一种集成工频电磁场传感器及在线监测装置的制作方法

本实用新型涉及电场测量技术领域，具体为一种集成工频电磁场传感器及在线监测装置。

背景技术：

随着经济建设的发展和科学技术的进步，我国在电力设备、通讯网络、交通工具等方面都取得了可喜的成就。各个领域的发展及先进电子设备的应用，使人们的生活快捷便利，提高了人们物质文化生活水平，也就需要人们来研究如何测量和防护电磁波的辐射。

超过一定强度的电磁场辐射，会引起人的中枢神经系统的机能障碍和以交感神经疲乏紧张为主的植物神经失调，其临床症状可表现为头昏脑胀、失眠多梦、疲劳无力、记忆力减退、心悸、头疼、四肢酸痛、食欲不振、脱发、多汗等，部分人员还会出现心动过缓、血压下降、心律不齐等症状。电磁场是无声、无光、无味的作用场，不达到很强的程度，人是感觉不到的，所以这种危害具有很强的“隐蔽性”，往往不被人们所察觉和重视。为了保障人民身体健康，国家制定了相应的法律法规和国家标准，对于电磁辐射环境管理，国家有了较系统的法规和标准，武汉碧海云天科技股份有限公司依据相应的法律法规和国家标准，研制了手持式场强仪(电磁场辐射仪)及电磁场在线监测系统。该仪器及在线监测系统的研制成功，为环境监测、安全监督、职业病防治等政府职能部门执法提供了有效地科学的依据，将广泛应用于工矿企业、劳动保护、职业病防治、环境监测等部门。

目前，电磁辐射通常都是用便携式电磁场测量仪测量。随着人们环保意识的增强，社会及公众对于生活环境、辐射危害了解越来越多，要求有一个健康的生活环境，对于涉及到辐射危害的设施会倍加关注，国家对环境保护工作的重视，对于变电站、通讯基站、有电磁辐射的大型设备附近，人们需要长期的实时在线监测，通过大屏幕或公众信息平台发布相关区域的电磁辐射的信息及国家标准允许限定值，同时并通过网络传送至环境保护职能管理部门，监控管理辐射情况。使公众更加直观的、正确的认识变电站、通讯基站等设施附近的电磁场辐射的大小，避免设施周边公众的心理恐慌。

在线监测系统要求在监测过程中监测数据准确无误，能长期无间断工作。原便携式电磁场场强仪工频探头有内置电池、电路板，将探头电路板、电池安放在一个正方六面体内，在六面体上分别装上相互垂直的极板和线圈组件即可，在极板方有光纤输出通讯接口，有充电插口，可供反复充电使用，在探头外部除了极板、线圈用于传感外，没有任何的金属导线，不存在由金属导线引起的干扰。但在实时在线监测过程中，是无人值守的，人们只是看大屏幕显示的数据结果，若在线工作的传感器用电池供电，必定有电量用完需充电的时候，致使不能长期连续工作，如果接上充电器充电、供电，金属导线就像天线一样感应空间电磁波；若传感器不用电池供电，设计为外接交流转直流供电，电源线会存在同样的问题，事实证明，这种外接金属导线感应空间电磁波带来干扰致使测量结果带来成百上千倍的误差，且显示数据不稳定，空间电磁波对电路板也存在干扰。如何解决传感器供电问题、电磁波对电路板的干扰问题？是本发明要解决的问题。电磁场测量传感器需长期安置在无遮挡的空旷露天场所，传感器装置需经得起日晒雨淋的考验，装置材料要耐腐蚀、抗老化；为了保证传感器的测量灵敏度，壳体材料还需对电磁波的阻挡衰减特性越小越好！如何设计好电磁场传感器装置？这是电磁场在线监测必须解决好的一件工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种集成工频电磁场传感器及在线监测装置，解决了传感器的供电及相应的干扰难题，克服了灵敏度的降低等问题，保证了在线监测系统电磁场监测数据准确无误、系统无间断长期稳定工作。

