一种近电报警装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及工频强电感应测量技术和高压工程安全生产领域，尤其涉及一种 近电报警装置。
【背景技术】
[0002] 多年来，因触电事故造成人员重伤或死亡的数字非常惊人，已成为影响社会和谐 和家庭幸福的一大杀手。据近年来的事故统计分析发现，触电死亡人数占其全部死亡人数 的6.54%。我国约每用电1.5亿kWh就发生触电死亡1人，而实际上工业用电尤其是城市郊 区、县城及以下企业多以架空线路供电，更易发生人身触电伤亡事故。按照触电事故发生的 原因划分，误碰带电设备造成伤亡人数最多，占到了伤亡总人数的36%，事故对社会和谐造 成巨大冲击，每个触电死亡人员基本上都属于不同的家庭，也就是说，每年都有成千上万个 家庭必须承受失去亲人的巨大痛苦，同时在触电伤亡事故中，大约有60%形成法律纠纷，给 发供电企业带来巨大的经济损失和舆论负面影响。尤其对于长期工作在变电站、发电厂、输 配电线路等场所的电力企业或施工企业一线职工而言，高压触电威胁性更大，其触电主要 有两种:一种是强电磁场环境中的感应电触电，这种情况下作业人员轻者造成麻痛，重者造 成伤亡。另一种是直接误触高压带电设备触电，这种情况下一定会造成作业人员重伤或死 亡。以往人们对于感应电触电的防护采取的主要措施是通过穿绝缘手套和绝缘鞋的方法防 止触电，由于感应电电压往往很高，超过普通绝缘手套和绝缘鞋的耐压水平，起不到绝缘效 果，而绝缘水平高的手套和鞋，因为太笨拙穿着时无法工作，所以目前对感应电的防护还没 有好的办法，导致一线员工在作业过程中经常被感应电伤害。对于现场工作的一线员工误 走带电间隔和带电线路造成的直接触电事故的防护，传统的防护方法只是通过加强管理的 手段来避免，技术上没有任何措施，一旦发生触电，肯定要造成触电人员的伤亡。
[0003] 与此同时，目前在供电系统大多高压设备试验中采用不拆头试验方法，大大减轻 了检修工作量，但高压试验需进行试验接线，由于工作现场设备高绑梯困难，有时斗车无法 开进现场，绝缘杆由于伸缩自如、重量适中、维护方便在试验现场得到了广泛应用。但是在 使用绝缘杆近电操作时，操作者常因操作距离高、绝缘杆长，造成绝缘杆倒杆碰到相邻带电 设备，或使被试设备与母线的安全距离，造成工作人员触电事故发生。2012年某变电站试验 工作中，由于试验人员在拆除试验绝缘杆时站立不稳，绝缘杆失衡倒向临近带电设备，造成 试验人员被试验线引出的电弧灼伤。因此有必要在对绝缘杆的使用进行规范的同时依靠技 术力量对危险加以告警和预防。研究高效、稳定的近电预警系统将有效遏制安全事故的发 生。
[0004] 目前，就解决高压触电问题所采用的措施，基本停留在加强宣传力度和借用过流 保护装置完成漏电保护两种手段之上，但在实际生产生活中，时刻高度紧张地严防触电基 本无法做到，特别是高电磁环境中的感应触电更是难以预防。同时过流保护装置的动作与 实际电力系统运行状态、运行方式以及计算动作整定值有着密切关联，很难制定合适不同 状况的人身和设备安全运行的工作电流阈值。由此，在技术上减少和解决电力系统中的高 压触电所造成的人身伤亡和设备安全问题已是迫在眉睫。 【实用新型内容】
[0005] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提出一种有效可靠的近电报警装置，能 够在高压和强电磁环境中检测电磁感应，并能够通过声音告警信号告知附近是否存在高压 带电物体或存在强电磁场，迅速、安全、可靠的提醒当事人注意警戒或迅速撤离危险境况， 有效保障人身和设备安全问题。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型采取以下的技术方案实现：
[0007] 一种近电报警装置，包括电磁场传感器、信号处理电路、处理器以及电源;所述信 号处理电路包括与电磁场传感器输出端相连接的感生电流拾取模块、与感生电流拾取模块 输出端相连接的高倍仪用放大模块、与高倍仪用放大模块输出端相连接的工频检波滤波模 块、与工频检波滤波模块输出端相连接的信号调理模块;所述信号调理模块的输出端与处 理器的输入端相连接。
[0008] 需要说明的是:本实用新型的保护点在于：电磁场传感器、感生电流拾取模块、高 倍仪用放大模块、工频检波滤波模块、信号调理模块、处理器各模块之前的连接关系，从而 本实用新型属于实用新型的保护客体。另外，需要说明的是各模块均为现有模块，此处不再 赘述。
[0009] 本实用新型还包括下列模块的一种或几种：与处理器输出端相连接的显示模块、 与处理器输出端相连接的声光报警模块、与处理器输入端相连接的按键模块。
[0010] 上述高倍仪用放大模块包括由J4端子与47uF电容组成的LC调谐电路、由运放U4A 及运放U4B组成的前级放大级和由运放U5B构成的差分放大级。
[0011] 本实用新型的有益效果：
[0012] 1、能够在高压和强电磁环境中检测电磁感应，并能够通过声音告警信号告知附近 是否存在高压带电物体或存在强电磁场，迅速、安全、可靠的提醒当事人注意警戒或迅速撤 离危险境况，有效保障人身和设备安全问题。
