一种输变电设备便携式多参量自诊断智能巡视终端系统的制作方法

1.本实用新型涉及电力设备的安全监测技术领域，尤其涉及一种输变电设备便携式多参量自诊断智能巡视终端系统。


背景技术：

2.现有产品中红外热像仪在电力行业中常作为巡检设备，以便排查电力设备的安全隐患，但是单凭红外热像图进行分析不够准确；技术难点在于选取适合的检测方式便于辅助排查安全隐患，需在传统红外热像仪的结构上进行修改。
3.通过调研，振动监测与局部放电监测也常用于电力设备的安全监测上，但现有产品中体积普遍较大，将这两项检测功能加到手持红外设备上，多有不便；技术难点在于需根据预期设备的大小选择合适的传感器并调整电路。综上，目前巡检设备存在以下问题：
4.(1)效率低：携带5种以上的设备，来回倒换设备浪费时间，以及还需要全面采用人工数据记录，时间长、效率低，对于人工付出与得到不成比例。
5.(2)任务重：日常巡视工作需携带多种类型巡视设备，如红外仪、局放测试仪、振动测试仪、内阻测试仪、超声波测试仪等；巡视人员需要3人，平均巡视一个站的时间需要3个小时以上，巡视工作需要完成多个项目，每个变电站需要每个月或每两周进行一次巡视，每个变电站需要采集300-400的数据点。
6.(3)数据少：巡视人员每次还需要手动记录数据以及人工再录入到系统里，每个电站的平均录入时间达到1.5小时，人工手动录入数据错误抽查比达到百分之十一。
7.(4)分析诊断难：由于巡视人员的水平层次不齐，发现的缺陷比例低，根据某供电公司的数据统计，发现漏报的缺陷比例有百分之十二，对于某供电公司提供的数据，由于无法发现缺陷，平均造成每年多达9次的设备重大缺陷。
8.(5)存储困难：需专人看管资料，录入纸张较为浪费，根据某电力公司的统计全年浪费纸张为一吨，存档资料所用纸张约十吨。
9.因此，急需一种便携式多参量自诊断智能巡视终端系统解决上述问题。


