一种便携式电缆验电装置及其方法与流程

本发明涉及一种便携式电缆验电装置及其方法，属于电缆运行状态检测领域。

背景技术：

目前国内的电缆数量越来越多，而大多数电缆都是铺设在地下，虽然节省了空间，但是给维修、改造电缆带来很多不便，本发明可以在不知道电缆开始端与结束端的情况下，在较多的电缆中判断出每一根电缆的带电情况，既方便又安全的为检修人员提供了方便，同时也防止误判造成重大停电事故或人身安全事故。

中国专利公开了一种“便携式电缆验电装置及传感器（专利号：cn201020226093.7）”由传感器与处理器组成，传感器本体呈弧形，靠吸附装置与电缆相连接。处理器与传感器相连，对传感器采集的电信号进行处理，但是这款产品的吸附装置信号的采集本身就是一种干扰，这样就很难保证采集到的信号就是电缆辐射出来的，如果只是单纯的硬件搭设检测电缆验电状态，会因为干扰信号太大容易造成误判断。

中国专利公开了“一种电缆验电装置（专利号：cn201420784285.8）”利用支架固定部位定位电缆，在利用检测部刺穿电缆的绝缘层，检测电缆内部的各项电力参数，虽然这款仪器可以检测到电缆的各个参数，但是由于要刺穿电缆的绝缘层，这不仅会给检测人员带来安全隐患，而且损坏了电缆绝缘本体。

技术实现要素：

本产品旨在发明一种便携式电缆验电装置及其方法，能够解决上述现有技术存在的以下几个问题：

（1）在工程施工、电缆维护或改造的过程中，往往会挖出不带标识的电缆，在不知道电缆的首端和末端位置的连接情况下，无法通过在电缆首端或末端施加特殊信号进行识别，因此需要一种专业的方法如何快速的从多束电缆中查找待改造的不带电目标电缆；

（2）电缆改造的过程中，在锯电缆前，需要对目标电缆的带电状态做确认。也需要可对任一带负载的电缆进行带电状态的准确判断，由于感应器内设有屏蔽层，所以可以有效减弱其它方向电缆干扰信号的影响；

（3）便于携带、操作简单但不失专业性，方便现场电缆的验电识别。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种便携式电缆验电装置，包括处理器和电源模块，处理器通过电源模块供电，其特性是，还包括：

磁感应传感器，用于感知导体周围的磁场强度；

磁感应采集模块，将磁感应传感器感应到的信号转换为电信号；

信号处理模块，对上述电信号进行滤波、消噪处理；

模数转换模块，将模拟电信号转换为数字信号后接入处理器处理；

显示模块，将处理器的处理结果通过显示模块显示。

作为优选，还包括自检模块，用于检测磁感应传感器是否正常工作。

作为优选，所述信号处理模块包括依次连接的比例放大器、3阶低通滤波器一、3阶低通滤波器二，用于对信号进行滤波处理，进一步连接程控放大器、3阶低通滤波器三、3阶低通滤波器四，用于对信号进行消噪处理。

作为优选，还包括蜂鸣器，其连接处理器，通过音量大小来反应信号的强弱。

作为优选，所述的电源模块包括依次连接的电源适配器、压降稳压器和低压差稳压器。

作为优选，还包括电池，电池分别连接电源适配器和压降稳压器。便于携带，方便实际使用。

作为优选，所述的处理器还外接外存储器、控制按键和电量监测模块。

作为优选，所述的磁感应传感器呈马鞍形，在贴敷电缆的一侧有一个与电缆外形相适应的凹面；所述的磁感应传感器内装有感应磁场的电感，电感外圈设有金属屏蔽层。

一种基于上述便携式电缆验电装置的验电方法，其特征是，包括以下步骤：1）等待信号数据采集完成后，将其中的谐波成分滤除；2）对信号数据进行格式化，增加旋转因子加快计算速度；3）进行离散傅里叶运算；4）对离散傅里叶运算结果进行求模处理；5）对求模后的结果进行降序排序；6）取出前5组来判断信号中是否含有运行电缆的50hz基频分量，若否则循环上述步骤；7）若是则将前若干组频率送显示模块进行显示，同时通过蜂鸣器报警。