本实用新型的技术方案：一种集成工频电磁场传感器，包括传感器组件，传感器组件上方设置传感器盖帽，传感器组件的下方安装底盖，传感器盖帽和底盖相配合将传感器组件完全罩住，在底盖的下方连接上支撑管，上支撑管的下端通过中间连接座连接下支撑管的上端，下支撑管的下端连接到底部支撑座，底部支撑座紧固安装在预制台基上，所述预制台基内设置有预埋线缆，预埋线缆一端穿过上支撑管和下支撑管连接到传感器组件，另一端通过光纤连接到场强仪。

所述传感器组件通过尼龙支撑柱支撑在传感器盖帽内，所述传感器盖帽和底盖通过尼龙螺钉连接在一起。

所述尼龙支撑柱的顶端通过尼龙螺柱连接到作为支撑架的铝方集成块，铝方集成块上通过螺钉固定安装有光纤转接电路板，光纤转接电路板上设置有光纤RX插座和光纤TX插座，光纤RX插座和光纤TX插座连接光纤连接头，在铝方集成块上通过沉头螺钉固定安装有光电池，所述光电池连接激光传输光纤接头，光纤连接头和激光传输光纤接头均连接到预埋线缆，在铝方集成块相邻的三面安装有X向平行极板、Y向平行极板和Z向平行极板，在铝方集成块另外三个面上安装有线圈组件，线圈组件通过尼龙螺钉安装在铝方集成块上，X向平行极板、Y向平行极板和Z向平行极板连接处用绝缘胶带进行连接，所述Z向平行极板与铝方集成块之间安装有前屏蔽板，与Z向平行极板相对应的线圈组件与铝方集成块之间安装有后屏蔽板，在后屏蔽板与铝方集成块之间留有空间用以放置传感器电路板。

所述光纤转接电路板与铝方集成块之间垫有硅胶板，在铝方集成块与线圈组件之间垫有尼龙支撑筒。

所述传感器电路板通过短联结六角柱和长联结六角柱的配合固定在铝方集成块上，后屏蔽板的外侧通过沉头螺钉将后屏蔽板和短联结六角柱、长联结六角柱锁紧。

所述铝方集成块上开设有用于安装光电池的光电池安装孔、用于安装线圈组件的线圈组件安装孔、用于光纤RX插座和光纤TX插座与传感器电路板连接导线穿过的插座连接导线孔、用于导线穿过的导线过孔、用于安装平行极板的极板安装孔以及用于安装屏蔽板的屏蔽板安装孔。

所述线圈组件包括线轮，在线轮上紧密的缠绕有线圈，在线轮的外沿还开设有线圈导线过线槽；所述传感器盖帽的下端围绕一周设置有连接孔，在底盖的一周开设有与连接孔相对应的螺孔，尼龙螺钉穿过螺孔拧入到连接孔内使得传感器盖帽和底盖连接成一体，在底盖上还设置有用于安装尼龙支撑柱的安装槽以及用于与上支撑管连接的支撑管连接头。

一种电磁场在线监测装置，包括以上所述的集成工频电磁场传感器，集成工频电磁场传感器连接到场强仪主机并将采集的工频电磁场数据输送给场强仪主机，场强仪主机还连接三维射频电场传感器用以接收三维射频电场传感器采集的数据，场强仪主机接收集成工频电磁场传感器和三维射频电场传感器采集的数据后进行计算和显示并将计算结果输入到中控计算机，中控计算机接收设置在各地的场强仪主机的计算结果并通过控制中心的LED大屏幕进行显示，实现电磁场在线监测。

所述集成工频电磁场传感器还连接激光发生器，所述激光发生器通过预埋线缆将激光传输到传感器组件内用以给光电池提供能源。

所述集成工频电磁场传感器通过光纤RX插座和光纤TX插座连接光纤连接头并连接到预埋线缆实现与场强仪主机相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

工频电磁场传感器用激光器与硅光片构成光电转换器，用光纤传导，达到测量传感器无干扰供电的目的。克服金属物体给传感器测量信号带来干扰，避免感应空间电磁波干扰，保证测量数据的准确性；本实用新型的电磁场在线监测装置其传感器采用集成块来集成各零部件，结构紧凑，优化了线路的布线，避免了导线交叉带来的干扰，提高了传感器测量的稳定性和准确度；传感器装置结构设计与零部件选材，克服了由于材料引起的感应空间电磁波干扰；集成三个相互垂直的探测线圈组成三维工频磁场传感器、三个相互垂直的平行极板组成三维工频电场传感器于一体，使得传感器任意方向放置，测电磁场强度总量不变，且电场、磁场三向同时测量；装置进行了工业造型设计，外形美观。