技术实现要素：

10.为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种输变电设备便携式多参量自诊断智能巡视终端系统，一台便携式终端即可实现多台仪器的测试功能，通过终端内置系统对巡视数据进行智能分析和智能告警。
11.本实用新型提供一种输变电设备便携式多参量自诊断智能巡视终端系统，包括第一超声波传感器、第二超声波传感器、加速度传感器、红外模组、可见光模组、前端放大器、前端滤波电路、处理器、无线网络模块、电池管理模块和电池，所述第一超声波传感器、所述第二超声波传感器和所述加速度传感器分别与所述前端放大器和所述前端滤波电路连接，所述前端放大器、所述前端滤波电路、所述红外模组和所述可见光模组与所述处理器连接，所述处理器与所述无线网络模块和所述电池管理模块连接，所述电池管理模块与所述电池
连接。
12.进一步地，所述前端放大器的第一模拟输入端与所述第一超声波传感器连接，所述前端放大器的第二模拟输入端与所述第二超声波传感器和所述加速度传感器连接，所述前端放大器的时钟输入端、数据输入输出端和片选线端与所述处理器连接，所述前端放大器的模拟电压输出端经所述前端滤波电路与所述处理器连接。
13.进一步地，还包括选择放大电路，所述第一超声波传感器通过所述选择放大电路与所述前端放大器的第一模拟输入端连接，所述第二超声波传感器和所述加速度传感器通过所述选择放大电路与所述前端放大器的第二模拟输入端连接。
14.进一步地，所述选择放大电路包括第一瞬态抑制二极管、第一电容、第一电阻、第二电阻、第二瞬态抑制二极管、第二电容、第三电阻、第四电阻，所述前端放大器的第一模拟输入端信号线与所述第一瞬态抑制二极管并联到地，并与所述第一电容串联，再分别与所述第一电阻并联到直流电源，与所述第二电阻并联到地，所述前端放大器的第二模拟输入端信号线与所述第二瞬态抑制二极管并联到地，并与所述第二电容串联，再分别与所述第三电阻并联到直流电源，与所述第四电阻并联到地。
15.进一步地，还包括电源滤波电路，所述前端放大器的模拟电源电压端和数字电源电压端分别与所述电源滤波电路连接。
16.进一步地，还包括上拉电阻、第五电阻、第六电阻，所述前端放大器的时钟输入端、数据输入输出端和片选线端分别经所述上拉电阻上拉至直流电源，并连接所述处理器，所述处理器通过spi协议配置所述前端放大器内部的寄存器，以修改所述第一模拟输入端和所述第二模拟输入端的信号放大倍数，从第一通道和第二通道中选择所述前端放大器的模拟电压输出端所要输出的信号，输出信号并联所述第五电阻和所述第六电阻将信号分开。
17.进一步地，所述前端滤波电路包括第一无源高通滤波电路、第二级高通滤波电路、运算放大器和第五电容，所述第一无源高通滤波电路包括第三电容和第七电阻，所述第二级高通滤波电路包括第四电容、第八电阻和第九电阻，所述前端放大器的模拟电压输出端经所述第五电阻与所述第三电容串联，所述第三电容与所述第四电容串联，所述第七电阻接在所述第三电容和所述第四电容之间，所述第四电容与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第八电阻与第九电阻的串联电路接在所述第四电容和所述运算放大器的输出端之间，所述运算放大器的输出端与所述第五电容串联。
18.进一步地，还包括模拟开关，所述运算放大器的输出端经所述第五电容与所述模拟开关的第二输入端连接，所述前端放大器的模拟电压输出端经所述第六电阻与所述模拟开关的第一输入端连接，所述模拟开关的功能选择引脚与所述处理器连接。
19.进一步地，还包括连接器，所述红外模组通过所述连接器与所述处理器连接。
20.进一步地，所述第一超声波传感器采用mems麦克风，所述mems麦克风焊接在电路板上；所述第二超声波传感器和所述加速度传感器利用电缆外接在电路板上。
21.相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
22.本实用新型提供一种输变电设备便携式多参量自诊断智能巡视终端系统，一台便携式终端即可实现红外测试仪、可见光测试仪、局放测试仪、超声测试仪、温湿度测试仪等多台仪器的测试功能，通过终端内置系统对巡视数据进行智能分析和智能告警，同时还可将现场巡视检测数据与国网运维巡视专用app、国网pms系统实时共享，有利于进一步有效
节省人力，提高运维巡视效率。通过增加局部放电和振动检测功能，较传统的手持红外在巡检上多出了优势，能够更有效的检测设备的安全问题；通过改良放大电路，能够更灵活的调整信号的放大倍数，同时降低电路的复杂性；通过改良红外机芯连接电路，能够方便更换红外机芯，以灵活根据场景选用不同分辨率的机芯。
23.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
25.图1为本实用新型的一种输变电设备便携式多参量自诊断智能巡视终端系统示意图；
26.图2为本实用新型的前端放大器电路图；
27.图3为本实用新型的模拟开关电路图；
28.图4为本实用新型的前端滤波电路图；
29.图5为本实用新型的连接器电路图。
具体实施方式
30.下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
