专利名称：一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于空间电磁波信号检测领域，特别是一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，其主要是用于测定雷电探测器的背景电磁波噪声强度。
背景技术：
雷电探测器是一种用于探测雷电电磁波信号的自动化电子设备，为使雷电探测器具有良好的信号识别能力，通常，雷电探测器对工作环境的背景电磁波噪声强度有严格的要求，因此，在雷电探测器使用前，需要对其实际工作环境的背景电磁波噪声进行预先测定，以判定是否符合雷电探测器放置条件。现有使用的背景电磁波噪声强度检测装置其测定方法是采用模拟电子技术，以基准电压为参考，将感应到的电磁波信号强度进行对比，通过指示灯的方式判断当前背景噪声是否超标，其不足之处是1、强度指示不直观，需要一定的经验来判定噪声水平；2、基准参数设置不便；3、电磁场检测通道有限，无法完成对电场信号检测；4、模拟电路工作参数易受环境条件的影响；5、功耗较高。此外，中国专利文献CN 97226742. 5公开的《手持式场强仪》，主要用于有线电视信号的测量。该手持式场强仪由壳体和内部电路组成，内部电路由微处理器、衰减网络、调谐电路、混频电路、整流检波对数放大电路、音频输出电路、信号输出显示电路、供电电源电路及输入键盘组成，其中混频电路、整流检波对数放大电路由特定型号的芯片构成。该手持式场强仪具有全数字显示、可连续调谐、电池欠压监测、节能和便携的特点。中国专利文献CN00262814. 7公开的《50Hz工频电场场强仪》属于50Hz工频电场强度的测量装置。该测量装置的实现必须解决以下技术问题，一是需要制作一种适合测量 50Hz工频电场的电场传感器，二是要求该测量装置操作简便，安全性好，而且测量数据准确和数码显示清晰。该测量装置的电子电路采用模拟集成电路和数字集成电路等元件设计， 并使用液晶数码显示50Hz工频电场强度。该测量装置由绝缘棒支撑，操作者手持绝缘棒尾部就能进行50Hz工频电场空间场强分布的非接触性悬置测量。该测量装置适用于电力系统、变电站、发电厂和大型输电单位，对高低压输电线路和输电设备周围空间50Hz工频电场强度的测量。此外，其也可用于60Hz工频电场强度的测量。中国专利文献CN02259029. 3公开的《低频时码信号场强仪》它包括低频时码接收电路和用于对整机进行控制的控制电路，低频时码接收电路的输出端接控制电路。其采用单频接收，液晶显示，能自动记录长时间测量的数据和定位数据，避免了指针仪表带来的人为误差和读数麻烦。该低频时码信号场强仪主要是对时码电波信号进行检测，测量带宽窄，
测量信号单一。中国专利文献CN 02113101. 5公开的《移动式空间电磁环境测定与分析方法》和中国专利文献CN 200410013862. 4公开的《空间电磁环境移动式测定与分析的方法》是一种将全向天线、电磁场强仪(频谱分析)、地理空间定位仪、电磁场强仪数据转换插卡、空间电磁环境基础数据存储器、地理信息系统GIS集成在移动载体如车辆上，实现空间电磁环境移动式测定与分析。将空间电磁环境测量分析与地理空间定位技术相结合，动态采集电
3磁环境辐射空间分布的基本数据，并用地理信息系统GIS处理，以电子地图方式显示。该技术方便对空间电磁环境的测量、分析、处理与管理，以及电磁环境数据的使用如查询、显示。中国专利文献CN 200910019496. 6公开的《一种基于GIS的电磁波自动监测与分析系统》包括电磁波场强仪数据采集处理模块、手动输入模块、GPS数据采集处理模块、实时曲线模块、数据库模块、电子地图展示模块、数据展示模块、等值线模块和覆盖分析模块。该发明实现了电磁信号的实时接收以及覆盖分析，能够完成场强数据和空间定位数据的实时采集处理，绘制场强随时间变化的实时曲线，监测车辆行驶轨迹显示以及场强覆盖图的绘制。将场强监测设备和地理信息及数据库集成在监测车辆上，完成信息的自动实时采集和分析工作，大大缩短了数据采集时间和绘图的精确度，而且便于历史数据的比对和查询工作。据申请人所知，上述现有技术涉及的电磁波信号强度探测装置是以某一特定频段 (限于50Hz工频及50Hz以上频率)的电磁波信号为检测对象，探测频率宽度较窄，无法满足对低频/甚低频电磁波信号范围的有效覆盖。而宽频带或者全频带电磁波检测系统，系统设备众多，测量系统结构复杂，以车载方式移动，不便于局部或特定区域的电磁波信号强度的测量，特别是针对雷电定位系统站址附近背景噪声的检测更为不便，例如建筑物楼顶、 铁塔等。另一方面，现有装置主要是单路通道检测电磁场强度，无法同时提供电场、磁场分量强度的检测，如需获得多种信息需添置更多设备。申请人在研究中发现，现有的电磁波信号强度探测装置由于其性能所限，结构设计不尽合理，使用环境受到限制，难以满足雷电探测站选址的需要，而要准确了解雷电探测站预选站址的电磁场背景噪声强度，包括电场分量和磁场分量信息，需要对现有装置进行改进。
