一种采用无线通讯的多通道直流离子流密度测试装置的制作方法

本发明涉及一种测试装置，具体涉及一种采用无线通讯的多通道直流离子流密度测试装置。

背景技术：

近年来我国直流输电线路建设快速发展，直流输电线路周围的电磁环境问题愈来愈引起人们的关注。离子流密度是直流输电线路和换流站的主要电磁环境参数，随着直流输电工程环境影响评价工作的深入展开和人们环境保护意识的不断增强，对直流离子流密度的监测，已成为一项重要工作。

与交流电场磁场两侧对称和受外界环境影响变化较小不同，直流离子流密度受风速、风向、气候等指标变化明显，极导线两侧离子流密度有明显差异，因此需要对线路两侧多个点位同时进行测量，并对测量数据进行统计分析。目前对直流离子流密度多采用多个探头(一般不少于10个)利用通讯电缆进行连接，由于探头较多，连线起来较为不便，而随着直流线路电压等级增加，极导线间距增加，需要测量的区域宽度大大增加，如±800kV向家坝至上海直流环保验收时要求对约120m宽的线路横断面进行监测，而有线通讯方式下一次性布置较多的探头时部分较长的电缆通讯质量难以保证，探头太少又需要多次调整探头位置重新接线布置，也非常繁琐。同时由于离子流密度数值小，为nA级，多通道精细化测量较难实现。

为客观地测量直流离子流密度的大小，掌握其分布规律，必须采取统计方法，对大量的测量数据进行统计分析，亟需建立一种具有统计分析功能、基于无线通讯技术的便携式、高精度离子流密度测量装置。

技术实现要素：

为弥补上述缺陷，本专利提出一种采用无线通讯的多通道直流离子流密度测试装置，能便捷、有效、准确地同时测量多个点的直流离子流密度的大小和极性；可为高压直流工程的离子流密度的监测、环境影响评价提供重要依据。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种采用无线通讯的多通道直流离子流密度测试装置，包括：至少10台微电流计、1台 上位机、1个PC端、以及与微电流计一一对应连接的威尔逊板；每台微电流计分别通过无线通讯模块与上位机建立无线通讯；所述上位机通过USB线与PC端连接。

优选的，所述微电流计和上位机均采用内置的锂电池供电；

所述上位机包括单片机、无线通讯模块、显示屏和操作键盘；

所述单片机分别与无线通讯模块、显示屏、操作键盘相连，并通过USB线与所述的PC端相连；

优选的，所述微电流计，包括单片机、无线通讯模块和信号处理电路。

优选的，所述无线通讯模块为nrf905无线模块，用于短距离无线通讯；或者采用运营商的通讯网络，以实现远距离无线通讯。

优选的，所述微电流计，用于将威尔逊板采集的电流信号通过屏蔽电缆输入，经高速开关后，进行电流/电压变换；并利用运算放大器将其放大至毫伏级以上；通过低通滤波器进行滤波得到一个直流电压信号；将所述直流信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号；其中，所述高速开关通过程序控制开关快速闭合和断开。

优选的，所述微电流计采用基于运算放大器的T型网络结构实现电流/电压变换，其表达式为：

其中，V1为T型网络输出电压，i为输入电流，R0为反馈电阻，R1、R2为调节电阻。通过调节R1与R2的比值来改变放大倍数。

进一步地，实际测量时，将多个微电流计设置在不同位置，每台微电流计都有不同的地址编码；在上位机发出准备上传数据命令后，各微电流计同时对当前测量数据进行打包；在上位机发出上传命令后，根据地址编码的顺序依次将测量数据通过无线通讯方式上传至上位机。

进一步地，所述上位机接收测量数据后，首先对该测量数据进行分析，获取实际信号变化量对应的离子流密度；其次将实际信号变化量上传至PC端，通过PC端对实际信号变化量对应的离子流密度实时显示并保存。

进一步地，所述获取实际信号变化量包括：针对零信号输入的AD值直接影响测量结果的情况，采用零点校正技术，在正常信号测试间隙对零输入信号进行测量，获取实际信号变化 量；具体为：当高速开关断开时，输入信号为零，信号处理电路获取零点处的AD转换量；当开关闭合后，信号正常输入，获取正常状态下的AD转换量与零点时的AD转换量的差值即为实际信号变化量；将该实际信号变化量标定至实际离子流密度水平中，获取实际信号变化量对应离子流密度。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

