專利名稱：非接觸式超高壓驗電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電カ系統(tǒng)中帶電設(shè)備驗電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超聲波和電磁感應(yīng)相結(jié)合的對帶電設(shè)備進(jìn)行驗電檢測的非接觸式超高壓驗電裝置。
背景技術(shù)：
高壓電カ線路是國家經(jīng)濟(jì)的命脈，在實際運(yùn)行的電カ系統(tǒng)中帶電線路和帶電設(shè)備無處不在，工作人員在進(jìn)行線路及設(shè)備的檢測前必須對帶電體進(jìn)行識別和定位，在確定線路不帶電之后才能進(jìn)行檢修工作，從而保障人身安全及保證電カ系統(tǒng)的正常運(yùn)行。驗電器是用來檢測電カ設(shè)備上是否存在電壓的常用工具之一，目前國內(nèi)外超高壓帶電體識別和定位技術(shù)按驗電方式可以分為兩大類ー類是接觸式帶電體識別和定位技木，另ー類是非接觸式檢帶電體識別和定位技術(shù)。其中，接觸式驗電器在電カ系統(tǒng)中已有實際應(yīng)用，且已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對接觸式驗電器的設(shè)計、制造機(jī)試驗方法進(jìn)行了規(guī)范；而非接觸式驗電器目前還處在研制和試驗階段?，F(xiàn)有的接觸式驗電器主要有高壓電容式驗電器、火花間隙法驗電器、分壓電阻式驗電器等。由于接觸式驗電器在驗電操作時必須與高壓設(shè)備直接接觸，因此存在操作桿長，不便攜帯，不易操作的缺點，特別在超高壓線路和設(shè)備場合，安全距離遠(yuǎn)，絕緣要求高，在電壓等級高而絕緣條件得不到保證的情況下，存在一定的安全隱患，容易影響人身安全，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡；同時隨著超高壓、特高壓輸電技術(shù)的成熟，輸電線路的電壓等級越來越高,根據(jù)高壓輸電線路離地高度的規(guī)定,一般來說線路電壓等級越高,線路安全距離要求就越高，一般的驗電桿的長度和撓度難以滿足要求，給接觸式驗電器的操作帶來了不便。鑒于接觸式驗電器的以上不足，非接觸式驗電器受到了廣泛的關(guān)注，現(xiàn)有的非接觸式帶電體識別和定位技術(shù)主要是利用電磁感應(yīng)的方法，對高壓エ頻電場信號強(qiáng)度進(jìn)行測量，通過電磁理論計算結(jié)果，從而檢測帶電體的電壓和帶電識別。如專利號為200720125147. 9的中國實用新型專利、專利號為201020170413. I的中國實用新型專利以及專利號為201120035590. 3的中國實用新型專利所公開的幾種特高壓驗電設(shè)備，主要包括紫外傳感器電路、光電隔離電路、微處理器、溫濕度采集電路、觸控控制電路、微處理器的輸出端相連的指示電路、與微處理器相連的存儲器擴(kuò)展電路以及分別與紫外傳感器電路、光電隔離電路、微處理器、溫濕度采集電路、觸控控制電路相連的電源電路；紫外傳感器電路通過光電隔離電路與微處理器的輸入端相連，溫濕度采集電路的輸出端、觸控控制電路的輸出端與微處理器的輸入端相連。由紫外傳感電路獲取有效距離內(nèi)的高壓系統(tǒng)的放電信號，傳輸至處理器進(jìn)行信號處理，再通過處理器統(tǒng)計放電脈沖數(shù)值對電氣設(shè)備進(jìn)行驗電檢測。上述幾種非接觸式驗電器雖然可以有效避免人身安全事故，保證電カ系統(tǒng)安全生產(chǎn)，但是普遍存在驗電結(jié)果重復(fù)性不好、可靠性不高、方向性差的缺點，很難現(xiàn)場準(zhǔn)確判斷哪ー相線路或設(shè)備帶電，無法有效實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種方向性好、靈敏度高，能夠準(zhǔn)確定位帶電線路或設(shè)備的具體位置的非接觸式超聲波驗電裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案非接觸式高壓驗電裝置，包括超聲波接收單元、電磁信號接收單元、金屬屏蔽殼體及設(shè)置于所述屏蔽殼體內(nèi)的主控電路板；超聲波接收單元包括超聲波換能器和設(shè)置于屏蔽殼體前端的定向超聲毫米波信號接收體，該定向超聲毫米波信號接收體為非金屬材料制成的拋物面形結(jié)構(gòu)，超聲波換能器通過安裝支架安裝在定向超聲毫米波信號接收體的焦點位置，超聲波換能器與主控電路板電連接；電磁信號接收單元包括偶數(shù)個設(shè)置于定向超聲 