发明内容
本发明的目的是，针对上述装置的不足，进行改进，提出一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，其是一种数字式的、具备多路信号采集、显示输出和参数设置等功能的低频/甚低频电磁波信号强度检测装置。本发明的技术解决方案是采用天线、前端信号处理单元、A/D采样单元、中央处理单元、显示单元、信号指示单元、输入单元、通信接口和电源单元，其特征在于，天线的输出端与前端信号处理单元的输入端相连，前端信号处理单元的输出端与A/D采样单元的输入端相连，A/D采样单元的输出端与中央处理单元的信号输入端相连，中央处理单元的输出端分别与显示单元、信号指示单元相连接，中央处理单元与通信接口相连，输入单元的输出口与中央处理单元的输入口相连。 其特征在于，天线包含电场天线和磁场天线。其特征在于，电场天线采用平板电容式电场天线。其特征在于，磁场天线采用正交型框型天线。其特征在于，信号指示单元包括信号指示灯单元和蜂鸣器单元。其特征在于，前端信号处理单元包含三路输入端和三路输出端。其特征在于，通信接口可配接外围扩展设备。其特征在于，外围扩展设备采用GPS单元。其特征在于，中央处理单元配接有存储单元。
本发明的优点是设计合理，结构新颖，可实现对低频/甚低频电磁波信号范围的有效覆盖，可直观显示当前时间段内背景电磁场信号强度，并可根据需要灵活设置强度显示类型；具备三路信号实时同步检测能力；基准参数可灵活设置，具有多种信号提示或指示功能；由于采用了数字信号实现方式，使得本发明的环境稳定性高，且能通过通信接口实现数据扩展，功耗低。
图1、本发明的基本结构示意2、本发明的优选的结构示意图
具体实施例方式如图1所示，本发明由天线、前端信号处理单元3、A/D采样单元4、中央处理单元 5、显示单元6、信号指示单元、输入单元9、通信接口 10和电源单元11组成。其中，天线包括有电场天线1和磁场天线2。电场天线1和磁场天线2分别与前端信号处理单元3配接。 电场天线1采用平板电容式电场天线，空间电磁场产生的电场变化会在电场天线1的两个极板间产生变化的电场信号，电场天线1的输出端将此信号输出至前端信号处理单元3的电场信号输入端。磁场天线2采用正交型框型天线，空间电磁场产生的磁场变化会在两个正交的框型线圈中产生两路正交的感应电动势，磁场天线2的输出端分别将上述两路信号输出至前端信号处理单元3的两路磁场信号输入端。前端信号处理单元3的输出端与A/D采样单元4的输入端相连。前端信号处理单元3是一种能将三路信号并行处理的模拟信号处理部件，其主要作用是对输入来的三路信号进行放大、滤波处理，并将信号调理至所设定的动态范围内。前端信号处理单元3的有效工作频段处于低频/甚低频段，可有效提高目标信号的信噪比。经过前端信号处理单元3处理后的三路模拟信号将由前端信号处理单元3的输出端输出至A/D采样单元4的输入端。A/D采样单元4的输出端与中央处理单元5的信号输入端相连，A/D采样单元4是一个模数转换单元，其作用是将前端信号处理单元3传送过来的模拟信号转变为可用于数字信号处理的数字信号。考虑到信号处理的实时性和同步性，本发明采用的是并行处理方式。经过A/D采样单元4处理后的三路数字信号将由A/D采样单元4的输出端输出至中央处理单元5的信号输入端。中央处理单元5的输出端分别与显示单元6、信号指示单元相连接。中央处理单元5是本发明中的核心部件，其作用是对输入的三路数字信号通过算法进行处理、分析和比较，并根据使用需要输出至显示单元6上。同时，可根据设置，将指示性信息通过信号指示单元送出。本发明的信号指示单元包括信号指示灯单元7和蜂鸣器单元8，由信号指示灯单元7和蜂鸣器单元8将指示性信息送出，也可单独使用信号指示灯单元7或者蜂鸣器单元8。通过显示单元6，使用者可方便读出当前信号强度、平均信号强度、单位时间噪声次数等参数。使用者也可通过预先设定好的参数，通过指示灯单元7或者蜂鸣器单元8的提示进行判断。对于经验使用者来说，通过信号指示灯单元7或者蜂鸣器单元8的提示进行判断可提高现场固定参数的测定效率。中央处理单元5与通信接口 10相连，输入单元9的输出口与中央处理单元5的输入口相连。输入单元9是外部辅助人机对话输入界面，使用者可通过对输入单元9的操作，将相关参数输入至中央处理单元5内，中央处理单元5可根据输入参数进行状态调整和数据输出。通信接口 10是外部数据输入输出接口，通过通信接口 10可实现与中央处理单元 5之间的数据交换和功能扩展。电源单元11为基础硬件单元，提供电源支持。如图2所示，本发明提出的另一实施例采用的优选方案是，由天线、前端信号处理单元3、A/D采样单元4、中央处理单元5、显示单元6、信号指示单元、输入单元9、通信接口 10、GPS单元12、存储单元13和电源单元11组成。