矿用便携式电缆识别仪的制作方法

1.本实用新型涉及矿用设备技术领域，尤其是矿用便携式电缆识别仪。


背景技术：

2.电网是社会经济发展的基础产业,随着电力、能源行业的发展，用电负荷大幅攀升。而电缆作为电网运行的支撑条件及电力系统基础组成部分,肩负着运输和分配电能的重任.各种电缆越来越多地运用到生产、生活的各个领域。
3.煤矿企业中的电缆担负着井下通风、排水、采煤、掘进、洗煤、运输、监控、通讯等系统运行的重任，是井下生命、生产安全的重要保障。由于煤矿井下的特殊环境，高低压电力电缆故障发生率高，企业需要配备数量较多的煤矿电工，从事大量的电缆日常维护维修工作。
4.由于在巷道或电缆管沟内，电缆数量众多，堆叠复杂。电缆在开断维修前，必须从多根带电运行的电缆中识别出需开断的某一根不带电电缆，即目标电缆，以避免在施工现场经常发生的因试扎错误或锯错电缆造成的人身安全事故或重大停电事故，具体操作如图1中的电缆开断前需从一束电缆中准确识别目标电缆示意图所示。
5.目前在进行电缆维修中电缆识别仪是常用设备之一，电缆识别仪是一种快速准确识别电缆是带电还是停电状态的专用仪器，可大大减少电缆排查时间，缩短维修工时，尽快恢复供电，减少停电损失，是电工必备的检测仪器。
6.煤矿井下由于易爆气体始终或长时间存在，属于危险等级最高的0区场所。国家标准规定，其使用的仪器设备必须符合本安型exia级标准，工作电流被限制在100ma以下。
7.而目前国内市场上的电缆识别仪因工作电流大（最大电流30a），易发生爆炸，不能用于煤矿井下有瓦斯、煤尘等的危险场所，国内现有的电缆识别仪不符合煤矿安全标准。
8.目前井下电缆仍然采用人工识别，通过目视或触摸的方法查找目标电缆，存在以下不足：
9.1.费时费力。井下岔道众多，需多人协作完成；为保证识别正确，需反复识别，效率低；寻找2000米的目标电缆平均需要5小时，每名电工平均每日寻线7公里，劳动强度大。
10.2.准确性差。不能保证100%准确率，且需要接触带电电缆，有触电隐患。
11.目前电缆识别仪厂家非常多，大多精度不是很高，不能有效保证其识别效果；且产品件数多，箱体式包装，体积大，不易携带
12.3.停产损失大。经调研，设备停电造成的直接经济损失平均45万/小时。
13.因此，如何设计并推出一种安全高效的矿用电缆识别设备，对于煤矿井下电缆识别而言迫在眉捷。