毫米波信號接收體上、且靠近定向超聲毫米波信號接收體邊緣沿圓周對稱分布的電磁信號接收天線，電磁信號接收單元與主控電路板電連接；主控電路板設(shè)置有與超聲波接收單元相連的超聲波信號處理模塊、與電磁信號接收單元相連的多通道電磁信號處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、音頻輸出模塊以及分別與超聲波信號處理模塊、電磁信號處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和音頻輸出模塊相連的處理芯片；處理芯片對接收自超聲波信號處理模塊的超聲波信號和接收自多通道電磁信號處理模塊的電磁信號進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)字窄帶濾波處理及數(shù)字信號特征提取和判斷，并對電磁信號進(jìn)行對稱通道差分處理及定位運(yùn)算，將處理結(jié)果傳送至數(shù)據(jù)顯示模塊和音頻輸出模塊輸出。本發(fā)明的超聲波信號處理模塊包括依次相連的超聲波濾波電路、超聲波放大電路、超聲波變頻解調(diào)電路及超聲波包絡(luò)檢波電路，用于將接收到的超聲波信號進(jìn)行濾波、放大、變頻解調(diào)及檢波處理。本發(fā)明的多通道電磁信號處理模塊包括與所述電磁信號接收天線對應(yīng)相連的電磁波濾波電路以及電磁波放大和檢波電路，用于將接收到的電磁波信號進(jìn)行濾波、放大及檢波處理。本發(fā)明的音頻輸出模塊包括依次相連的D/A轉(zhuǎn)換模塊和驅(qū)動放大電路。本發(fā)明的電磁信號接收天線為雙層PBC結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在所述屏蔽殼體頂部設(shè)置有光學(xué)瞄準(zhǔn)器。本發(fā)明在所述定向超聲毫米波信號接收體上加工有觀測孔，所述觀測孔位于所述光學(xué)瞄準(zhǔn)器的水平光軸上。本發(fā)明采用超聲波與電磁信號檢測相結(jié)合的方式，對超高壓線路電暈放電輻射的超聲波信號和電磁輻射信號進(jìn)行定向接收，對接收的超聲波信號進(jìn)行包絡(luò)檢波處理并在后端芯片處理過程中對檢波后的包絡(luò)信號進(jìn)行エ頻信號頻率特征提取，通過顯示和監(jiān)聽エ頻信號圖像及聲音來判斷帶電設(shè)備的帶電情況，避免了傳統(tǒng)超聲波檢測方法中直接對接收的超聲波信號進(jìn)行采樣和監(jiān)聽而可能造成的誤判，從而提高了驗電的準(zhǔn)確性；同時采用多路電磁信號接收天線組成的接收單元，將接收到的多路信號進(jìn)行差分處理，對待測設(shè)備水平及垂直的位置進(jìn)行定位，從而實現(xiàn)高壓帶電設(shè)備的驗電檢測，準(zhǔn)確定位具體帶電的某個單相線路。本發(fā)明充分利用了超聲波檢測方向性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)以及電磁信號的靈敏度高的特點，采用非接觸的方式進(jìn)行檢測，可以遠(yuǎn)距離進(jìn)行操作，能確保操作者的安全。


圖I為本發(fā)明實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明的電路原理框圖；圖4為本發(fā)明驗電檢測示意圖；圖5為本發(fā)明實施例3的示意圖；圖6為本發(fā)明實施例4的示意圖。下面結(jié)合附圖和各實施例對本發(fā)明進(jìn)ー步詳細(xì)說明。
