电场预警电路和便携式电场预警装置的制作方法

本实用新型涉及高压测量仪器领域，特别是涉及一种电场预警电路和便携式电场预警装置。

背景技术：

在电力作业过程中，随时有可能需要靠近电力设备进行操作。由于电力设备周围可能存在较强电场，若作业时超出安全间距范围或电力设备发生故障导致漏电，将对作业人员的安全构成威胁。

为了确保电力作业过程中的安全，传统的技术方案采用手持式电场测量仪进行电场强度测试以获知当前作业是否安全。然而手持式电场测量仪需要人工判断当前电场值下电力作业是否安全，使用不便且存在误判的情况，电力作业的安全性和效率不高。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统电场测量仪在电力作业中使用安全性低和效率低的问题，提供一种电场预警电路和便携式电场预警装置。

一种电场预警电路，包括：用于供应电能的供能电路，用于产生驱动电压的驱动电路，MEMS电场传感器，用于电流信号处理的信号处理电路和用于发出报警的报警器；所述供能电路、驱动电路、MEMS电场传感器、信号处理电路和报警器依次连接；所述供能电路和驱动电路用于向所述MEMS电场传感器输出驱动电压；所述MEMS电场传感器设于待测电场中，用于检测电场感应的电流信号输出至所述信号处理电路；所述信号处理电路控制所述报警器进行报警。

上述电场预警电路，供能电路和驱动电路产生驱动电压，驱动MEMS电场传感器感应所在区域电场强度，生成对应的电流信号输出至信号处理电路处理后发送给报警装置，触发所述报警装置发出报警，通过携带包括上述电场预警电路的装置，作业人员在进行高压电场作业时，该电场预警电路会自动检测电场强度危险时发出告警提示作业人员，使用方便，可准确识别环境电压强度进行告警，提升了电力作业的安全性和效率。

在一个实施例中，所述电场预警电路还包括无线发射电路，所述无线发射电路与所述信号处理电路的输出端连接，所述无线发射电路将所述信号处理电路输出的电压信号发送至外部终端设备。

上述实施例的技术方案，通过无线发射电路将采集的电压信号发射至外部的终端设备，可通过终端设备方便地得知当前该电场预警电路所处环境的电场信息，作业人员佩戴该电场预警电路的装置，其他人员可通过终端设备远端监视该作业人员所在环境的电场情况进行监控，提升电场作业的安全性。

在一个实施例中，所述电场预警电路还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块与所述无线发射电路连接，GPS定位模块将定位信息通过无线发射电路发送至连接的终端设备，终端设备的用户还可获知当前电场预警电路对应的作业人员的位置信息，方便进行远程监控。

在一个实施例中，电场预警电路还包括与所述信号处理电路的输出端连接的显示屏，用于显示电压信息，作业人员可通过显示屏方便地获知当前环境的电压强度进行调整，以避免可能的危险。

在一个实施例中，所述供能电路包括用于连接电源的升压电路，所述驱动电路包括波形发生器波形发生器、第一绝对值电路、第一放大电路、移相电路、第二绝对值电路和第二放大电路；所述升压电路与波形发生器的输入端连接，所述波形发生器的输出端分别与第一绝对值电路和移相电路连接，所述第一绝对值电路、第一放大电路依次串联连接并接入所述MEMS电场传感器的第一信号输入端，所述移相电路、第二绝对值电路和第二放大电路依次串联连接并接入所述MEMS电场传感器的第二信号输入端。

上述实施例的技术方案，升压电路可以连接有电源例如电池，将电池输出的电压经过升压电路升压，驱动电路包括两路绝对值电路和放大电路的串联，将升压后的电压分成两路，一路通过第一绝对值电路后通过第一放大电路放大到所需驱动电压幅值，另一路经过移相电路移相处理之后通过绝对值电路，再经过放大电路放大。之后两路电压分别作为MEMS电场传感器的输入电压，为MEMS电场传感器提供工作所需的电压。

在一个实施例中，所述信号处理电路包括电流/电压转换电路、电压放大电路和模/数转换器；所述电流/电压转换电路、电压放大电路和模/数转换器依次串联连接，所述电流/电压转换电路的输入端连接所述MEMS电场传感器，所述模/数转换器连接报警器。

上述实施例的技术方案，信号处理电路包括电流电压转换电路和电压放大电路的串联，将MEMS电场传感器感应输出的两路电流信号通过电流/电压转换电路转换成电压信号，再通过电压放大电路将电压信号放大，成为易于传输和编码的电压信号，再通过模/数转换器将模拟电压信号转换为数字电压信号，供报警器使用。

在一个实施例中，所述信号处理电路还包括连接于所述电压放大电路和模/数转换器之间的锁相电路和滤波电路，所述锁相电路的主信号输入端连接所述电压放大电路输出端，所述锁相电路的参考信号输入端连接所述第一放大电路输出端，所述锁相电路的输出端连接所述滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接所述模/数转换器的输入端。

