專(zhuān)利名稱(chēng)：直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于直流輸變電工程電磁環(huán)境領(lǐng)域，具體地講是一種直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)我國(guó)直流輸電線路建設(shè)快速發(fā)展，直流輸電線路周?chē)碾姶怒h(huán)境問(wèn)題愈來(lái)愈引起人們的關(guān)注。合成場(chǎng)是直流輸電線路和換流站的主要電磁環(huán)境參數(shù)，隨著我國(guó)對(duì)高壓直流輸電工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的開(kāi)展，對(duì)合成場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，已成為一項(xiàng)重要工作。
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)直流輸電工程直流合成場(chǎng)測(cè)量方法都沒(méi)有明確的規(guī)定。國(guó)內(nèi)沒(méi)有廠家生產(chǎn)直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置，國(guó)外只有日本理音公司生產(chǎn)過(guò)單臺(tái)模擬的直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置，日本理音的這種合成場(chǎng)測(cè)量裝置通過(guò)指針顯示，讀數(shù)不方便，且只能單臺(tái)測(cè)量，不能給出統(tǒng)計(jì)值。而直流合成電場(chǎng)的大小受外界環(huán)境影響變化較大，特別是風(fēng)速的影響。為客觀地測(cè)量直流合成場(chǎng)的大小，掌握其分布規(guī)律，必須采取統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)大量的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。因此開(kāi)發(fā)具有統(tǒng)計(jì)功能的裝置來(lái)測(cè)量直流合成場(chǎng)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)多臺(tái)、同時(shí)、大數(shù)據(jù)量地測(cè)量直流合成場(chǎng)強(qiáng)，并實(shí)時(shí)傳送到PC機(jī)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，真實(shí)反映合成場(chǎng)強(qiáng)的大小和分布的直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，以克服現(xiàn)有單臺(tái)模擬測(cè)量裝置不能全面反映合成場(chǎng)強(qiáng)真實(shí)情況的不足。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置，它包括至少一臺(tái)下位機(jī)單元、上位機(jī)單元和PC機(jī)(計(jì)算機(jī))，每臺(tái)下位機(jī)單元分別與上位機(jī)單元實(shí)現(xiàn)通訊，上位機(jī)單元與PC機(jī)相連，其特點(diǎn)是下位機(jī)單元由合成場(chǎng)傳感器、信號(hào)處理電路、單片機(jī)、通訊模塊、A/D(模/數(shù)轉(zhuǎn)換)芯片和電源模塊組成，合成場(chǎng)傳感器的輸出端與信號(hào)處理電路輸入端相連，信號(hào)處理電路的輸出端分別與單片機(jī)和A/D芯片相接，A/D芯片輸出與單片機(jī)相連接，單片機(jī)還與通訊模塊相連接，電源模塊分別給單片機(jī)、A/D芯片和通訊模塊提供電源。
所述的上位機(jī)單元由通訊模塊、單片機(jī)、顯示屏、操作鍵盤(pán)和電源模塊組成，單片機(jī)分別與通訊模塊、顯示屏、操作鍵盤(pán)和PC機(jī)相連，電源模塊給單片機(jī)、通訊模塊提供電源。
上述合成場(chǎng)傳感器為電機(jī)帶動(dòng)的快門(mén)式合成場(chǎng)傳感器或磁震式合成場(chǎng)傳感器。
上述通信模塊為串口通信模塊或無(wú)線通信模塊。
直流合成場(chǎng)的測(cè)量方法是先由合成場(chǎng)傳感器將直流電場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流信號(hào)，信號(hào)處理電路包括極性判斷電路和幅值處理電路，實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的幅值放大和場(chǎng)強(qiáng)極性判斷功能；通信模塊保證上位機(jī)、下位機(jī)之間的通信；單片機(jī)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)地處理；PC機(jī)對(duì)單片機(jī)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、統(tǒng)計(jì)、分析，給出測(cè)量結(jié)果和各種圖表、特征值數(shù)據(jù)。