具體實施例方式實施例I如圖I所示，本實施例的超高壓驗電裝置包括超聲波接收單元I、電磁信號接收單元2、屏蔽殼體3、手柄4以及光學(xué)瞄準(zhǔn)器5。其中，超聲波接收單元I包括超聲波換能器la、定向超聲毫米波信號接收體Ib以及安裝支架lc。屏蔽殼體3為金屬圓筒形中空結(jié)構(gòu)，屏蔽殼體3內(nèi)設(shè)置有主控電路板，屏蔽殼體3可以對電磁信號進(jìn)行屏蔽。超聲波接收單元I設(shè)置于屏蔽殼體3的前部，手柄4設(shè)置于屏蔽殼體3的后部，以方便操作人員手持。定向超聲毫米波信號接收體Ib固定安裝在屏蔽殼體3前端，本發(fā)明的定向超聲毫米波信號接收體Ib由非金屬材料制成，如有機(jī)玻璃、硬質(zhì)塑料等，定向超聲毫米波信號接收體Ib呈拋物面形狀。超聲波換能器Ia通過安裝支架Ic安裝在定向超聲毫米波信號接收體Ib的焦點位置上，超聲波換能器Ia與安裝于屏蔽殼體3內(nèi)的主控電路板電連接。本發(fā)明的超聲毫米波信號接收體Ib采用拋物面形狀，可以將到達(dá)其反射面的超聲毫米波信號反射聚焦到超聲波換能器Ia上，增強(qiáng)超聲波換能器Ia接收到的信號強(qiáng)度，從而增加超聲波信號的檢測靈敏度。同時參照圖2，本發(fā)明的電磁信號接收單元2由偶數(shù)個矩形的電磁信號接收天線組成，本實施例的電磁信號接收天線為單面覆銅的PCB板，PCB板可采用玻璃纖維板制成。本實施例中在定向超聲毫米波信號接收體Ib上靠近其邊緣位置設(shè)置了 4片沿圓周對稱分布的電磁信號接收天線，由于本發(fā)明的定向超聲毫米波信號接收體Ib為非金屬材料制成，因此電磁信號接收單元2可直接設(shè)置于定向超聲毫米波信號接收體Ib的內(nèi)側(cè)壁或外側(cè)壁上，本實施例中電磁信號接收天線安裝于定向超聲毫米波信號接收體Ib的內(nèi)側(cè)壁。電磁信號接收單元2與主控電路板電連接。將電磁信號接收天線采用上下左右対稱的布置方式，從而利用電磁信號實現(xiàn)帶電體的檢測定位。作為優(yōu)選的實施例，在屏蔽殼體3頂部設(shè)置有光學(xué)瞄準(zhǔn)器5，在定向超聲毫米波信號接收體Ib上加工有觀測孔a，觀測孔a位于光學(xué)瞄準(zhǔn)器5的水平光軸上。采用光學(xué)瞄準(zhǔn)裝置，通過光輔助定位，驗電檢測時操作人員可在安全距離范圍內(nèi)更為準(zhǔn)確地定位帶電體，避免與高壓設(shè)備相接觸，安全性高。此外，當(dāng)定向超聲毫米波信號接收體Ib采用透明的非金屬材料制成時，在定向超聲毫米波信號接收體Ib上則無須設(shè)置觀測孔a，光學(xué)瞄準(zhǔn)器5可以直接透過定向超聲毫米波信號接收體Ib進(jìn)行觀測定位。如圖3所示，本發(fā)明的主控電路板上設(shè)置有超聲波信號處理模塊A、多通道電磁信號處理模塊B、處理芯片C、數(shù)據(jù)顯示模塊D及音頻輸出模塊E，處理芯片C分別與超聲波信號處理模塊A、多通道電磁信號處理模塊B、數(shù)據(jù)顯示模塊D及音頻輸出模塊E相連，本實施例中處理芯片C的型號為C8051F021。超聲波信號處理模塊A包括依次連接的超聲波濾波電路、超聲波放大電路、超聲波變頻解調(diào)電路及超聲波包絡(luò)檢波電路，超聲波換能器Ia接收到超聲毫米波信號后，將信號送入超聲波信號處理模塊A中，由超聲波信號處理模塊A對超聲毫米波信號濾波放大后進(jìn)行變頻解調(diào)及包絡(luò)檢波處理，然后傳送至處理芯片C。多通道電磁信號處理模塊B包括電磁波濾波電路和電磁波放大與檢波電路，本發(fā)明設(shè)置有多個電磁信號接收天線，每一電磁信號接收天線單獨與一路電磁波濾波電路及電磁波放大與檢波電路相連，多通道電磁信號處理模塊B將來自多路電磁信號接收天線的電磁波信號進(jìn)行濾波、放大及檢波處理，然后傳送至處理芯片C。本發(fā)明的電磁信號采用多路電磁信號接收天線接收，可以實現(xiàn)帶電高壓設(shè)備的準(zhǔn)確定位。處理芯片C對接收到的超聲波信號和電磁信號進(jìn)行A/D采樣轉(zhuǎn)換，提取驗電信號的有效信息，并對多路電磁信號進(jìn)行差分處理定位運(yùn)算。處理芯片C將處理結(jié)果傳送至數(shù)據(jù)顯示模塊D，通過數(shù)據(jù)顯示模塊D顯示，本實施例的數(shù)據(jù)顯示模塊的型號為DMlOOX ;同時處理結(jié)果還通過音頻輸出模塊E輸出，本實施例的音頻輸出模塊E包括依次連接的D/A轉(zhuǎn)換模塊和驅(qū)動放大電路，處理結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換與后端放大后形成音頻輸出。
