一种被动式降低塔吊感应电压危害的装置及方法与流程

文档序号：14300489阅读：398来源：国知局

本发明涉及感应高电压测量技术，具体涉及一种被动式降低塔吊感应电压危害的装置及方法。

背景技术：

现代的各大施工现场，我们往往随处可见那种建筑使用的塔吊，而对于这种高耸竖立的十字架大型钢架结构以及其内部固定支架间构成的闭合回路，当受到外部电磁波辐射时会感应出高电压。然而，这种感应产生的高电压极大的危害了现场施工人员的生命及财产安全，同时给工程带来了极大的不稳定性因素。因此，塔吊感应高压是现实生活中面临的亟待解决的现实问题，这类问题的研究解决对于建筑行业来说尤为重要。

然而，目前的研究表明很少有关于塔吊感应高压问题的研究及良好的解决方案。现在的极少数人研究提出的解决方案将塔吊的防雷接地、防静电接地、防电磁辐射感应电接地等保护性接地系统与工作接地、电气设备接地等工作性接地系统共用一个接地网络形成一个混合接地系统，上端连接避雷装置，中部连接塔吊钢架结构，下端与接地网相连，从而形成一等电位的“法拉第笼”。利用适当值的电容与地连接，从而保证不同频的感应电泄入大地。

另外，在塔吊钩附近做一自由移动的具有多频附件接地系统，当吊钩准备挂物料时，用附件接地系统的接线夹子夹住吊钩上部钢丝绳，将不同频率电荷导入大地，以达到保护的目的。

针对上面所提到的混合接地系统形成的“法拉第套笼”以及移动附件泄压装置，在实际应用当中并没有很好的解决塔吊感应电压的问题，同时其在实际操作中实现起来较为复杂不便。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种可操作性更高的降低塔吊感应电压的装置及其控制方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的被动式降低塔吊感应电压危害的装置包括：位移传感器、信号采样及处理模块、a/d转换器、主控制模块、继电器和第一回路，所述第一回路包括电阻r、电感l、电容c和分段投切电路，所述分段投切电路通过引线接入第一回路中电容c两端；

所述位移传感器的输出端连接信号采样及处理模块，所述信号采样及处理模块的输出端连接a/d转换器，所述a/d转换器的输出端连接主控制模块，所述主控制模块的输出端连接继电器，所述继电器的输出端连接分段投切电路；

所述位移传感器用于将塔吊吊钩的位置变化转换成变化的电信号，所述信号采样及处理模块用于对位移传感器输出的电信号进行采样、放大和滤波处理，所述a/d转换器用于将输入的模拟信号转化成数字信号，所述主控制模块用于根据输入信号数据计算第一回路构成的第一闭合回路与塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝吊绳和大地构成的第二闭合回路之间的互感系数m12，并输出控制信号，控制继电器，进而控制分段投切电路，改变第一闭合回路中电容c的值。

进一步地，所述主控制模块包括：dsp芯片、ram存储器和cpld芯片，所述dsp芯片连接ram存储器，ram存储器连接cpld芯片，dsp芯片通过cpld芯片来控制输出。

基于上述被动式降低塔吊感应电压危害的装置实现的被动式降低塔吊感应电压危害的方法，具体步骤包括：

步骤1、当塔吊临近外部电磁发射源时会在由塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝吊绳和大地构成的面积为s2的第二闭合回路上感应出电压u2，同时也会在由电阻r、电感l和电容c构成的面积为s1的第一回路中感应出电压u1，第一回路中的电流为i1，通过位移传感器确定塔吊吊钩的位置，将塔吊吊钩的位置变化转换成变化的电信号并将传感器所得的数据输送给主控制模块；

