一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置，包括检测装置及其连接的控制装置，两者均由电源装置供电；所述检测装置包括若干个导电传感器，所述控制装置包括可编程微处理器与数据存储器，所述控制装置连接控制面板，所述控制装置与所述检测装置之间连接数据集中器，让公众通过变电站周边的LED大屏直观了解当前的电场强度并与国家标准进行对比，形成直观、正确的概念，降低公众的心理恐慌程度，并为变电站作业场所工频电磁场防护提供了数据支持，促使作业人员遵守相关电磁防护原则，并采取相应的防护措施有效抑制职业危害。
【专利说明】一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及变电站电场信息检测【技术领域】，尤其涉及一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的发展、人们生活水平的提高，我国的电力需求持续增长，电网规模也发生了重大变化。我国骨干电网已经由20世纪80年代的220kV发展到目前的500kV，在未来几年我国的超特高压将步入跨越式发展之路。但另一面却导致了周边电磁环境的恶化，引起公众的极大关注。随着城镇规模的快速扩张，越来越多的输电线路和变配电设施或置于人口聚集区，伴随着公众环保意识的提高，人们对高压输变电系统的电磁环境问题和可能引起的生态效应非常担忧，相关研究和媒体报道也给公众造成了巨大的心理压力。集体妨碍和抵制新建电力设施，上访或进行法律诉讼的事件也时有发生，矛盾的激化影响社会的安定和谐，由于公众对电磁污染的错误认识，及工频电磁场本身的不可见性和实时测量公示的缺失，许多变电站周边的居民出现所谓“电磁辐射”等不安全因素担心的心理，对变电站建设进行阻扰，从而造成了变电站进城难落地难。输电电压等级发展到特高压阶段，环境电磁问题已经成为制约电网发展的主要因素之一。
[0003]申请号为200710106684.3的中国专利涉及一种电场仪，包括探测装置、信号处理装置和数据分析装置，探测装置将电场信号传送于信号处理装置，探测装置内设置有动片及其驱动装置、两组定片和传感器，信号处理装置包括差分模块，探测装置内的两组定片分别与两运算放大器连接以组成差分模块两输入电路。一种电场测量方法，由动片分时屏蔽两组定片得到两组电场交变信号，将获取的电场交变信号经由多个信号处理过程进行信号处理以输出电场值，信号处理过程包括将两组电场交变信号经滤波与选频放大处理以后进行差分放大的步骤。本发明的电场仪及测量方法，抑制了由于温度和外界电磁干扰所引起的电路的不稳定性，提高了噪声抑制能力，使得电场的测量变得稳定可靠。
[0004]申请号为201320398992.9的中国专利公开了一种简易电场强度检测装置，利用一对弯曲成半圆形的铜板组成一个电容放置在高压设施的安全范围内，交变电场会在铜板电容两极产生一个交流电压，交流电压通过高效整流电桥变换成直流，给一个固定小电容充电。小电容并联一个由迟滞比较器控制的放电电路，当小电容电压达到一定值后，放电电路释放掉小电容的电荷，使小电容电压降低。通过在单位时间内检测小电容两端电压的脉冲数，可得出交变电场的强度。本实用新型的电路结构简单，提高了采集的稳定性与准确性。
[0005]为了扭转原来接到公众投诉后再监测的“救火式”被动局面，对电磁场进行即时有效的测量成为解决这一问题必不可少的手段。传统的变电站电场测量装置存在成本高、测量数据量大的缺点，且不易构建直观准确的信息显示平台，故而，可以考虑将压缩感知理论应用于变电站工频电场测量计算上，从而实现电磁环境数据测量的实时性与准确性，为进一步实现智能分析、安全预警等运行智能化检测的管理目标提供可靠依据。实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于解决上述技术问题，提供一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置，从而实现电磁环境数据测量的实时性与准确性，从而顺利的推进各变电站工程建设。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置，包括检测装置及其连接的控制装置，两者均由电源装置供电；所述检测装置包括若干个导电传感器，所述控制装置包括可编程微处理器与数据存储器，所述控制装置连接控制面板，所述控制装置与所述检测装置之间连接数据集中器。
[0008]所述电源装置包括无源取能模块，所述无源取能模块包括感应取能器件以及与其连接的整流降压电路，所述整流降压电路连接直流蓄电池。
[0009]所述电源装置包括光伏阵列板，所述光伏阵列板连接蓄电池。
[0010]所述控制面板为人机交互式，包括数据设定面板及LED显示面板。
[0011 ] 所述数据设定面板包括若干个数据输入按钮及指令按钮。
[0012]压缩感知理论在信号处理、通信、WSN等领域的应用比较广泛。基于压缩感知的系统特点是:传感器节点直接采集少量数据，同时完成采样、压缩，不需要基于香农乃奎斯特定理进行大量、高速采集，在本实用新型中，控制器中的数据存储器存储基于压缩感知理论的不同采样算法，可编程微处理器接受人机交互界面的指令，调用对应的算法，通过检测装置对检测装置的多个导体传感器进行有序取样，从而形成符合本实用新型条件的交变工频传感单元，检测装置中传感器的基本原理是:处于电场中的导体传感器表面会产生感应电荷，根据测量电场的不同频率，由取样电路根据特定算法，将感应电荷转换成与待测电场强度有一定对应关系的电流或电压信号，对信号进行分析，就可测得电场强度。