[0013] 2、采用处理器及前向通道中的信号处理电路中的运算放大器、电阻、电容等器件 均为电子材料市场中最常见器件和器材，既能够实现电磁场感应的微小电流的捡拾、放大 和获取，又能使装置制作生产选材方便，制作容易，装置功耗低、结构简单，探测灵敏度高。
[0014] 3、突破传统的电场测量装置的使用，直接采用简单常见的元器件和材料进行加工 和实现，使得装置体积小、重量轻、价格低廉，更易于广泛使用和普及。
[0015] 以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说 明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型近电报警装置的电路结构框图。
[0017] 图2是本实用新型近电报警装置中高倍仪用放大模块的电路图。
[0018] 图3是本实用新型近电报警装置中工频检波滤波模块和信号调理模块的电路图。
[0019] 图4是本实用新型近电报警装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0021] 如图1所示，本实用新型近电报警装置包括电磁场传感器、感生电流拾取模块、高 倍仪用放大模块、工频检波滤波模块、信号调理模块、处理器、按键控制模块、显示模块、声 光报警模块以及电源;所述电磁场传感器用于在电场中随变化的电场感生出变化的微弱电 流信号，将交变的电场感应为相应的感生电流;所述感生电流拾取模块用于将微弱的感生 电流通过精密电阻构成电路进行取样，转化为随电场强度变化而变化的微弱电压信号，供 后续电路处理;所述高倍仪用放大模块用于对所述感生电流进行放大，将反映场强变化的 微弱电压信号放大到能够供处理器AD采用器采样的大电压信号，其放大倍数要超过3000 倍;所述工频检波滤波模块用于将放大后的电压信号中反映其它频率电磁波的成分滤除， 设计的检波滤波电路上下截止频率分别在35Hz和75Hz附近;所述信号调理模块是将检波滤 波后的信号进一步处理为AD采样器所需的电压输入范围内；所述处理器用于对信号进行采 样、频域分析及处理，计算出相应的电场强度信号和距场源(输电线路）的距离，并通过显示 模块进行显示，同时根据报警阈值通过声光报警模块进行声光报警。所述处理器采用 STC12C5A60S2系列单片机处理器。
[0022] 如图2所示，电磁场传感器通过J4端子和47uF电容C11组成LC调谐电路，对工频电 场感应信号在源头实时抗干扰处理;所述高倍仪用放大模块包含两个放大级，运放U4A、运 放U4B组成第一级，二者均接成同相输入方式，因此输入电阻很高。由于电路结构对称，它们 的漂移和失调都有相互抵消的作用。U5B组成差分放大级，将差分输入转换成为单端输出。 将感生电压输入至运放U4A的3脚和U4B的5脚，构成差分输入;至U5B的7脚输出，三个集成运 放组成通用数据放大器，每个集成运放都接成比例运算电路形式。采用的仪用差分放大电 路能够很好的抑制由于环境温度、湿度及外界电磁干扰所引起的电路的不稳定性，使得在 电场强度检测和近电报警时的准确度和稳定性大大提高，给强电系统研究及大气电场测量 和安全生产预警提供了极大的方便。
[0023]借助运算放大器的正负输入端的"虚短路"和输入引脚与整个器件的"虚断路"特 点，将U4A的3脚和U4B的5脚的感生电压加至电阻R13上，经连接U4A和U4B的R15和R16进行放 大，至U4A的1脚和U4B的7脚输出的差分值，完成仪用放大电路的前级放大，前级放大倍数为 (R15+R16+R13)/R13=(100K+100K+10K)/10K = 21 倍;U4A 的 1 脚和 U4B 的 7 脚将感生电压放大 21倍后输入至运放U5B的5脚和6脚进行放大，完成仪用放大电路的后级放大，后级放大是典 型的运算放大电路，放大倍数为-R17/R12 = -1500K/10K = -150倍，经仪用差分放大电路的 两极放大后，高倍仪用放大模块完成了对微弱感生电压的放大，整个放大倍数为21*15 = 3015倍。
[0024]如图3所示，工频检波滤波模块和信号调理模块中，首先由U5A完成工频信号的检 波和滤波，U5A和其电阻电容器件构成带通滤波器，对放大后的感生电压进行带通滤波，滤 除工频以外的其它成分信号。带通滤波器的截止频率的计算，低频截止频率fi和高频截止 频率f h分别为：
[0027] 即将31.2Hz和79.6Hz以外的频率成分滤除。
[0028]滤波后的工频电压信号输入信号调理模块进一步进行信号调理。信号调理模块主 要是由运算放大器构成的一个加法电路，将交流电压信号的基准电平调整至2.5V以便于AD 采样器进行采样。
[0029] 如图4所示，本实用新型近电报警装置为一个尺寸约为120mmX80mmX60mm的绝缘 塑料小盒，包括连接为一体的电磁场感应金属片1(电磁场传感器）、信号处理电路2(包括高 倍仪用放大模块、工频检波滤波模块、信号调理模块、处理器）、电源3、启动开关4、近电报警 距离调节按键5、显示器6、近电报警指示灯7和壳体8以及壳体上嵌有的扬声器释音孔9。打 开装置启动开关4,装置接通电源，根据强带电体的电压等级通过近电报警距离调节按键5 设置近电报