附图说明

图1为本实用新型集成工频电磁场传感器结构示意图；

图2为本实用新型传感器组件安装结构示意图；

图3为本实用新型传感器组件正面剖视结构示意图；

图4为本实用新型传感器组件侧面剖视结构示意图；

图5为本实用新型铝方集成块结构示意图；

图6为本实用新型线圈组件结构示意图；

图7为本实用新型传感器盖帽结构示意图；

图8为本实用新型底盖结构示意图；

图9为本实用新型在线监测装置结构示意框图。

图中：1-传感器组件，2-传感器盖帽，3-底盖，4-上支撑管，5-中间连接座，6-下支撑管，7-底部支撑座，8-预制台基，9-预埋线缆，10-尼龙螺钉，11-尼龙支撑柱，12-尼龙螺柱，13-铝方集成块，14-螺钉，15-光纤转接电路板，16-光纤RX插座，17-光纤TX插座，18-光纤连接头，19-沉头螺钉，20-光电池，21-激光传输光纤接头，22-Y向平行极板，23-X向平行极板，24-Z向平行极板，25-线圈组件，26-绝缘胶带，27-硅胶板，28-前屏蔽板，29-后屏蔽板，30-短联结六角柱，31-长联结六角柱，32-尼龙支撑筒，33-传感器电路板，130-光电池安装孔，131-线圈组件安装孔，132-插座连接导线孔，133-导线过孔，134-极板安装孔，135-屏蔽板安装孔，200-连接孔，300-螺孔，301-安装槽，302-支撑管连接头，250-线轮，251-线圈，252-线圈导线过线槽，100-集成工频电磁场传感器，101-场强仪主机，102-三维射频电场传感器，103-中控计算机，104-LED大屏幕，105-激光发生器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，一种集成工频电磁场传感器，包括传感器组件1，传感器组件上方设置传感器盖帽2，传感器组件1的下方安装底盖3，传感器盖帽2和底盖3相配合将传感器组件1完全罩住，在底盖3的下方连接上支撑管4，上支撑管4的下端通过中间连接座5连接下支撑管6的上端，下支撑管6的下端连接到底部支撑座7，底部支撑座7紧固安装在预制台基8上，所述预制台基8内设置有预埋线缆9，预埋线缆9一端穿过上支撑管4和下支撑管6连接到传感器组件1，另一端通过光纤连接到场强仪。

所述传感器组件1通过尼龙支撑柱11支撑在传感器盖帽2内，所述传感器盖帽2和底盖3通过尼龙螺钉10连接在一起。

所述尼龙支撑柱11的顶端通过尼龙螺柱12连接到作为支撑架的铝方集成块13，铝方集成块13上通过螺钉14固定安装有光纤转接电路板15，光纤转接电路板15上设置有光纤RX插座16和光纤TX插座17，光纤RX插座16和光纤TX插座17连接光纤连接头18，在铝方集成块13上通过沉头螺钉19固定安装有光电池20，所述光电池20连接激光传输光纤接头21，光纤连接头18和激光传输光纤接头21均连接到预埋线缆9，在铝方集成块13相邻的三面安装有X向平行极板23、Y向平行极板22和Z向平行极板24，在铝方集成块13另外三个面上安装有线圈组件25，线圈组件25通过尼龙螺钉10安装在铝方集成块13上，X向平行极板23、Y向平行极板22和Z向平行极板24连接处用绝缘胶带26进行连接，所述Z向平行极板24与铝方集成块13之间安装有前屏蔽板28，与Z向平行极板24相对应的线圈组件25与铝方集成块13之间安装有后屏蔽板29，在后屏蔽板29与铝方集成块之间留有空间用以放置传感器电路板33。

所述光纤转接电路板15与铝方集成块13之间垫有硅胶板27，在铝方集成块13与线圈组件25之间垫有尼龙支撑筒32。

所述传感器电路板33通过短联结六角柱30和长联结六角柱31的配合固定在铝方集成块13上，后屏蔽板29的外侧通过沉头螺钉19将后屏蔽板29和短联结六角柱30、长联结六角柱31锁紧。