[0013]在具体项目中，变电站交变电场的测量，是在位于交变电场中的导体，其表面感应电荷与带刺电场按同频率随时间变化，对此感应电荷处理，便能得到与待测电场中成比例关系的电压或者电流信号，利用压缩感知算法对信号进行重构，从而实现电场的测量。
[0014]位于交变电场中的传感装置，其电极上的供应电荷随时间周期变化，无需像静电场传感器那样需要外力驱动传感器电极作相对运动，因此其结构简单，易于制作，相比其优点如下:
[0015]易于计算其表面电荷与电场的关系；可以估算传感器对被测电场的影响；电场畸变小。
[0016]装置电源可以采用无源取能式，无源取能模块包括感应取能器件以及与其连接的整流降压电路，整流降压电路连接直流蓄电池，其中，感应取能器件主要包括电压互感器，直接将高压电场转换为电气信号发送，并通过集成一个低损耗整流器和一个高效率降压型转换器，以收集环境中产生的高压线路耦合能量，然后将这种能量转换成良好调节的输出，为后续组件提供电源支持与信息采集支持。整流器直接对电压波形整流，无源感应取能器件还连接一个外部存储电容器，便于采集信号的稳定输出与自保持，可以在宽迟滞性的超低静态电流欠压时，使电荷能够在存储电容器上积累，直至降压型转换器可以高效率地将一部分存储的电荷传送给输出为止，在无负载休眠状态时，可调节输出电压，同时连续给存储电容充电。
[0017]电源装置上也可以设置光伏阵列板，光伏阵列板连接蓄电池，可以通过太阳能供源，从而增加系统的持续性和绿色环保。
[0018]可编程微处理器包括数据寄存器，可以通过人机接口与显示器、数据设定面板连接，接收数据设定面板所输入的整定值数据，并放入可编程微处理器的数据寄存器，方便可编程微处理器的数据处理子程序进行算法采样时调用。其中，可编程微处理器程序包括主程序、中断服务子程序、定时中断服务子程序、数据处理子程序，均可以采用C语言进行设计，并封装于可编程微处理器的数据存储器中方便直接调用。其中，系统主程序主要完成端口、定时器、常量、变量及其他量的初始化工作；中断服务子程序主要根据数据寄存器的溢出位状态，判断数据是否溢出，如溢出则转入中断入口子程序；定时中断服务子程序主要完成定时中断采样任务，I ms进行I次处理，每回连续6次采样，采样结果存入指定内存单元；数据处理子程序主要完成求数据平均值，进行数据比较，从而确定准确测量值；数据设定面板中的数据输入按钮，包括‘0’至‘9’十个阿拉伯数字输入键，指令按钮包括有报警设定、停机设定、返回、确认、开/关机、自动检测等。
[0019]本实用新型的优势之处在于:基于压缩感知重构算法的交变工频传感单元在位于交变电场中，其表面感应电荷与待测电场按同频率随时间变化，对此感应电荷进行处理，便能得到与待测电场成比例关系的电压或电流信号，从而实现电场的测量；测量结果为变电站作业场所工频电磁场防护提供了数据支持，促使作业人员遵守相关电磁防护原则，并采取相应的防护措施有效抑制职业危害。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型实施例一的结构示意图。
[0021]图2是本实用新型实施例二的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]实施例一
[0023]如图1所示，一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置，包括检测装置及其连接的控制装置，两者均由电源装置供电；检测装置I包括若干个导电传感器，控制装置包括可编程微处理器2与数据存储器3，控制装置连接控制面板，控制装置与检测装置I之间连接数据集中器4 ;电源装置包括无源取能模块，无源取能模块包括感应取能器件10以及与其连接的整流降压电路11，整流降压电路连接直流蓄电池5 ;控制面板为人机交互式，包括数据设定面板6及LED显示面板7 ;数据设定面板包括若干个数据输入按钮8及指令按钮9。
[0024]压缩感知理论在信号处理、通信、WSN等领域的应用比较广泛。基于压缩感知的系统特点是:传感器节点直接采集少量数据，同时完成采样、压缩，不需要基于香农乃奎斯特定理进行大量、高速采集，在本实用新型中，控制器中的数据存储器存储基于压缩感知理论的不同采样算法，可编程微处理器接受人机交互界面的指令，调用对应的算法，通过检测装置对检测装置的多个导体传感器进行有序取样，从而形成符合本实用新型条件的交变工频传感单元，检测装置中传感器的基本原理是:处于电场中的导体传感器表面会产生感应电荷，根据测量电场的不同频率，由取样电路根据特定算法，将感应电荷转换成与待测电场强度有一定对应关系的电流或电压信号，对信号进行分析，就可测得电场强度。
[0025]在具体项目中，变电站交变电场的测量，是在位于交变电场中的导体，其表面感应电荷与带刺电场按同频率随时间变化，对此感应电荷处理，便能得到与待测电场中成比例关系的电压或者电流信号，利用压缩感知算法对信号进行重构，从而实现电场的测量。
[0026]位于交变电场中的传感装置，其电极上的供应电荷随时间周期变化，无需像静电场传感器那样需要外力驱动传感器电极作相对运动，因此其结构简单，易于制作，相比其优点如下:
[0027]易于计算其表面电荷与电场的关系；可以估算传感器对被测电场的影响；电场畸变小。
[0028]装置电源可以采用无源取能式，无源取能模块包括感应取能器件以及与其连接的整流降压电路，整流降压电路连接直流蓄电池，其中，感应取能器件主要包括电压互感器，直接将高压电场转换为电气信号发送，并通过集成一个低损耗整流器和一个高效率降压型转换器，以收集环境中产生的高压线路耦合能量，然后将这种能量转换成良好调节的输出，为后续组件提供电源支持与信息采集支持。整流器直接对电压波形整流，无源感应取能器件还连接一个外部存储电容器，便于采集信号的稳定输出与自保持，可以在宽迟滞性的超低静态电流欠压时，使电荷能够在存储电容器上积累，直至降压型转换器可以高效率地将一部分存储的电荷传送给输出为止，在无负载休眠状态时，可调节输出电压，同时连续给存储电容充电。
[0029]电源装置上也可以设置光伏阵列板，光伏阵列板连接蓄电池，可以通过太阳能供源，从而增加系统的持续性和绿色环保。
[0030]可编程微处理器包括数据寄存器，可以通过人机接口与显示器、数据设定面板连接，接收数据设定面板所输入的整定值数据，并放入可编程微处理器的数据寄存器，方便可编程微处理器的数据处理子程序进行算法采样时调用。其中，可编程微处理器程序包括主程序、中断服务子程序、定时中断服务子程序、数据处理子程序，均可以采用C语言进行设计，并封装于可编程微处理器的数据存储器中方便直接调用。其中，系统主程序主要完成端口、定时器、常量、变量及其他量的初始化工作；中断服务子程序主要根据数据寄存器的溢出位状态，判断数据是否溢出，如溢出则转入中断入口子程序；定时中断服务子程序主要完成定时中断采样任务，I ms进行I次处理，每回连续6次采样，采样结果存入指定内存单元；数据处理子程序主要完成求数据平均值，进行数据比较，从而确定准确测量值；数据设定面板中的数据输入按钮，包括‘0’至‘9’十个阿拉伯数字输入键，指令按钮包括有报警设定、停机设定、返回、确认、开/关机、自动检测等。
[0031]实施例二
[0032]如图2所示，一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置，包括检测装置及其连接的控制装置，两者均由电源装置供电；检测装置I包括若干个导电传感器，控制装置包括可编程微处理器2与数据存储器3，控制装置连接控制面板5，控制装置与检测装置I之间连接数据集中器4 ;电源装置包括光伏阵列板13，光伏阵列板连接蓄电池14 ;控制面板为人机交互式，包括数据设定面板6及LED显示面板7 ;数据设定面板包括若干个数据输入按钮8及指令按钮9。
[0033]压缩感知理论在信号处理、通信、WSN等领域的应用比较广泛。基于压缩感知的系统特点是:传感器节点直接采集少量数据，同时完成采样、压缩，不需要基于香农乃奎斯特定理进行大量、高速采集，在本实用新型中，控制器中的数据存储器存储基于压缩感知理论的不同采样算法，可编程微处理器接受人机交互界面的指令，调用对应的算法，通过检测装置对检测装置的多个导体传感器进行有序取样，从而形成符合本实用新型条件的交变工频传感单元，检测装置中传感器的基本原理是:处于电场中的导体传感器表面会产生感应电荷，根据测量电场的不同频率，由取样电路根据特定算法，将感应电荷转换成与待测电场强度有一定对应关系的电流或电压信号，对信号进行分析，就可测得电场强度。
[0034] 在本实施例中，电源装置上可以设置光伏阵列板，光伏阵列板连接蓄电池，可以通过太阳能供源，从而增加系统的持续性和绿色环保。
【权利要求】
1.一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置，其特征在于:包括检测装置及其连接的控制装置，两者均由电源装置供电；所述检测装置包括若干个导电传感器，所述控制装置包括可编程微处理器与数据存储器，所述控制装置连接控制面板，所述控制装置与所述检测装置之间连接数据集中器。
2.如权利要求1所述的一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置，其特征在于:所述电源装置包括无源取能模块，所述无源取能模块包括感应取能器件以及与其连接的整流降压电路，所述整流降压电路连接直流蓄电池。
3.如权利要求1所述的一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置，其特征在于:所述电源装置包括光伏阵列板，所述光伏阵列板连接蓄电池。
4.如权利要求2或3所述的一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置，其特征在于:所述控制面板为人机交互式，包括数据设定面板及LED显示面板。
5.如权利要求4所述的一种基于压缩感知理论的交变工频传感装置，其特征在于:所述数据设定面板包括若干个数据输入按钮及指令按钮。
【文档编号】G01R29/08GK204241575SQ201420725601
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】毛锋 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司南阳供电公司, 社旗县电业局