步骤2、主控制模块计算出第一回路与第二回路之间的互感系数m12，同时输出控制信号控制继电器；

步骤3、继电器来根据接收到的控制信号控制电容分段投切装置，通过改变第一回路中电容c的值，使第一回路中的电流i1发生规律的变化；

步骤4、第一回路中的电流i1规律的变化能够在第二回路中感生出与u2方向相反的电压u2′，抵消第二回路中的感应电压u2。

进一步地，所述步骤1中电压u1与电压u2满足关系式：其中，k为比例系数。

进一步地，所述步骤3中第一回路中电流i1与电压u1和电阻r、电感l和电容c的关系式为：

进一步地，所述步骤4中感生出的电压u2′的大小为：

u2′＝jωm12i1

其中，j为虚数,ω＝2πf,f代表电路中电压和电流信号的频率。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的被动式降低塔吊感应电压危害的装置，仅包括位移传感器、信号采样及处理模块、a/d转换器、主控制模块、继电器和第一回路六个部分，装置结构简单，易于装配，而且能够通过主控制模块实现自动控制，操作简单，易于实现；

第二，本发明的被动式降低塔吊感应电压危害的方法，通过改变电容c，使第一回路中的电流发生规律的变化，从而在第二回路中感生出与u2方向相反的电压u2′，抵消第二回路中的感应电压u2，能够最大程度地降低塔吊感应电压的危害。

附图说明

图1本发明的整体结构示意图；

图2本发明的位移传感器的电路图；

图3本发明的分段投切电路的电路图；

图4本发明的第一回路在塔吊上的安装示意图。

具体实施方式

具体实施方式1：结合图1～图4说明本实施方式，本发明的被动式降低塔吊感应电压危害的装置结构如图1所示，包括：位移传感器、信号采样及处理模块、a/d转换器、主控制模块、继电器和第一回路，所述第一回路包括电阻r、电感l、电容c和分段投切电路，所述分段投切电路通过引线接入第一回路中电容c的两端；

所述位移传感器采用pan101b芯片，电路图如图2所示，pan101b芯片具有完整的2d运动传感器、较宽的范围内精确运动估计、高速度运动检测、高分辨率、低功耗等特点。pan101b是一种低成本的cmos工艺的光学导航传感器与dsp的集成芯片作为一个非机械的运动估计引擎，它是基于光学导航技术，该技术通过测量光学捕捉连续改变体位表面的图像(帧)和数学上确定的方向和运动的幅度，该传感器是在一个20针光包，输出格式是双通道正交(x和y方向)，该模拟编码器光电晶体管。当前的x和y的信息，可以在寄存器中通过串行端口进行访问。

所述a/d转换器的模数信号转换部分采用一个ad8479信号处理芯片和一个tlc2543cn模数转换芯片。ad8479是一款精密差动放大器，具有非常高的输入共模电压范围，可以在最高±600v的高共模电压下精确测量差分信号；在不要求电流隔离的应用中，ad8479可以取代昂贵的隔离放大器；在±600v共模电压范围内工作，并对输入提供最高±600v的共模或差分模式瞬变保护；具有低失调、低失调漂移、低增益误差漂移、低共模抑制漂移以及在较宽频率范围内出色的共模抑制比(cmrr)等特性；采用节省空间的8引脚soic封装，额定温度范围为-40℃至+125℃，具有较强的环境适应性。tlc2543是ti公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成a/d转换过程，其价格适中，分辨率较高。

所述主控制模块采用dsp芯片和cpld芯片来实现，dsp芯片通过cpld芯片来连接控制输出。结合精度及信号处理能力，本控制系统dsp芯片选择tms320c6713。tms320c6713体系结构采用超长指令字(vliw)结构，执行指令的功能单元已经在编译时分配好，程序运行时通过专门的指令分配模块，可以将每个256位的指令包同时分配到8个处理单元，并由8个单元同时运行；处理能力高达2400mips，采用二级缓冲处理，4kbyte直接匹配的程序缓冲l1p，4kbyte可匹配的数据缓冲l1d，256kbytel2额外匹配内存；32位外部存储器接口，可无缝连接sram、eprom、flash、sbsram和sdram；丰富的外设，支持无需cpu参与可以在允许的地址空间里传送数据、扩展总线，具有主机口和i/o端口操作等功能。

所述分段投切电路内部结构如图3所示，原理就是通过控制接入电路中的电容值来改变第一回路中的电容值。

由电阻r、电感l和电容c构成的第一回路在塔吊上的安装示意图如图4所示。