本發(fā)明的超聲波帶電體識別和定位技術(shù)的基本原理為檢測高壓線路或設(shè)備是否帶電通過檢測高壓線路上的電暈放電時產(chǎn)生的超聲波信號和帶電時的電磁輻射信號來進(jìn)行，首先超聲波接收單元和由多路電磁信號接收天線組成的電磁信號接收單元分別接收超聲波信號和電磁信號，然后將接收到的信號傳送給各自的信號處理模塊，對應(yīng)的信號處理模塊首先對超聲波信號和電磁信號都分別進(jìn)行濾波處理，然后對超聲波信號進(jìn)行放大、變頻解調(diào)及包絡(luò)檢波處理，對電磁信號進(jìn)行放大檢波處理，處理后的超聲波信號和電磁信號一起傳送至處理芯片；處理芯片內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊對超聲波信號和電磁信號進(jìn)行米樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后對轉(zhuǎn)換后的超聲波信號和電磁信號進(jìn)行數(shù)字窄帶濾波處理，以增強(qiáng)驗電裝置的抗干擾性能，保證驗電的準(zhǔn)確性；然后采用數(shù)字信號處理技術(shù)分別對數(shù)字超聲波信號和電磁信號進(jìn)行工頻特征頻率提取，判斷信號是否為帶電體產(chǎn)生的超聲信號與電磁信號，同時對多通道電磁信號進(jìn)行對稱通道差分處理，判斷定向超聲毫米波信號接收體是否對準(zhǔn)被測試的帶電體，從而確定待測設(shè)備帶電情況以及水平和垂直方向；然后將處理結(jié)果分別通過圖像和音頻輸出，得到帶電體識別和定位結(jié)果。本發(fā)明結(jié)合不同性質(zhì)、不同形式信號，實現(xiàn)高壓線路與設(shè)備驗電的準(zhǔn)確定位。如圖4所示，在實際檢測中，將驗電裝置對準(zhǔn)需要檢測的超高壓電力線路或設(shè)備，利用耳機(jī)和顯示器來監(jiān)聽、觀察是否有高壓產(chǎn)生的電暈的放電與電磁信號，當(dāng)顯示信號為工頻特征信號同時監(jiān)聽的電暈檢波信號也為工頻特征聲音時，則說明線路帶電；移動驗電裝置到聲音最大并且觀察到指示信號最強(qiáng)的線路則為檢測的線路；此外，當(dāng)本發(fā)明結(jié)合光學(xué)瞄準(zhǔn)裝置，透過觀測孔可以更為準(zhǔn)確確定檢測的相應(yīng)線路。這一方法充分結(jié)合了超聲毫米波檢測器的強(qiáng)方向性和電磁信號檢測的高靈敏度，設(shè)計了方向性好，靈敏度高的驗電器，能夠準(zhǔn)確定位帶電線路的具體位置。實施例2本實施例與實施例I不同的地方在于本實施例的電磁信號接收單元中的電磁信號接收天線為在PCB板的兩面覆銅的雙層結(jié)構(gòu)。采用雙層結(jié)構(gòu)的接收天線更利于空間接收信號的穩(wěn)定，將接收天線接收的電磁信號再通過多通道進(jìn)行差分式處理與比較，從而實現(xiàn)對接收信號水平和垂直方向的定位。
實施例3如圖5所示，本實施例與實施例I不同的地方在于本實施例的電磁信號接收單元2包括了 2片設(shè)置于在定向超聲毫米波信號接收體Ib上邊緣位置的沿圓周對稱分布的電磁信號接收天線，該電磁信號接收天線的形狀為圓形片狀。實施例4如圖6所示，本實施例與實施例I不同的地方在于本實施例的電磁信號接收單元2包括了 8片間隔 設(shè)置于在定向超聲毫米波信號接收體Ib上邊緣位置的沿圓周對稱分布的電磁信號接收天線。本發(fā)明可用于交流50Hz額定電壓為220KV — 1000KV的供電線路、高壓設(shè)備以及高壓試驗裝置等帶電體電壓的檢測、顯示、報警等，與現(xiàn)有高壓驗電器相比具有以下優(yōu)點可以在電氣安全距離外非接觸測試被測物是否帶電，方向性好，鑒別度高，避免與高壓設(shè)備相接觸，安全性高。采用定向超聲波換能器與多路電磁信號接收單元，通過超聲波通道和電磁多通道對信號進(jìn)行濾波與信號特征提取濾除干擾、提取驗電信號的有效信息、實現(xiàn)多路信號定位運(yùn)算、差分處理與比較，實現(xiàn)待測電路或設(shè)備水平和垂直方向的準(zhǔn)確定位。定向超聲毫米波信號接收體采用非金屬材料，重量輕，便于攜帶。結(jié)構(gòu)設(shè)計便于操作，把手設(shè)計人性化，方便使用和攜帶。操作可以在地面進(jìn)行，大大減輕高壓線路檢修的勞動強(qiáng)度，省工省力，提高電力檢修的工作效率。
權(quán)利要求