上述直流合成場(chǎng)包括幅值和極性，其中極性信號(hào)是用直流無(wú)刷電機(jī)控制板的霍爾轉(zhuǎn)速信號(hào)與幅值信號(hào)合成產(chǎn)生。
采用本發(fā)明的直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置，能便捷、有效、準(zhǔn)確地測(cè)量直流輸變電工程的合成場(chǎng)強(qiáng)的大小。為直流輸變電工程環(huán)境評(píng)價(jià)提供了科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)依據(jù)。同時(shí)，本發(fā)明采用全數(shù)字化顯示，具有友好的人機(jī)界面，是一種有統(tǒng)計(jì)分析功能的直流輸電工程合成場(chǎng)測(cè)量裝置，能便捷、有效、準(zhǔn)確地測(cè)量直流輸電工程的合成場(chǎng)強(qiáng)。


圖1是本發(fā)明直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置的電路方框圖。
圖2是本發(fā)明的下位機(jī)單元極性判斷電路原理圖。
圖3是本發(fā)明的下位機(jī)單元幅值處理電路原理圖。
圖4為本發(fā)明的另一種下位機(jī)單元極性判斷電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
本發(fā)明包括至少一臺(tái)下位機(jī)單元、上位機(jī)單元和PC機(jī)(圖1)，每臺(tái)下位機(jī)單元的通訊模塊與上位機(jī)單元的通訊模塊相連，上位機(jī)的單片機(jī)與PC機(jī)相連。所述的下位機(jī)單元由合成場(chǎng)傳感器、信號(hào)處理電路、單片機(jī)、通訊模塊、A/D芯片和電源模塊組成，合成場(chǎng)傳感器的輸出端分別與信號(hào)處理電路輸入端相連，信號(hào)處理電路的輸出端分別與單片機(jī)和A/D芯片相連，A/D芯片另一端與單片機(jī)相連，單片機(jī)再與通訊模塊相連，電源模塊分別與單片機(jī)、A/D芯片、通訊模塊相連。所述的上位機(jī)單元由通訊模塊、單片機(jī)、顯示屏、操作鍵盤(pán)和電源模塊組成，單片機(jī)分別與通訊模塊、顯示屏、操作鍵盤(pán)和電源模塊和PC機(jī)相連，電源模塊與通訊模塊相連。
本發(fā)明的下位機(jī)單元的信號(hào)處理電路由幅值放大電路、極性判斷電路(圖2)和幅值處理電路(圖3)構(gòu)成，其中幅值放大電路將合成場(chǎng)傳感器傳來(lái)的微弱交流信號(hào)經(jīng)3級(jí)放大10000倍達(dá)到伏級(jí)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)整流濾波成直流電壓信號(hào)，以供A/D芯片采樣。極性判斷電路將放大后的交流信號(hào)經(jīng)LM393與零電平相比較產(chǎn)生方波信號(hào)，送至D觸發(fā)器的D端，D觸發(fā)器的CLK端連接到直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速方波輸出端(傳感器相位信號(hào))，根據(jù)D觸發(fā)器的輸出Q端的電平高低來(lái)判斷直流電壓的極性；A/D芯片為了提高精度，減小體積，本發(fā)明采用12位的串口A/D轉(zhuǎn)換芯片A/D7895，同時(shí)用ADR421提供2.5伏的電源基準(zhǔn)，根據(jù)0-50kV/m的測(cè)量范圍，本發(fā)明理論上能夠達(dá)到12V/m的精度，若要進(jìn)一步提高精度應(yīng)采用24位的A/D芯片；單片機(jī)下位機(jī)主要功能是采樣A/D值和直流電壓的正負(fù)極性，用PIC2051單片機(jī)即可滿足要求；電源模塊采用寬范圍單端輸入雙端輸出的帶隔離型的模塊，將鋰電池電壓轉(zhuǎn)換為±5伏電壓為單片機(jī)和運(yùn)算放大器供電。通信模塊由于上下位機(jī)之間最長(zhǎng)距離可達(dá)50m，故選用485通信。
本發(fā)明的下位機(jī)單元工作原理是從傳感器引出的兩根電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后。此時(shí)信號(hào)分成兩路，一路經(jīng)過(guò)RC低通濾波后與整流電路相連，再經(jīng)過(guò)RC濾波后與AD7895芯片的第二腳相連，AD7895芯片的4、5、6和7腳與單片機(jī)的p1.0、p1.1、p1.2和p1.3相連；另一路信號(hào)與LM393相連，LM393的1腳經(jīng)過(guò)電阻R6后與U4E的11腳相連，U4E的10腳與4013的D端相連，直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速方波輸出端經(jīng)過(guò)R7后與U4A的1腳相連，U4A的2腳與4013的CLK端與相連，4013的Q端與單片機(jī)的P3.3端相連。單片機(jī)的RXD和TXD端分別與通信模塊485的1腳和4腳相連。電源模塊的1腳和2腳與鋰電池相連，鋰電池的6腳經(jīng)過(guò)100uH的電感后分別與單片機(jī)、AD7895、TL084和通信模塊485的VCC端相連，鋰電池的6腳經(jīng)過(guò)100uH的電感后與TL084的VSS端相連。
