多功能电场监测及近电预警防护手环的制作方法

本发明涉及近电预警防护装置领域，尤其涉及多功能电场监测及近电预警防护手环。

背景技术：

1、电力作业现场和室内外空间环境中，若发生人员碰触带电设备和漏电设备将会发生严重人员伤害事故，电力安全事故数不胜数，一种有效方法则是采用技术措施来防范安全事故，场强检测预警是常用的有效技术手段之一。

2、目前场强检测的方式有两种：非接触式验电与接触式验电。接触式验电应用较早，检测装置的电极在工作时需要与待测设备接触。在雨天或潮湿环境中，其绝缘手柄可能会导电，对操作人员的安全构成威胁；此外，电压水平越高，接触式测试装置的手柄越长，手柄越长导致其重量增加，操作不便；对于要在内部测试的设备，工作人员必须将其拆卸以进行电气检查，安全性较低，而且会增加工作量。

3、非接触式方案可以弥补接触式验电的不足，逐渐成为研究热点，近电预警装置是目前广泛应用于电力领域的一种非接触式电量检测装置，检测距离长。雨天绝缘棒或导电棒的绝缘性能好，检测设备是否带电时无需拆卸设备。这些优点提高了电力检测的安全性，当操作员携带时，当人们靠近高压带电体时，它可以发出警报。电力运维现场经常需要带电作业，这要求操作员随身携带可靠的近电报警装置，以确保实时安全地进行电力检查。然而，目前市面上的近电流预警装置仍存在一些不足，如操作人员容易忘记携带、携带不便、档位调整不便、功能单一等。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供多功能电场监测及近电预警防护手环，以实现穿戴式的预警防护，防止遗忘，实现实时验电预警为目的。为此，本发明采取以下技术方案。

2、多功能电场监测及近电预警防护手环，包括手环本体和设于手环本体两端的穿戴配件，所述的手环本体包括手环壳体、设于壳体正面的触控屏，所述的手环壳体内设有电源模块、微控制单元、时钟模块、场强检测模块、测距模块、振动声光报警模块和心率监测模块，所述的电源模块、触控屏、测距模块、时钟模块、场强检测模块、振动声光报警模块、心率监测模块和蓝牙模块均与微控制单元连接，所述的微控制单元通过蓝牙模块与监护监测平台连接。场强检测模块检测到的信号传递给微控制单元进行判定，从而根据不同的情况发出警示，相关信息上传到监护监测平台，可供后台监护人员查看实时电场数据，并且为现场作业人员设置备忘录内容，通过手环语音播报作业内容和通过触控屏，便于佩戴人员选择手环功能，查看电池模块的剩余电量和时间、警报信息等内容，方便了佩戴人员的使用，实现实时检测预警，预警时，可发出震动和声光报警，能够实现可靠的近电报警功能的同时提升佩戴人员的工作效率，穿戴方式不容易遗忘，有效避免触电产生伤亡事故的发生。

3、作为优选技术手段：所述的场强检测模块进行场强计算时，采用融合现场3d与矢量电场梯度信息的近电场检测优化方法，在不考虑大地条件的影响时，点电荷电位计算公式为：由此可得出单点电荷的电位系数为：其中，区域内任意一点的a的电场强度：式中，n为模拟电荷的个数，fa0为电场强度矢量系数，单个点电荷电场强度系数：