其中，天线包括有电场天线1和磁场天线2。电场天线1和磁场天线2分别与前端信号处理单元3配接。电场天线1采用平板电容式电场天线。磁场天线2采用正交型框型天线。前端信号处理单元3的输出端与A/D采样单元的输入端相连。A/D采样单元4的输出端与中央处理单元5的信号输入端相连，中央处理单元5的输出端分别与显示单元6、信号指示单元、存储单元13相连接。信号指示单元包括信号指示灯单元7和蜂鸣器单元8。通信接口 10的外部接口和GPS单元12的输入输出端之间进行连接，通过GPS单元12，中央处理单元5可获取GPS坐标数据和准确的授时。 存储单元13是本优选方案所采用的部件，存储单元13与中央处理单元5相连，从而实现大量数据的本地记录存储。结合GPS单元12，低频/甚低频电磁波信号强度检测装置可方便记录大量检测的坐标信息和对应时间段的背景信号强度信息，方便工程师后期数据分析统计。本发明的二个实施例中，电源单元11为基础硬件单元，为构成本发明的有用电需求的部件提供电源支持。考虑到本发明的便携性，电源单元11宜采用直流电池。
权利要求
1.一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，采用天线、前端信号处理单元、 A/D采样单元、中央处理单元、显示单元、信号指示单元、输入单元、通信接口和电源单元，其特征在于，天线的输出端与前端信号处理单元(3)的输入端相连，前端信号处理单元(3) 的输出端与A/D采样单元(4)的输入端相连，A/D采样单元(4)的输出端与中央处理单元 (5)的信号输入端相连，中央处理单元(5)的输出端分别与显示单元(6)、信号指示单元相连接，中央处理单元(5)与通信接口(10)相连，输入单元(9)的输出口与中央处理单元(5) 的输入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，其特征在于，天线包含电场天线(1)和磁场天线O)。
3.根据权利要求1所述的一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，其特征在于，电场天线(1)采用平板电容式电场天线。
4.根据权利要求1所述的一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，其特征在于，磁场天线(2)采用正交型框型天线。
5.根据权利要求1所述的一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，其特征在于，信号指示单元包括信号指示灯单元(7)和蜂鸣器单元(8)。
6.根据权利要求1所述的一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，其特征在于，前端信号处理单元C3)包含三路输入端和三路输出端。
7.根据权利要求1所述的一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，其特征在于，通信接口(10)可配接外围扩展设备。
8.根据权利要求7所述的一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，其特征在于，外围扩展设备采用GPS单元(12)。
9.根据权利要求1所述的一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，特征在于，中央处理单元( 配接有存储单元(13)。
全文摘要
本发明涉及一种便携式低频/甚低频电磁波信号强度检测装置，由天线、前端信号处理单元、A/D采样单元、中央处理单元、显示单元、信号指示单元、输入单元、通信接口和电源单元组成。天线与前端信号处理单元相连，前端信号处理单元与A/D采样单元相连，A/D采样单元的输出端与中央处理单元相连，中央处理单元分别与显示单元、信号指示单元相连接，中央处理单元与通信接口相连，输入单元与中央处理单元相连。优点是，设计合理，结构新颖，可实现对低频/甚低频电磁波信号范围的有效检测；可直观显示当前时间段内背景电磁场信号强度，并可灵活设置强度显示类型；具备三路信号实时同步检测能力；有多种信号提示或指示功能；能通过通信接口实现数据扩展。
文档编号G01R29/08GK102279321SQ20111011571
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者冯万兴, 向念文, 吴彪, 康文斌, 方玉河, 汪俊雄, 许远根, 陈扬 申请人:国网电力科学研究院, 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司