上述極性判斷電路也可以由一個(gè)加入光敏電阻的整形電路來(lái)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換后的電場(chǎng)交流信號(hào)相位一致的同步信號(hào)，電場(chǎng)信號(hào)和同步信號(hào)經(jīng)乘法器產(chǎn)生帶有極性的合成信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波正負(fù)直流電壓，正電壓表示正極，負(fù)電壓表示負(fù)極(圖4)。
本發(fā)明上位機(jī)單元主要有單片機(jī)模塊，它的主要功能是將下位機(jī)來(lái)的數(shù)據(jù)送給PC機(jī)，另外還將下位機(jī)來(lái)的數(shù)據(jù)在本單元的液晶上顯示，采用8051作為控制器；通信模塊有兩種，一種是485通信模塊，與下位機(jī)之間通信，另一種是CH431，它將8051的串行通信轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的USB接口，直接同PC機(jī)相連；液晶顯示接口用來(lái)連接液晶屏；電源模塊7805將鋰電池電壓轉(zhuǎn)換成+5V電壓，給單片機(jī)、液晶屏和其他芯片供電。
本發(fā)明PC機(jī)單元的顯示界面上的實(shí)時(shí)顯示窗口實(shí)時(shí)顯示從下位機(jī)單元傳來(lái)的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)排序窗口將實(shí)時(shí)顯示窗口的數(shù)據(jù)按小到大的順序排列；特征值窗口給出了滿足合成場(chǎng)環(huán)境評(píng)價(jià)的80％、95％、平均值和最大值；分布曲線圖給出了合成場(chǎng)的分布曲線，可以直觀地了解合成場(chǎng)的分布規(guī)律；另外PC機(jī)單元的軟件可選擇采樣100組數(shù)據(jù)的時(shí)間，還可將實(shí)時(shí)顯示窗口、數(shù)據(jù)排序窗口和特征值窗口的數(shù)據(jù)以表格形式保存。
本發(fā)明在測(cè)量時(shí)，線路、換流站的地面合成場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量的測(cè)點(diǎn)間距為5m，順序測(cè)至極導(dǎo)線地面投影點(diǎn)外或換流站圍墻外50m處止或根據(jù)實(shí)際情況測(cè)量至合理范圍。場(chǎng)磨應(yīng)使用1m×1m的金屬板作為接地參考平面，并將其可靠接地。
本發(fā)明的PC機(jī)安裝的軟件按10個(gè)測(cè)點(diǎn)地面合成場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)每次采樣100個(gè)數(shù)據(jù)，采樣間隔時(shí)間可設(shè)定，按大小排列，給出最大值、95％值也就是第95個(gè)、80％值也就是第80個(gè)，并繪出10個(gè)測(cè)點(diǎn)的分布曲線，以方便對(duì)直流線路或換流站的環(huán)境評(píng)價(jià)。另外本發(fā)明采用低功耗電機(jī)和元件，用鋰電池供電，便于長(zhǎng)時(shí)間野外測(cè)量和攜帶。
本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置，它包括至少一臺(tái)下位機(jī)單元、上位機(jī)單元和PC機(jī)，每臺(tái)下位機(jī)單元分別與上位機(jī)單元實(shí)現(xiàn)通訊，上位機(jī)單元與PC機(jī)相連，其特征在于下位機(jī)單元由合成場(chǎng)傳感器、信號(hào)處理電路、單片機(jī)、通訊模塊、A/D芯片和電源模塊組成，合成場(chǎng)傳感器的輸出端與信號(hào)處理電路輸入端相連，信號(hào)處理電路的輸出端分別與單片機(jī)和A/D芯片相接，A/D芯片輸出與單片機(jī)相連接，單片機(jī)還與通訊模塊相連接，電源模塊分別給單片機(jī)、A/D芯片和通訊模塊提供電源。
2.如權(quán)利要求1所述的直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于上位機(jī)單元由通訊模塊、單片機(jī)、顯示屏、操作鍵盤(pán)和電源模塊組成，單片機(jī)分別與通訊模塊、顯示屏、操作鍵盤(pán)和PC機(jī)相連，電源模塊給單片機(jī)、通訊模塊提供電源。