技术实现要素：

14.本实用新型为解决上述技术问题之一，所采用的技术方案是：矿用便携式电缆识别仪，包括控制器、报警器、电源、存储器，报警器、电源、存储器均通过信号线、电源线与控
制器的对应引脚相连接，还包括一dsp数字处理器，所述dsp数字处理器的输出端与所述控制器通过信号线实现双向信号连接，在所述dsp数字处理器的输入端信号连接有一检测滤波模块，所述检测滤波模块的输入端与一电磁感应模块相连，所述电磁感应模块用于接触被测电缆并把被测电缆中通过电流时产生的电磁信号转化成电压信号输出至所述检测滤波模块。
15.在上述任一方案中优选的是，所述控制器采用mcs-51系列单片机中的c8051单片机，所述c8051单片机包括内置的中央处理单元、128字节内部数据存储器ram、32个双向输入/输出(i/o)口、2个16位定时/计数器、5个两级中断结构，1个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。
16.在上述任一方案中优选的是，所述报警器包括蜂鸣器或发光二极管中的至少一种。
17.在上述任一方案中优选的是，所述存储器为非易失性存储器-flash闪存存储器。
18.在上述任一方案中优选的是，所述检测滤波模块由相互连接的滤波单元和信号检测单元组成，所述滤波单元的输出端与dsp数字处理器信号连接，所述信号检测单元的输入端与所述电磁感应模块信号连接。
19.在上述任一方案中优选的是，所述滤波单元包括滤波信号输入端、滤波信号输出端，滤波信号输入端、滤波信号输出端之间通过并联设置的通道支路相连，在各所述通道支路沿信号传输方向分别间隔串联设置有低噪声放大器、窄带通滤波器、二极管、积分器，两通道支路的末端分别与一加法器相连，所述加法器的输出端与比较器串联，所述比较器的末端为滤波信号输出端，所述滤波信号输入端用于接收电压信号、噪声信号。
20.在上述任一方案中优选的是，所述信号检测单元采用现有技术中的微弱电信号检测器。
21.在上述任一方案中优选的是，所述电磁感应模块采用现有技术中的电磁感应模块。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
23.1、本矿用便携式电缆识别仪实用、安全、可靠、经济；本产品的突出优势是适用范围广泛，符合本安型标准，既可用于煤矿井下有煤尘、瓦斯等爆炸场所，也可用于一般非爆炸场所，可检测各种类型的高低压电力电缆；提高了安全性。
24.2、安全精准：操作时与电缆无直接接触，安全可靠。采用自适应、抗干扰等技术，识别准确率达100%；能快速准确的识别电缆是否带电，减小施工过程中辨识的难度，提高工作效率，操作者与电缆没有电气接触，降低触电事故的发生，使用效果良好。
25.3、操作简单：单机设计，单人操作，无需接线，开放式大钳口直接卡在待测电缆上，led指示清楚直观，1秒即可完成识别。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。
27.图1为现有技术的主程序流程图。
28.图2为本实用新型的结构示意框图。
29.图3为本实用新型的电磁感应模块工作原理示意图。
30.图4为本实用新型的微弱信号检测器的结构示意图。
31.图5为本实用新型的滤波单元的结构示意图。
32.图中，1、控制器；2、报警器；3、电源；4、存储器；5、dsp数字处理器；6、检测滤波模块；61、滤波单元；611、滤波信号输入端；612、滤波信号输出端；613、通道支路；614、低噪声放大器；615、窄带通滤波器；616、二极管；617、积分器；618、加法器；619、比较器；62、信号检测单元；7、电磁感应模块。
具体实施方式
33.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
34.如图1-5中所示，矿用便携式电缆识别仪，包括控制器1、报警器2、电源3、存储器4，报警器2、电源3、存储器4均通过信号线、电源3线与控制器1的对应引脚相连接，还包括一dsp数字处理器5，所述dsp数字处理器5的输出端与所述控制器1通过信号线实现双向信号连接，在所述dsp数字处理器5的输入端信号连接有一检测滤波模块6，所述检测滤波模块6的输入端与一电磁感应模块7相连，所述电磁感应模块7用于接触被测电缆并把被测电缆中通过电流时产生的电磁信号转化成电压信号输出至所述检测滤波模块6。
35.此处设置的电源3模块用来提供电能。
36.在上述任一方案中优选的是，采用intel公司mcs-51系列单片机中最基本的产品c8051单片机，包括内置的中央处理单元、128字节内部数据存储器4ram、32个双向输入/输出(i/o)口、2个16位定时/计数器、5个两级中断结构，1个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。可工作于低功耗模式。虽然51单片机已经具有了64 kb的flash存储空间，但考虑到系统对数据存储处理的需求，采用了串行flash存储器4at45d021，存储容量高达256k字节。