1.非接觸式高壓驗電裝置，包括超聲波接收單元、電磁信號接收單元、金屬的屏蔽殼體及設(shè)置于所述屏蔽殼體內(nèi)的主控電路板；其特征在于 所述超聲波接收單元包括超聲波換能器和設(shè)置于所述屏蔽殼體前端的定向超聲毫米波信號接收體，所述定向超聲毫米波信號接收體為非金屬材料制成的拋物面形結(jié)構(gòu)，所述超聲波換能器通過安裝支架安裝在所述定向超聲毫米波信號接收體的焦點位置，所述超聲波換能器與所述主控電路板電連接； 所述電磁信號接收單元包括偶數(shù)個間隔設(shè)置于所述定向超聲毫米波信號接收體上、且靠近所述定向超聲毫米波信號接收體邊緣并沿圓周對稱分布的電磁信號接收天線，所述電磁信號接收單元與所述主控電路板電連接； 所述主控電路板設(shè)置有與超聲波接收單元相連的超聲波信號處理模塊、與電磁信號接收單元相連的多通道電磁信號處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、音頻輸出模塊以及分別與所述超聲波信號處理模塊、多通道電磁信號處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和音頻輸出模塊相連的處理芯片；所述處理芯片對接收自超聲波信號處理模塊的超聲波信號和接收自多通道電磁信號處理模塊的電磁信號進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)字窄帶濾波處理及數(shù)字信號特征提取和判斷，并對電磁信號進(jìn)行對稱通道差分處理及定位運(yùn)算，將處理結(jié)果傳送至數(shù)據(jù)顯示模塊和音頻輸出模塊輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式高壓驗電裝置，其特征在于所述超聲波信號處理模塊包括依次連接的超聲波濾波電路、超聲波放大電路、超聲波變頻解調(diào)電路及超聲波包絡(luò)檢波電路，用于將接收到的超聲波信號進(jìn)行濾波、放大、變頻解調(diào)及包絡(luò)檢波處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式高壓驗電裝置，其特征在于所述多通道電磁信號處理模塊包括與所述電磁信號接收天線對應(yīng)相連的電磁波濾波電路以及電磁波放大和檢波電路，用于將接收到的電磁波信號進(jìn)行濾波、放大及檢波處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式高壓驗電裝置，其特征在于所述音頻輸出模塊包括依次連接的D/A轉(zhuǎn)換模塊和驅(qū)動放大電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式高壓驗電裝置，其特征在于所述電磁信號接收天線為雙層PCB結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式高壓驗電裝置，其特征在于在所述屏蔽殼體頂部設(shè)置有光學(xué)瞄準(zhǔn)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非接觸式高壓驗電裝置，其特征在于在所述定向超聲毫米波信號接收體上加工有觀測孔，所述觀測孔位于所述光學(xué)瞄準(zhǔn)器的水平光軸上。
全文摘要
非接觸式高壓驗電裝置，包括超聲波接收單元、電磁信號接收單元、屏蔽殼體及主控電路板；超聲波接收單元包括超聲波換能器和定向超聲毫米波信號接收體，定向超聲毫米波信號接收體為非金屬拋物面形結(jié)構(gòu)，超聲波換能器通過安裝支架安裝在定向超聲毫米波信號接收體的焦點位置并與主控電路板電連接；電磁信號接收單元包括偶數(shù)個設(shè)置于定向超聲毫米波信號接收體上且靠近定向超聲毫米波信號接收體邊緣沿圓周對稱分布的電磁信號接收天線并與主控電路板電連接；主控電路板設(shè)置有超聲波信號處理模塊、多通道電磁信號處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、音頻輸出模塊以及處理芯片。本發(fā)明結(jié)合不同性質(zhì)、不同形式信號，實現(xiàn)高壓設(shè)備驗電的定位，方向性好、靈敏度高。
文檔編號G01R19/155GK102645573SQ20121014637
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者付咪, 白麗娜, 郭宏福, 郭晉西 申請人:西安電子科技大學(xué)