专利名称：全天候工频电场测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工频电场测量装置，属于交流输变电工程电磁环境领域，特别涉及一种可用于全天候条件使用的交流电场测量装置。
背景技术：
近年来我国电网建设快速发展，交流输电线路越来越接近居民活动的区域，其电磁环境问题愈来愈引起人们的关注。工频电场是交流输电线路和变电站的主要电磁环境参数，随着我国对输变电工程环境影响评价工作的开展，对工频电场的监测，已成为一项重要工作。目前，我国电磁环境影响评价、竣工环境保护验收工作中的工频电场测试，科研单位进行的科研工作中的测试，大多采用的是绝缘支架支撑的悬浮型电容耦合式测量仪器。 该类仪器的使用具有较为严格的测试环境要求，比如测试方法和测量仪器要求仪器在相对湿度小于80%以下工作。而在实际使用中，由于现场条件的限制，很多监测者在雨后、小雨中进行测试，导致测量结果偏离正常范围，引起不必要的误解甚至是纠纷。此外，传统测量装置需要连接电缆或光缆进行读数，例如申请号为88109177. 4的发明专利申请《空间工频电场测量装置》，介绍一种属于高电压测试技术领域的空间工频电场测量装置，由传感器、 光纤及接收器组成。这种结构的工频电场测量装置所具有的缺陷是导致测量人员常常因距离测量探头部分而影响测量结果。有鉴于此，有必要提供一种可用于全天候条件使用的，并能消除在测量过程中因连线短而造成的人员邻近影响，消除相对湿度对测量结果的影响的全天候工频电场测量装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用无线传输的、可以在全天候条件下进行工频电场测试的装置，消除相对湿度对测量结果的影响，避免出现现有测量仪器和装置在相对湿度较大时出现的测量数值超出正常值的现象，实现工频电场的全天候测量，并消除在测量过程中因连线短而造成的人员邻近影响。本发明的技术方案是一种全天候工频电场测量装置，包括至少一个工频电场探头单元、至少一个非绝缘特制支架、一个手持机单元和PC机，其特征在于
所述至少一个工频电场探头单元与所述至少一个非绝缘特制支架一一对应，即每一个探头单元由一个支架支撑；
每个工频电场探头单元由传感器、信号处理电路、第一单片机、第一通讯模块、A/D芯片和第一电源模块组成，传感器的输出端分别与信号处理电路输入端相连，信号处理电路的输出端分别与第一单片机和A/D芯片相连，A/D芯片另一端与第一单片机相连，第一单片机再与第一通讯模块相连，第一电源模块分别与第一单片机、A/D芯片、第一通讯模块相连； 所述手持机单元由第二通讯模块、第二单片机、显示屏、操作键盘和第二电源模块组成，第二单片机分别与第二通讯模块、显示屏、操作键盘和第二电源模块相连，第二电源模块给第二单片机、第二通讯模块提供电源；
每个工频电场探头单元的第一通讯模块分别与手持机单元的第二通讯模块连接，手持机单元通过第二单片机与PC机相连。如上所述的全天候工频电场测量装置，其特征在于，所述传感器为平行板或球型传感器，所述非绝缘特制支架可靠接地。如上所述的全天候工频电场测量装置，其特征在于，所述第一和第二通信模块为串口通信模块或无线通信模块。本发明的有益效果是可以在全天候条件下进行工频电场测试的装置，消除相对湿度对测量结果的影响，避免出现现有测量仪器和装置在相对湿度较大时出现的测量数值超出正常值的现象，并消除在测量过程中因连线短而造成的人员邻近影响。采用本发明的工频电场测量装置，能便捷、有效、准确地测量交流输变电工程的电场的大小，为交流输变电工程环境评价、研究输电线路电磁环境水平等提供科学数据监测依据。同时，本发明的电场测量装置采用全数字化显示，具有友好的人机界面，是一种有统计分析功能的工频电场测量装置。
图1是本发明实施例的工频电场测量装置电路方框图。图2是本发明实施例的工频电场测量装置的探头电路原理图。图3是本发明实施例的工频电场测量装置的探头幅值处理电路。图4是本发明实施例的工频电场测量装置支架图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，但该实施例不应理解为对本发明的限制。本发明实施例提供的工频电场测量装置包括至少一台工频电场探头单元(下位机单元)、手持机单元(上位机单元)和PC机(图1，可选)，每台工频电场探头单元的通讯模块分别与手持机单元的通讯模块通过无线相连，手持机的单片机与PC机相连。所述的工频电场探头单元由传感器、信号处理电路、单片机、通讯模块、A/D芯片和电源模块组成，传感器的输出端分别与信号处理电路输入端相连，信号处理电路的输出端分别与单片机和A/D芯片相连，A/D芯片另一端与单片机相连，单片机再与通讯模块相连，电源模块分别与单片机、 A/D芯片、通讯模块相连。所述的手持机单元由通讯模块、单片机、显示屏、操作键盘和电源模块组成，单片机分别与通讯模块、显示屏、操作键盘和电源模块和PC机相连，电源模块与通讯模块相连。如图2及图3所示，本发明的工频电场探头单元的信号处理电路由幅值放大电路、 幅值处理电路构成，其中幅值放大电路将传感器传来的微弱交流信号经3级放大10000倍达到伏级信号，再经过整流滤波成直流电压信号，以供A/D芯片采样。