一种基于上述便携式电缆验电装置的验电方法，将磁感应传感器沿电缆外径即电缆截面方向一圈移动，选取互成120度夹角的三个位置测试，若在此三个位置测试，显示的能量值基本一致，即磁感应强度相等，可基本判断该被测电缆带电；若上述三个位置得到的能量值很不一致，便可能存在其他电缆的耦合干扰；若能量条不稳定或时有时无，需在沿电缆方向多取其它几个位置测试，从而进行反复确认。

与现有技术相比，本技术方案具有如下优点：

（1）本发明装置的声音、图形等提示信息实现自适应功能。声音提示会随着信号的强弱，自动改变蜂鸣器响声的大小；液晶显示通过能量条颜色的渐变、能量值的大小以及采集到的4个频率值背景色的变化来表示信号的强弱。

（2）本发明使用信号处理方法，由于电缆会挂接不同类型的负载，运行电缆中存在很多谐波分量，加上信号耦合的畸变，因此在信号采集过程会引入频率较高的谐波分量。为了提高系统的准确性，数据采集完成后，数据先经过iir低通滤波器，将250hz以上的信号成分滤除。然后将数据进行fft运算及求模处理后，得到采集信号的频谱。对频谱通过幅值quicksort降序，取出前5组降序后信号分量，对取出的5组信号分量进行算法融合，来判断信号中是否含有运行电缆的50hz基频分量，该方法即滤除了噪声，又提高了电缆验电的可靠性。

（3）为了提高本发明装置在复杂电缆沟道环境下验电准确度，本发明同时提出一种电缆验电检测的试验方法。由于某一通电导体在其周围会产生磁场，而磁感应强度在与该导体等距离位置的点是相等的。因此可以用本发明装置的传感器沿电缆外径（电缆截面方向）一圈移动，选取互成120度夹角的三个位置测试，若在此三个位置测试，装置显示的能量值基本一致，即磁感应强度相等，可基本判断该被测电缆带电。若上述三个位置得到的能量值很不一致，便可能存在其他电缆的耦合干扰；若能量条不稳定或时有时无，可以在沿电缆方向多取其它几个位置测试，从而进行反复确认。

（4）本发明涉及信号拾取的传感器呈马鞍形，在贴敷电缆的一侧有一个与电缆外形相适应的凹面，便于传感器与电缆的紧密贴敷，更好的采集电缆导体的电磁场信号；传感器内部装有感应磁场的圆柱形电感，圆柱外圈用金属屏蔽，只留上下底面接收某一特定方向的磁场。这样可以有效屏蔽其它方向电缆的磁场信号，很大部分的解决了复杂电缆沟通中其它电缆对目标电缆的磁场干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的原理图。

图2是图1中电源模块的原理图。

图3是图1中信号处理模块的原理图。

图4是图3中磁感应传感器的结构示意图。

图5是本实施例的数据处理流程图。

图6是本实施例的主流程图。

标号说明：处理器1、电源模块2、电源适配器21、压降稳压器22、低压差稳压器23、电池24、磁感应传感器3、凹面31、电感32、屏蔽层33、磁感应采集模块4、信号处理模块5、比例放大器51、3阶低通滤波器一52、3阶低通滤波器二53、程控放大器54、3阶低通滤波器三55、3阶低通滤波器四56、模数转换模块6、显示模块7、自检模块8、蜂鸣器9、外存储器10、控制按键11、电量监测模块12。