上述实施例的技术方案，通过锁相电路，将驱动电路输出的驱动信号用作参考信号，结合滤波器对MEMS电场传感器输出的信号进行滤除噪声处理，提升信号准确性以提升报警的精准度。

在一个实施例中，所述MEMS电场传感器为采用焊球阵列封装的MEMS电场传感器。MEMS电场传感器以焊球阵列封装形式封装于线路板上，可大大减小电路体积，使得该电场预警电路装载的装置更轻便小巧，易于携带。

一种便携式电场预警装置，包括：壳体以及封装于所述壳体内的如上任意一个实施例所述的电场预警电路，所述壳体外表面设置有固定机构，其中，所述固定机构包括魔术贴、安全别针、卡扣或腕带。

上述实施例的便携式电场预警装置，通过设置于装置壳体内的电场预警电路，可以实现自动检测电场强度危险时发出告警，使用方便，可准确识别环境电压强度进行告警，提升了电力作业的安全性和效率。此外，由于采用MEMS电场传感器，该装置可以实现小型化装配，轻便易于携带，通过设置于装置表面的魔术贴、安全别针、卡扣或腕带等固定装置，作业人员可以方便地将该便携式电场预警装置佩戴于人体例如衣物或手腕上进行使用，使用便捷，进一步提升了电场预警装置的安全性和使用效率。

在一个实施例中，所述壳体上设有透明窗口，所述电场预警电路的MEMS电场传感器的感应端朝向所述透明窗口，可以有效提升MEMS电场传感器的感应精准度，以使得便携式电场预警装置的报警更为准确。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的电场预警电路结构示意图；

图2为本实用新型另一个实施例的电场预警电路结构示意图；

图3为本实用新型又一个实施例的电场预警电路结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例的MEMS封装方式及电路板结构示意图；

图5为本实用新型一个实施例的便携式电场预警装置的内部电路结构示意图；

图6为本实用新型一个实施例的便携式电场预警装置的正视图；

图7为本实用新型一个实施例的便携式电场预警装置的侧视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。

参见图1，为本实用新型一个实施例的电场预警电路100，该实施例的电场预警电路100包括：用于供应电能的供能电路110，用于产生驱动电压的驱动电路120，微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)电场传感器，用于电流信号处理的信号处理电路140和用于发出报警的报警器150；供能电路110、驱动电路120、MEMS电场传感器130、信号处理电路140和报警器150依次连接；供能电路110和驱动电路120用于向MEMS电场传感器130输出驱动电压；MEMS电场传感器130设于待测电场中，用于检测电场感应的电流信号输出至信号处理电路140；信号处理电路140控制报警器150进行报警。

其中，报警器150为可以发出报警信号的器件，例如可以是蜂鸣器、语音输出装置、闪烁灯或振动器等等。

上述电场预警电路100，供能电路110和驱动电路120产生驱动电压，驱动MEMS电场传感器130感应所在区域电场强度，生成对应的电流信号输出至信号处理电路140处理后发送给报警装置150，触发报警装置150发出报警，通过携带包括上述电场预警电路100的装置，作业人员在进行高压电场作业时，该电场预警电路100会自动检测电场强度危险时发出告警提示作业人员，使用方便，可准确识别环境电压强度进行告警，提升了电力作业的安全性和效率。

参见图2所示，图2为本实用新型另一个实施例的电场预警电路100，在一个实施例中，电场预警电路100还包括无线发射电路170，无线发射电路170与信号处理电路140的输出端连接，无线发射电路170将信号处理电路140输出的电压信号发送至外部终端设备200。

其中，无线发射电路170可以包括WIFI芯片、GPRS芯片或Zigbee芯片等，在一个实施例中，无线发射电路170包括Zigbee芯片，响应快且占用资源少。外部终端设备200可以包括远端的监控设备、服务器、终端手机、个人电脑或平板电脑等等。

上述实施例的技术方案，通过无线发射电路170将采集的电压信号发射至外部的终端设备200，可通过终端设备200方便地得知当前该电场预警电路100所处环境的电场信息，作业人员佩戴该电场预警电路100的装置，其他人员可通过终端设备200远端监视该作业人员所在环境的电场情况进行监控，提升电场作业的安全性。

进一步的，在一个实施例中，参见图2所示，电场预警电路100还包括GPS定位模块180，GPS定位模块180与无线发射电路170连接，GPS定位模块180将定位信息通过无线发射电路170发送至连接的终端设备200，终端设备200的用户还可获知当前电场预警电路100对应的作业人员的位置信息，方便进行远程监控。

在一个实施例中，参见图2所示，电场预警电路100还包括与信号处理电路140的输出端连接的显示屏160，用于显示电压信息，作业人员可通过显示屏160方便地获知当前环境的电压强度进行调整，以避免可能的危险。