3.如權(quán)利要求1所述的直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于合成場(chǎng)傳感器為電機(jī)帶動(dòng)的快門(mén)式合成場(chǎng)傳感器或磁震式合成場(chǎng)傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于通信模塊為串口通信模塊或無(wú)線通信模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置的測(cè)量方法是先由合成場(chǎng)傳感器將直流電場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流信號(hào)，信號(hào)處理電路包括極性判斷電路和幅值處理電路，實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的幅值放大和場(chǎng)強(qiáng)極性判斷功能；通信模塊保證上位機(jī)、下位機(jī)之間的通信；單片機(jī)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)地處理；PC機(jī)對(duì)單片機(jī)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、統(tǒng)計(jì)、分析，給出測(cè)量結(jié)果和各種圖表、特征值數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述的直流合成場(chǎng)測(cè)量方法，其特征在于直流合成場(chǎng)包括幅值和極性，其中極性信號(hào)是用直流無(wú)刷電機(jī)控制板的霍爾轉(zhuǎn)速信號(hào)與幅值信號(hào)合成產(chǎn)生。
7.如權(quán)利要求5所述的直流合成場(chǎng)測(cè)量方法，其特征在于信號(hào)處理電路由幅值放大電路、極性判斷電路和幅值處理電路構(gòu)成，其中幅值放大電路將合成場(chǎng)傳感器傳來(lái)的微弱交流信號(hào)經(jīng)3級(jí)放大10000倍達(dá)到伏級(jí)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)整流濾波成直流電壓信號(hào)，以供A/D芯片采樣；極性判斷電路是將放大后的交流信號(hào)經(jīng)LM393與零電平相比較產(chǎn)生方波信號(hào)，送至D觸發(fā)器的D端，D觸發(fā)器的CLK端連接到直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速方波輸出端，根據(jù)D觸發(fā)器的輸出Q端的電平高低來(lái)判斷直流電壓的極性。
8.如權(quán)利要求7所述的直流合成場(chǎng)測(cè)量方法，其特征在于極性判斷電路由一個(gè)加入光敏電阻的整形電路來(lái)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換后的電場(chǎng)交流信號(hào)相位一致的同步信號(hào)，電場(chǎng)信號(hào)和同步信號(hào)經(jīng)乘法器產(chǎn)生帶有極性的合成信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波正負(fù)直流電壓，正電壓表示正極，負(fù)電壓表示負(fù)極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流合成場(chǎng)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，它包括至少一臺(tái)下位機(jī)單元、上位機(jī)單元和PC機(jī)，每臺(tái)下位機(jī)單元分別與上位機(jī)單元實(shí)現(xiàn)通訊，上位機(jī)的單片機(jī)與PC機(jī)相連，其特點(diǎn)是下位機(jī)單元由合成場(chǎng)傳感器、信號(hào)處理電路、單片機(jī)、通訊模塊、A/D芯片和電源模塊組成，合成場(chǎng)傳感器的輸出端與信號(hào)處理電路輸入端相連，信號(hào)處理電路的輸出端分別與單片機(jī)和A/D芯片相接，A/D芯片輸出與單片機(jī)相連接，單片機(jī)還與通訊模塊相連接，電源模塊分別給單片機(jī)、A/D芯片和通訊模塊提供電源。本發(fā)明采用全數(shù)字化顯示，具有友好的人機(jī)界面，是一種有統(tǒng)計(jì)分析功能的直流輸電工程合成場(chǎng)測(cè)量裝置，能便捷、有效、準(zhǔn)確地測(cè)量直流輸電工程的合成場(chǎng)強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01R29/10GK101093608SQ20071005264
公開(kāi)日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日
發(fā)明者鄔雄, 萬(wàn)保權(quán), 張廣洲, 張建功, 張業(yè)茂 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究院