本发明涉及一种采用无线通讯的多通道直流离子流密度测试装置。采用全数字化显示，能便捷、有效、准确地测量直流输电工程的合成场强和离子流密度。

超、特高压直流输电工程现场实测表明，采用本发明的直流合成场强和离子流密度测量装置可为高压直流工程的电磁环境的监测和评价提供重要依据。本发明的成果可应用于今后高压直流输电工程领域的合成场强与离子流密度的监测、环保验收和研究中，推广价值高，应用前景广。

附图说明

图1为直流离子流密度测量装置结构示意图；

图2为微电流计信号采集和A/D转换流程图；

图3为微电流计电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

如图1所示，一种采用无线通讯的多通道直流离子流密度测试装置，包括：至少10台微电流计、1台上位机、1个PC端、以及与微电流计一一对应连接的威尔逊板；每台微电流计分别通过无线通讯模块与上位机建立无线通讯；所述上位机通过USB线与PC端连接。

所述微电流计和上位机均采用内置的锂电池供电；

所述上位机包括单片机、无线通讯模块、显示屏和操作键盘；

所述单片机分别与无线通讯模块、显示屏、操作键盘相连，并通过USB线与所述的PC端相连；

所述微电流计，包括单片机、无线通讯模块和信号处理电路；

所述无线通讯模块为nrf905无线模块，用于短距离无线通讯；或者采用运营商的通讯网络，以实现远距离无线通讯。

微电流计，用于将威尔逊板采集的电流信号通过屏蔽电缆输入，经高速开关后，进行电 流/电压变换；并利用运算放大器将其放大至毫伏级以上；通过低通滤波器进行滤波得到一个直流电压信号；将所述直流信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号；如图2所示，其中，所述高速开关通过程序控制开关快速闭合和断开。

目前对离子流密度测量的有两种主要方法，一种方法是将电流接收板的信号通过一个能测量微弱电流的电流表接地，直流测量电流，目前市售的数字精密微电流表的内阻约为1kΩ(实际上是通过测1kΩ得压降来读数的)。另一种方法是将接收板与地间并联一个电阻，通过测量该电阻的压降来测推算流过的电流，通常该电阻为1～10kΩ。这样，实际上这两种方式对离子流电流检测都是通过测量一个千欧级电阻上的压降来实现的，而由于千欧级电阻相对较大，威尔逊板接收的离子电荷一般不能很快释放，测量准确性难以保证。此外，高值电阻对后方信号处理电阻也带来了诸多不利影响，不仅会加大后方处理电路运算放大器的输入偏置电流、失调电压及其漂移的影响，产生测量运算误差，而且还会影响到增益的精度和稳定性，同时由于高值电阻上分布电容的影响增加，使电路的响应速度下降。如图3所示，本发明中通过微电流计采用基于运算放大器的T型网络结构实现电流/电压变换；其表达式为：

其中，V1为T型网络输出电压，i为输入电流，R0为反馈电阻，R1、R2为调节电阻，通过调节R1和R2的比值改变放大倍数。

测试装置的具体操作过程包括：实际测量时，将多个微电流计设置在不同位置，每台微电流计都有不同的地址编码；在上位机发出准备上传数据命令后，各微电流计同时对当前测量数据进行打包；在上位机发出上传命令后，根据地址编码的顺序依次将测量数据通过无线通讯方式上传至上位机；

所述上位机接收测量数据后，首先对该测量数据进行分析，获取实际信号变化量对应的离子流密度；其次将实际信号变化量上传至PC端，通过PC端对实际信号变化量对应的离子流密度实时显示并保存。

实际信号变化量对应的离子流密度包括：对于较强信号的处理电路，零点的微小变化对测量结果影响较小，而对于本装置测量的离子流密度nA级的微电流信号，在直流输电工程高电压、强电流的复杂电磁环境下，零点容易发生偏移，而较小的零点偏移会给这样小的信号带来较大的测量误差，甚至导致测量结果错误，加入这个高速开关后通过实时通端校正零点 可以极大提高测量结果的准确性。

针对零信号输入的AD值直接影响测量结果的情况，采用零点校正技术，在正常信号测试间隙对零输入信号进行测量，获取实际信号变化量；具体为：当高速开关断开时，输入信号为零，信号处理电路获取零点处的AD转换量；当开关闭合后，信号正常输入，获取正常状态下的AD转换量与零点时的AD转换量的差值即为实际信号变化量；将该实际信号变化量标定至实际离子流密度水平中，获取实际信号变化量对应离子流密度。

测量完成后，采用PC端应用程序将实际信号变化量按顺序排序，通过所述应用程序包含的特征值窗口自动输出统计结果。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其权利要求范围之内。