场和与线路间距离进行实时测量，现有的近电预警装置主要以蜂鸣器为报警手段，电晕噪声某种程度上会掩盖蜂鸣声，而语音报警可以有效地解决此类问题。搭配有可视化界面可以实时显示三维电场强度、安全距离等数值，在距离较近、电场过高时发出报警信号，保障电力工作人员的人身安全，做到防患于未然，解决了现有技术中存在的问题。三维电场传感器不仅能更精确测量电力工作人员所处位置场强，而且可间接反映电力工作人员位置与输电线路的距离，融合超声波测距可应对高空施工机械的复杂工况。语音既可播报提前录音的安全操作规范，也可播报实时的安全距离和电场强度，搭配警示灯发挥距离较近、电场过高时的警示作用。同时，安全距离和电场强度在可视化屏幕上显示，并且通过天线向远端终端传输。相比于传统设置安全距离的方法，本实用新型公开的一种近电预警装置可为电力工作人员提供更为主动的防护，不用时刻注意安全距离，在距离较近、电场过高时自动报警，提高了带电作业的安全系数。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种近电预警装置，其特征在于，包括壳体和安装在壳体内部的近电预警电路，所述近电预警电路包括单片机系统(1)，触发模块(2)，三维电场传感单元，超声波测距单元，电源系统(9)，语音模块(10)，按键模块(11)，LED显示模块(12)，存储模块(13)，报警模块(14)和无线通信模块(15)；

所述单片机系统(1)的输出端分别与触发模块(2)的输入端，语音模块(10)的输入端，LED显示模块(12)的输入端，报警模块(14)的输入端和无线通信模块(15)的输入端电连接；触发模块(2)的输出端与分别与三维电场传感单元的输入端和超声波测距单元的输入端电连接，三维电场传感单元的输出端与单片机系统(1)的第一输入端电连接，超声波测距单元的输出端与单片机系统(1)的第二输入端电连接；电源系统(9)的输出端与单片机系统(1)的第三输入端电连接；按键模块(11)的输出端与单片机系统(1)的第四输入端电连接；存储模块(13)与单片机系统(1)双向电连接。

2.根据权利要求1所述的近电预警装置，其特征在于，所述三维电场传感单元包括三维电场传感模块(3)、电场信号处理模块(4)和电场信号采集模块(5)；所述三维电场传感模块(3)的输出端与电场信号处理模块(4)的输入端电连接，电场信号处理模块(4)的输出端与电场信号采集模块(5)的输入端电连接。

3.根据权利要求1所述的近电预警装置，其特征在于，所述超声波测距单元包括超声波测距模块(6)、超声波信号处理模块(7)和超声波信号采集模块(8)；所述超声波测距模块(6)的输出端与超声波信号处理模块(7)的输入端电连接，超声波信号处理模块(7)的输出端与超声波信号采集模块(8)的输入端电连接。

4.根据权利要求1所述的近电预警装置，其特征在于，所述壳体顶面设置有与LED显示模块(12)连接的显示屏(19)。

5.根据权利要求1所述的近电预警装置，其特征在于，所述壳体顶面设置有与按键模块(11)连接的开关机按钮(16)和紧急停止按钮(17)。

6.根据权利要求1所述的近电预警装置，其特征在于，所述壳体背面安装有与报警模块(14)连接的警示灯(20)，所述壳体背面还安装有与无线通信模块(15)连接的天线(21)。

7.根据权利要求1所述的近电预警装置，其特征在于，所述壳体侧面安装有与语音模块(10)连接的扩音器(18)；所述扩音器(18)设有1～4个。

8.根据权利要求1所述的近电预警装置，其特征在于，所述壳体底面安装有2～6个卡扣(22)。

9.根据权利要求1所述的近电预警装置，其特征在于，所述壳体底面四角处安装有2～6个隔离垫(23)。

10.根据权利要求1所述的近电预警装置，其特征在于，所述壳体底面安装有与电源系统连接的电池(24)。