31.一种输变电设备便携式多参量自诊断智能巡视终端系统，如图1所示，包括第一超声波传感器(图1中的超声波传感器1)、第二超声波传感器(图1中的超声波传感器2)、加速度传感器、红外模组、可见光模组、前端放大器、前端滤波电路、处理器、无线网络模块、电池管理模块和电池，超声波传感器用于监测局部放电现象，加速度传感器用于振动检测，第一超声波传感器、第二超声波传感器和加速度传感器分别与前端放大器和前端滤波电路连接，前端放大器、前端滤波电路、红外模组和可见光模组与处理器连接，处理器与无线网络模块和电池管理模块连接，电池管理模块与电池连接。处理器通过无线网络模块(如wifi)或usb线与手机等设备连接。通过处理器对巡视数据进行智能分析和智能告警，同时通过无线网络模块还可将现场巡视检测数据与国网运维巡视专用app、国网pms系统实时共享，有利于进一步有效节省人力，提高运维巡视效率。
32.如图2所示，前端放大器为可编程运算放大器，具体采用pga113芯片，前端放大器的第一模拟输入端ch0与第一超声波传感器连接，前端放大器的第二模拟输入端ch1与第二超声波传感器和加速度传感器连接，即超声波传感器2与加速度传感器共用ch1接口，为避免传感器工作时互相干扰问题，增加了选择放大电路，可以根据功能需要选择不同的输出信号，并且信号的放大倍数数字可调。具体电路如图2所示，ch1信号线先与第二瞬态抑制二极管tvs3并联到地，之后与第二电容c41串联，之后再分别与第三电阻r82并联到+3.3v直流
电源，与第四电阻r83并联到地，最终信号线接到可编程运算放大器u10的2脚(第二模拟输入端)，ch0信号线先与第一瞬态抑制二极管tvs2并联到地，之后与第一电容c44串联，之后再分别与第一电阻r84并联到+3.3v直流电源，与第二电阻r36并联到地，最终信号线接到可编程运算放大器u10的3脚(第一模拟输入端)。电源滤波电路分别由电容c38和电容c39组成，可编程运算放大器u10的1脚(模拟电源电压端)与10脚(数字电源电压端)接+3.3v直流电源，并分别与电容c38和c39并联到地；u10的7(时钟输入端)、8(数据输入输出端)和9脚(片选线端)分别通过上拉电阻r62、r63、r64上拉到+3.3v，并连接到处理器。
33.瞬态抑制二极管tvs2与tvs3与信号线并联接地起保护作用，避免输入的高电压、大电流损坏后面的器件，电容c41和c44起到滤除信号中的直流信号作用，电阻r82、r83和r84、r36为信号提供直流偏置，将信号抬高，以保证信号进入u10进行放大时信号能够保持完整性，不会出现失真现象，电容c38和c39起到电源滤波作用，降低电源对u10的干扰，u10的7、8、9脚接到处理器，通过spi协议配置u10内部的寄存器，以修改2、3脚输入通道的信号放大倍数，从通道0和通道1中选择5脚所要输出的信号，输出信号并联第五电阻r69和第六电阻r70将信号分开，以便后续根据传感器进行信号选择。
34.振动和局部放电信号采集的流程为传感器的输出脚接至可编程运算放大器，对信号先进行放大处理，之后超声波传感器1的信号经过放大后需通过高通滤波，滤除干扰信号，之后在模拟开关处根据当前使用的传感器选择通道，输出信号接至处理器的采集管脚。
35.如图4所示，前端滤波电路为高通滤波器，通过设定截止频率，能够衰减低于截止频率的信号，从而达到滤波目的。包括第一无源高通滤波电路、第二级高通滤波电路、运算放大器u11和第五电容c45，第一无源高通滤波电路包括第三电容c42和第七电阻r65，第二级高通滤波电路包括第四电容c43、第八电阻r60和第九电阻r61，前端放大器u10的模拟电压输出端vout经第五电阻r69与第三电容c42串联，第三电容c42与第四电容c43串联，第七电阻r65接在第三电容c42和第四电容c43之间，第四电容c43与运算放大器u11的反相输入端3脚连接，第八电阻r60与第九电阻r61的串联电路接在第四电容c43和运算放大器u11的输出端out之间，运算放大器u11的输出端out与第五电容c45串联滤除信号中的直流偏置。因u11采用单电源供电，交流信号的负半区会产生切削失真，通过在同相输入端1脚增加直流偏置电压，能够将信号抬高，保证信号的完整性，电阻r67、r68和电容c46为u11的1脚提供1.65v的直流偏置电压。
36.图2中信号输出分为两路，一路是超声波传感器1，一路是超声波传感器2和加速度传感器，如图3所示，运算放大器u11的输出端out经第五电容c45接至模拟开关u12的6脚(第二输入端)，前端放大器u10的模拟电压输出端vout经第六电阻r70接至模拟开关u12的4脚(第一输入端)，通过配置u12的1脚(功能选择引脚)进行信号的选择，这样可根据使用场景灵活的选用不同的传感器。
37.如图5所示，con2为连接器，用于与红外机芯连接，以便将红外机芯所采集的热像图传输到处理器。
38.本实用新型增加的局部放电检测电路的工作原理为设备在发生局部放电现象时，会伴随产生超声波信号，通过监测对应频率范围内的超声波信号来检测是否发生局部放电，采集超声波信号的传感器工作原理是将振动信号转化为电信号，采集输出的模拟信号进行分析，而振动监测所采用的加速度传感器的工作原理与超声波传感器的工作原理一
致。
39.考虑到传感器的外型和安装方式有差异，对输入方式作修改。其中，第一款超声波传感器使用的是mems麦克风，其接收频率范围广，能够采集最大80khz的信号，此款传感器焊接在电路板上；而第二超声波传感器和加速度传感器利用电缆外接，使用时更加灵活。
40.以上，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。