37.以mcs-51单片机为核心控制，完成信号处理、过程控制、人机接口等任务的控制，其现有技术的主程序流程图如图2所示。
38.c8051单片机作为控制模块，负责完成信号的采集、自适应放大，过程控制以及人机接口等任务的控制；将信号检测与处理一体化，体积、重量减少90%。
39.在上述任一方案中优选的是，所述报警器2包括蜂鸣器或发光二极管616中的至少一种。
40.在上述任一方案中优选的是，所述存储器4为非易失性存储器4-flash闪存存储器4，用来存储程序以及数据。
41.在上述任一方案中优选的是，所述检测滤波模块6由相互连接的滤波单元61和信号检测单元62组成，所述滤波单元61的输出端与dsp数字处理器5信号连接，所述信号检测单元62的输入端与所述电磁感应模块7信号连接。
42.设置的现有技术中的dsp数字处理器5主要是为了利用dsp的高速数据处理分析能力，对信号进行处理，得到精准的电信号，实现精准识电。
43.在上述任一方案中优选的是，所述滤波单元61包括滤波信号输入端611、滤波信号输出端612，滤波信号输入端611、滤波信号输出端612之间通过并联设置的通道支路613相连，在各所述通道支路613沿信号传输方向分别间隔串联设置有低噪声放大器614、窄带通滤波器615、二极管616、积分器617，两通道支路613的末端分别与一加法器618相连，所述加法器618的输出端与比较器619串联，所述比较器619的末端为滤波信号输出端612，所述滤波信号输入端611用于接收电压信号、噪声信号。
44.滤波单元61采用双通道支路613消噪法，利用两个通道支路613对输入信号进行不同的处理，消去噪声，得到不失真电信号。
45.在上述任一方案中优选的是，所述信号检测单元62采用现有技术中的微弱电信号检测器，采用现有的微弱信号检测技术，采集检测微弱的电压信号。
46.在上述任一方案中优选的是，所述电磁感应模块7采用现有技术中的电磁感应模块7。
47.电磁感应模块7利用电磁感应原理，把电缆中通过电流时产生的电磁转化成电压信号输出，避免受环境磁场影响而产生的误报现象，能够稳定准确的识别电缆，提升了抗干扰性和可靠性。
48.电磁感应模块7工作原理简介：基于磁场感应原理，通过测量电缆周围有无磁场存在，判断电缆内是否有电流通过，即利用能够检测磁场的线圈，放置在电缆的周围，将周围磁场转换为电压信号，间接识别出电缆。
49.磁电采集模块由感应线圈、放大电路组成。采用基准线圈采样信号对比法，解决了受环境磁场影响而产生的误报问题，能够稳定准确的识别电缆，提升了抗干扰性和可靠性。
50.感应线圈由检测线圈l1和基准线圈 l2构成。检测线圈l1与被测电缆方向垂直，用于检测被测电缆有电流通过时在电缆周围产生的磁场信号；基准线圈 l2放置在检测线圈后且与检测线圈并列，方向与被测电缆走向平行，用于检测由相邻电缆以及其他大型设备引起的空间电磁干扰信号的大小,以此作为单片机判断被测电缆通电与否的基准，具体工作原理如图4所示，当被测电缆流过电流时,检测线圈 l1的感应信号大于基准线圈l2的感应信号,则电缆带电，若检测线圈 l1的感应信号近似等于基准线圈l2的感应信号,则电缆不带电。
51.为降低工作电流，符合矿井本安防爆标准，本产品采用微弱信号检测处理技术，通过单片机与四大模块，完成电缆中电信号的感应、采集、滤波、数据处理等任务。
52.为满足企业380v-110kv不同电压、不同负载的电缆识别需求，单片机对采集的微弱信号采用自适应放大处理，通过分析判断，获得最佳放大倍数，保证信号特征不失真，显著提高识别仪的抗干扰性。
53.具体工作原理：
54.打开识别仪的总开关；将识别仪的电磁感应模块7依次靠近待测电缆。
55.若电缆带电，报警器2的红灯闪烁，并发出“滴滴”声报警。
56.若电缆不带电，报警器2不亮，没有报警声。
57.相比市场上的电缆识别仪，我团队研发的矿用便携式电缆识别仪各项参数均明显优于同类产品。工作电流小，是唯一一款能用于井下的识别仪。轻量化设计，体积更小，仅为普通识别仪的1/18
‑‑
1/20，重量更轻，仅1/6
‑‑
1/9。耗电更少，纽扣电池，更换一次可使用3
个月，价格更低，是传统识别仪的1/3-1/8。
58.本产品样机在济三煤矿试用3个月，识别电缆仅需1人，节省了人力约80%，提高人员利用率，识别2000米的电缆仅用0.5小时，识别速度提高90%，杜绝了施工现场因锯错电缆所造成的重大停电事件和人身安全事件，提高施工维修效率，大量节约单次施工的时间，为企业节约停产损失约360万。
59.据调研，全国拥有煤炭企业4000家，非煤炭企业3000万家，识别仪需求240万台。产品市场前景广阔。本产品市场推广价格1680元，预计未来5年可实现营业收入2800万元，净利润700万元。
60.以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中；对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
61.本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。