具体实施方式

以下结合具体实施例来说明本发明，下列实施例仅用于说明本发明的技术方案，并不限定本发明的保护范围。

实施例一：

如图1-4所示，一种便携式电缆验电装置，包括处理器1和电源模块2，处理器1通过电源模块2供电，进一步，还包括：

磁感应传感器3，用于感知导体周围的磁场强度；

磁感应采集模块4，将磁感应传感器3感应到的信号转换为电信号；

信号处理模块5，对上述电信号进行滤波、消噪处理；

模数转换模块6，将模拟电信号转换为数字信号后接入处理器1处理；

显示模块7，将处理器1的处理结果通过显示模块7显示。

本实施例还包括自检模块8，用于检测磁感应传感器3是否正常工作。

本实施例的信号处理模块5包括依次连接的比例放大器51、3阶低通滤波器一52、3阶低通滤波器二53，用于对信号进行滤波处理，进一步连接程控放大器54、3阶低通滤波器三55、3阶低通滤波器四56，用于对信号进行消噪处理。

本实施例还包括蜂鸣器9，其连接处理器1，通过音量大小来反应信号的强弱。

本实施例的电源模块2包括依次连接的电源适配器21、压降稳压器22和低压差稳压器23，此外还包括电池24，电池24分别连接电源适配器21和压降稳压器22。

本实施例的处理器1还外接外存储器10、控制按键11和电量监测模块12。

本实施例的磁感应传感器3呈马鞍形，在贴敷电缆的一侧有一个与电缆外形相适应的凹面31；磁感应传感器3内装有感应磁场的电感32，电感32外圈设有金属屏蔽层33。

实施例二：

如图1-4所示，更为具体地，mcu单片机（即处理器1）产生5khz的正弦波经过一个低通滤波电路和一个滤波器后输入跟随电路，经过传感器后进入信号处理电路，检查传感器的好坏（即自检模块8）；待自检成功后，用传感器沿电缆外径一圈移动，选取三个位置（选取互成120度夹角位置）测试，若在此三个位置测试，仪器显示的能量值基本一致，可基本判断该被测电缆带电。若上述三个位置得到的能量值很不一致，可能存在其他电缆的耦合干扰；若能量条不稳定或时有时无，请务必在沿电缆方向多取几个点位测试（选取被测电缆点位尽量远离其他电缆位置），作反复确认。

实施例三：

如图1-4所示，将实施例二利用电磁感应定律将感应到的此信号转为电信号，经过比例放大器51后，在经过两个3阶低通滤波器（即3阶低通滤波器一52、3阶低通滤波器二53），对信号进行滤波处理；输出信号通过程控放大器54，将滤波后的信号放大，再次经过两个3阶低通滤波器（即3阶低通滤波器三55、3阶低通滤波器四56），对信号的杂波进行处理，输出需要的信号经a/d转换输入单片机（即处理器1）；单片机对信号经过电力频率算法分析（pha分析）后通过液晶及蜂鸣器9将带电的强弱反应出来（蜂鸣器9会随着信号的强弱变化，自动改变响声的大小；液晶屏（即显示模块7）通过能量条颜色的渐变、能量值的大小以及采集到的4个频率值背景色的变化来表示信号的强弱）。

实施例四：

如图5、6所示，基于上述实施例的验电方法，由于负载问题电缆中存在很多谐波分量，加之采用耦合式传感器，信号采集过程会引入很多不必要的谐波分量，这些分量多半为高频分量。为了提高系统的准确性，数据采集完成后，数据先经过iir低通滤波器，将250hz以上的信号成分滤除。然后将数据进行fft格式化处理，为了增加系统运算速度，在格式化过程中增加了旋转因子。接着对填加了旋转因子的格式化数据进行fft运算。由于经过fft运算后的数据带有虚部，无法直接分析，需要先对数据进行求模处理，经过求模运算后，得到采集信号的频谱（横轴为频率，纵轴为幅值）。对频谱通过幅值quicksort降序，取出前5组降序后信号分量，对取出的5组信号分量进行算法融合，来判断信号中是否含有运行电缆的50hz基频分量，该方法即滤除了噪声，又提高了电缆验电的可靠性。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。