A/D芯片为了提高精度，减小体积，本专利采用12位的串口 A/D转换芯片A/D7895，同时用ADR421提供2. 5伏的电源基准，根据0 — 50kV/m的测量范围，本发明理论上能够达到12V/m的精度，若要进一步提高精度应采用M位的A/D芯片。单片机工频电场探头单元主要功能是采样A/D值和直流电压的正负极性，用PIC2051单片机即可满足要求。电源模块采用宽范围单端输入双端输出的带隔离型的模块，将锂电池电压转换为士5伏电压为单片机和运算放大器供电。通信模块由于上工频电场探头单元之间最长距离可达50m，故选用无线通信。本发明的工频电场探头单元工作原理是从传感器引出的两根电压信号经运算放大器放大后。经过RC低通滤波后与整流电路相连，再经过RC滤波后与AD7895芯片的第二脚相连，AD7895芯片的4、5、6和7脚与单片机的pi. 0、pl. Upl. 2和pi. 3相连。单片机的 RXD和T)(D端分别与无线通信模块的1脚和4脚相连。电源模块的1脚和2脚与锂电池相连，锂电池的6脚经过IOOuH的电感后分别与单片机、AD7895、TL084和通信模块485的VCC 端相连，锂电池的6脚经过IOOuH的电感后与TL084的VSS端相连。本发明的手持机单元主要有单片机模块，它的主要功能是将工频电场探头单元来的数据送给PC机，另外还将工频电场探头单元来的数据在本单元的液晶上显示，采用8051 作为控制器；通信模块有两种，一种是无线通信模块，与工频电场探头单元之间通信，另一种是CH431，它将8051的串行通信转换成标准的USB接口，直接同PC机相连；液晶显示接口用来连接液晶屏；电源模块7805将锂电池电压转换成+5V电压，给单片机、液晶屏和其他芯片供电。本发明PC机单元的显示界面上的实时显示窗口实时显示从工频电场探头单元单元传来的数据；数据排序窗口将实时显示窗口的数据按小到大的顺序排列；分布曲线图给出了工频电场的分布曲线(对应多个工频电场探头单元时)，可以直观地了解电场的分布规律；另外PC机单元的软件可选择采样100组数据的时间，还可将实时显示窗口、数据排序窗口的数据以表格形式保存。本发明在测量时，线路、变电站的工频电场测量的测点高度为地面上方1. 5m,间距可任意设定，一般为5m，顺序测至极导线地面投影点外或换流站围墙外50m处止或根据实际情况测量至合理范围。本发明的PC机安装的软件按10个测点工频电场测量数据统计，每个测点数据每次采样100个数据，采样间隔时间可设定，并绘出多个测点的分布曲线，以方便对线路或变电站的环境评价。另外本发明采用低功耗电机和元件，用锂电池供电，便于长时间野外测量和携带。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种全天候工频电场测量装置，包括至少一个工频电场探头单元、至少一个非绝缘特制支架、一个手持机单元和PC机，其特征在于所述至少一个工频电场探头单元与所述至少一个非绝缘特制支架一一对应，即每一个探头单元由一个支架支撑；每个工频电场探头单元由传感器、信号处理电路、第一单片机、第一通讯模块、A/D芯片和第一电源模块组成，传感器的输出端分别与信号处理电路输入端相连，信号处理电路的输出端分别与第一单片机和A/D芯片相连，A/D芯片另一端与第一单片机相连，第一单片机再与第一通讯模块相连，第一电源模块分别与第一单片机、A/D芯片、第一通讯模块相连；所述手持机单元由第二通讯模块、第二单片机、显示屏、操作键盘和第二电源模块组成，第二单片机分别与第二通讯模块、显示屏、操作键盘和第二电源模块相连，第二电源模块给第二单片机、第二通讯模块提供电源；每个工频电场探头单元的第一通讯模块分别与手持机单元的第二通讯模块连接，手持机单元通过第二单片机与PC机相连。
2.根据权利要求1所述的全天候工频电场测量装置，其特征在于，所述传感器为平行板或球型传感器，所述非绝缘特制支架可靠接地。
3.根据权利要求1所述的全天候工频电场测量装置，其特征在于，所述第一和第二通信模块为串口通信模块或无线通信模块。
全文摘要
本发明涉及一种全天候工频电场测量装置，包括至少一个工频电场探头单元、至少一个非绝缘特制支架、一个手持机单元和PC机，每一个探头单元由一个支架支撑；每个工频电场探头单元由传感器、信号处理电路、第一单片机、第一通讯模块、A/D芯片和第一电源模块组成；所述手持机单元由第二通讯模块、第二单片机、显示屏、操作键盘和第二电源模块组成；每个工频电场探头单元的第一通讯模块分别与手持机单元的第二通讯模块连接，手持机单元通过第二单片机与PC机相连。本发明的工频电场测量装置，可用于全天候条件使用，并能消除在测量过程中因连线短而造成的人员邻近影响，消除相对湿度对测量结果的影响。
文档编号G01R29/12GK102360042SQ20111029272
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者刘晓伟, 张业茂, 张广洲, 路遥, 邓鹤鸣, 邬雄 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司