参见图3所示，图3为本实用新型又一个实施例的电场预警电路100，在一个实施例中，供能电路110包括用于连接电源300的升压电路111，驱动电路120包括波形发生器121波形发生器121、第一绝对值电路122、第一放大电路123、移相电路124、第二绝对值电路125和第二放大电路126；升压电路111与波形发生器121的输入端连接，波形发生器121的输出端分别与第一绝对值电路122和移相电路124连接，第一绝对值电路122、第一放大电路123依次串联连接并接入MEMS电场传感器130的第一信号输入端，移相电路124、第二绝对值电路125和第二放大电路126依次串联连接并接入MEMS电场传感器130的第二信号输入端。

上述实施例的技术方案，升压电路111可以连接有电源300例如电池，将电池输出的电压经过升压电路111升压，驱动电路120包括两路绝对值电路和放大电路的串联，将升压后的电压分成两路，一路通过第一绝对值电路122后通过第一放大电路123放大到所需驱动电压幅值，另一路经过90°移相电路124移相处理之后通过绝对值电路，再经过放大电路放大。之后两路电压分别作为MEMS电场传感器130的输入电压，为MEMS电场传感器130提供工作所需的电压。

在一个实施例中，供能电路110还与报警器150、信号发射电路和显示屏160连接，用于向报警器150、信号发射电路和显示屏160供电。

在一个实施例中，参见图3所示，信号处理电路140包括电流/电压转换电路141、电压放大电路142和模/数转换器143；电流/电压转换电路141、电压放大电路142和模/数转换器143依次串联连接，电流/电压转换电路141的输入端连接MEMS电场传感器130，模/数转换器143连接报警器150。

上述实施例的技术方案，信号处理电路140包括电流电压转换电路和电压放大电路142的串联，将MEMS电场传感器130感应输出的两路电流信号通过电流/电压转换电路141转换成电压信号，再通过电压放大电路142将电压信号放大，成为易于传输和编码的电压信号，再通过模/数转换器143将模拟电压信号转换为数字电压信号，供报警器150使用。

在一个实施例中，参见图3所示，信号处理电路140还包括连接于电压放大电路142和模/数转换器143之间的锁相电路144和滤波电路145，锁相电路144的主信号输入端连接电压放大电路142输出端，锁相电路144的参考信号输入端连接第一放大电路123输出端，锁相电路144的输出端连接滤波电路145的输入端，滤波电路145的输出端连接模/数转换器143的输入端。

上述实施例的技术方案，通过锁相电路144，将驱动电路120输出的驱动信号用作参考信号，结合滤波器对MEMS电场传感器130输出的信号进行滤除噪声处理，提升信号准确性以提升报警的精准度。

在一个实施例中，参见图4所示，MEMS电场传感器130为采用焊球阵列封装的MEMS电场传感器130。MEMS电场传感器130为表面贴装器件，MEMS电场传感器130以焊球阵列封装(BGA，Ball Grid Array)形式封装于线路板上，可大大减小电路体积，使得该电场预警电路100装载的装置更轻便小巧，易于携带。

在一个实施例中，MEMS电场传感器130为闭环式静电驱动及边缘感应结构的MEMS电场传感器130。

在一个实施例中，其外部电路使用小型的集成式元件制成或根据电路结构定制的小型化集成芯片，供电电路连接微型电池进行供电。

参见图5-7所示，图5-7依次为本实用新型一个实施例的便携式电场预警装置的内部电路结构示意图、正视图和侧视图，该实施例的便携式电场预警装置包括：壳体10以及封装于壳体10内的如上任意一个实施例的电场预警电路100，壳体10外表面设置有固定机构11，其中，固定机构11包括魔术贴、安全别针、卡扣或腕带。

上述实施例的便携式电场预警装置，通过设置于装置壳体10内的电场预警电路100，可以实现自动检测电场强度危险时发出告警，使用方便，可准确识别环境电压强度进行告警，提升了电力作业的安全性和效率。此外，由于采用MEMS电场传感器130，该装置可以实现小型化装配，轻便易于携带，通过设置于装置表面的魔术贴、安全别针、卡扣或腕带等固定装置，作业人员可以方便地将该便携式电场预警装置佩戴于人体例如衣物或手腕上进行使用，使用便捷，进一步提升了电场预警装置的安全性和使用效率。

其中，壳体10的形状可以有多种不同的形状，例如可以是圆柱形、椭圆柱性、方盒形、长方盒性或者其它形状。

在一个实施例中，参见图7所示，壳体10包括前盖13和后盖14，前盖13、后盖14和介于前盖13与后盖14之间的密封框15共同围成夹层空腔16，电场预警电路100设置于夹层空腔16内，前盖13中部设有一透明窗口12、前盖13外侧边设有显示屏160，后盖14中部设有魔术贴。通过魔术贴可方便地将装置贴于衣物上的魔术贴配件上使用。

在一个实施例中，参见图6和图7所示，壳体10上设有透明窗口12，电场预警电路100的MEMS电场传感器130的感应端朝向透明窗口12，可以有效提升MEMS电场传感器130的感应精准度，以使得便携式电场预警装置的报警更为准确。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。