4、

5、场强检测模块将检测数据输入微控制单元后，经过微控制单元预测模型计算，在超过危险电压阈值时提前报警。有效实现场强检测，能充分保障工作人员的人身安全。

6、作为优选技术手段：微控制单元预测模型计算时，沿最短路径选取若干等间距的采样点并提取其电场强度值，对每个电荷定义并计算电场特征，所述的电场特征包括：

7、电场强度的最大值、最小值和平均值(emax、emin、ea)，以及沿最短路径电场分布的方差和标准差(estd2和estd)，

8、

9、

10、

11、

12、其中n为沿最短路径的采样点数，ei为第i点的电场强度，这五个特征表征了该路径上电场值的分布和离散程度；

13、电场梯度的最大值和平均值(egm和ega)，

14、

15、

16、这两个特征表征了沿最短路径电场值的变化率；

17、电场强度的平方w和wa，

18、

19、

20、式中di是最短路径上两个采样点之间每一段的长度；

21、电场强度超过x％emax的路径长度，即lx，以及lx与间隙长度d的比值，记为lrx，

22、

23、lrx＝lx/d

24、其中m为场强超过x％emax的采样点数，dj为每段的长度；

25、场强超过x％emax的路径的电场积分，记为vx，其与外加电压u的比值，即：

26、

27、vrx＝vx/u

28、其中ex＝x％emax和u是施加在间隙上的电压，这些特征表征了沿着最短路径的电势分布；

29、这些特征归一化到[0,1]之后作为场强模型的输入参数，

30、

31、其中xmax和xmin分别为特征xi的最大值和最小值，为归一化后的值。有效实现电场特征的计算。

32、作为优选技术手段：采用相关性分析方法确定特征与放电电压的强相关性以及特征之间的强相关性，关联度由皮尔逊相关系数r来评价，其表达式为

33、

34、其中xi和yi是任意两个参数的第i个值，x和y是它们的平均值，

35、将这些电场特征作为支持灰色关联模型的输入参数，预测下一场景的场强大小。实现场强预测，实现提前预警。

36、作为优选技术手段：所述场强检测模块在检测电场强度时，还计算人体进入电场域引起的电场畸变效应，人体附近的电场强度与原始均匀电场强度之比用于描述畸变场和未畸变场之间的比例关系，称为电场强度增长因子δ,表达式为：其中，es为人体附近电场强度；e0为原均匀电场强度，将手腕和头部检测到的电场强度作为所需的电场强度，并根据检测值执行近电警告。通过计算人体进入电场域引起的电场畸变效应，可以更精确地实现场强的检测和执行近电警告。

37、作为优选技术手段：计算人体进入电场域引起的电场畸变效应时，在数据处理中引入的离散系数ks，用于分析人体具体监测点的电场强度的离散程度，其中，为数据平均值，σ为数据标准差，ks越大，说明数据越离散。通过引入离散系数，可有效实现人体行走时的引起周围不断变化的扭曲电场的计算，实现手环对场强的更精确监测。

38、作为优选技术手段：所述测距模块采用uwb测距，模块从启动开始生成独立的时间戳，两个相邻的其中一个手环的测距模块的发射机发送所请求类型的脉冲信号至其时间戳ta1，而另一个手环的测距模块在tb2时间接收信号，并在tb1时间发送响应信号，以此可以计算两个模块之间脉冲信号的传输时间，以确定飞行距离s，s＝c[(ta2-ta1)-(tb2-tb1)]。有效实现两个手环之间的测距，实现现场人员相互位置的实时监控。

39、作为优选技术手段：所述的心率监测模块设于手环本体的底部。当手环佩戴时，心率监测模块直接对准手腕部，可有效实现通过腕部脉搏检测实现对心率的监测。

40、作为优选技术手段：所述的手环壳体的一侧设有充电口与内部的电源模块连接，电源模块采用锂电池储能。可方便实现对手环的充电。

41、作为优选技术手段：所述的手环壳体的另一侧设有蜂窝放音孔，所述的振动声光报警模块包括振动马达、蜂鸣器和警示灯，所述的蜂鸣器设置在蜂窝放音孔的内侧，所述的振动马达设于手环本体的底部。位置分布合理，可有效实现振动、蜂鸣器和警示灯的警报。

42、有益效果：方便人员佩戴和使用，实现实时检测预警，能够实现可靠的近电报警功能的同时提升佩戴人员的工作效率，穿戴方式不容易遗忘，有效避免触电产生伤亡事故的发生。