所述铝方集成块13上开设有用于安装光电池20的光电池安装孔130、用于安装线圈组件25的线圈组件安装孔131、用于光纤RX插座16和光纤TX插座17与传感器电路板33连接导线穿过的插座连接导线孔132、用于导线穿过的导线过孔133、用于安装平行极板的极板安装孔134以及用于安装屏蔽板的屏蔽板安装孔135。

所述线圈组件25包括线轮250，在线轮250上紧密的缠绕有线圈251，在线轮250的外沿还开设有线圈导线过线槽252；所述传感器盖帽2的下端围绕一周设置有连接孔200，在底盖3的一周开设有与连接孔200相对应的螺孔300，尼龙螺钉10穿过螺孔300拧入到连接孔200内使得传感器盖帽2和底盖3连接成一体，在底盖3上还设置有用于安装尼龙支撑柱11的安装槽301以及用于与上支撑管4连接的支撑管连接头302。

一种电磁场在线监测装置，包括以上所述的集成工频电磁场传感器100，集成工频电磁场传感器100连接到场强仪主机101并将采集的工频电磁场数据输送给场强仪主机101，场强仪主机101还连接三维射频电场传感器102用以接收三维射频电场传感器102采集的数据，场强仪主机101接收集成工频电磁场传感器100和三维射频电场传感器102采集的数据后进行计算和显示并将计算结果输入到中控计算机103，中控计算机103接收设置在各地的场强仪主机101的计算结果并通过控制中心的LED大屏幕103进行显示，实现电磁场在线监测。

所述集成工频电磁场传感器100还连接激光发生器105，所述激光发生器105通过预埋线缆9将激光传输到传感器组件1内用以给光电池20提供能源。

所述集成工频电磁场传感器100通过光纤RX插座16和光纤TX插座17连接光纤连接头18并连接到预埋线缆9实现与场强仪主机101相连。

铝方集成块13用于集成传感器各个零部件于一体，使传感器结构紧凑，传输导线布线合理整洁，屏蔽效果好，提高传感器的整体性能。屏蔽板分前、后屏蔽板，安装在集成块对应位置，构成屏蔽腔室，防止空间电磁波的干扰。传感器电路板组件用于工频电场、磁场信号的采集，经单片机数据处理，输出数字信号。有3块平行极板安装在六面体的集成块的3个相互垂直的面上，用于感应工频电场强度信号(EX/EY/EZ)。

材料：环氧双面覆银膜板机械加工、化学腐蚀成型。

极板长65mm-75mm，宽65mm-75mm，两个极板的间距为0.1mm-0.3mm，

组成3个相互垂直面时内表面3个角点用锡焊焊接在一起，使3个内表面构成电位等位体，即公共端，同时起到稳固作用。

有3个线圈组件安装在六面体与3个平行极板相对的3个相互垂直的面上，用于感应工频磁场强度信号(BX/BY/BZ)。

线轮：材料为尼龙，由模具压制成型；

线圈：线直径为φ0.1～φ0.2mm的铜芯漆包线，匝数为220～280匝。

光电池在恒定激光强度照射下，产生6.7～6.9V电压，经稳压电路稳压为5V，再经DC-DC转换为3.3V，供给传感器电路。

尼龙支撑柱用于传感器组件连接装置的底盖，是光纤插座与底盖底部出口有40～60mm的高度空间，保证光纤有一定的弯曲半径，防止光纤折死。

传感器盖帽：用于防风、雨、日晒、尘，要求透波性好，材料为聚四氟乙烯。

底盖：用于连接传感器盖帽，支撑传感器组件，连接紧固螺钉用尼龙螺钉，下部连接上支撑管，二者用PVC胶粘接。

上支撑管：用于连接底盖和中连接座，连接处用PVC胶粘接，起支撑作用，管中为光纤光缆的通道。

中连接座：用于连接上、下支撑管，连接处用PVC胶粘接。

下支撑管：用于连接下支撑管、底部支座，连接处用PVC胶粘接，起支撑作用，管中为光纤光缆的通道。

底部支座：用于连接下支撑管，连接处用PVC胶粘接，起稳定抗翻到作用，底部与预制台基用螺栓紧固件连接。

预制台基:用于安装传感器装置的底部支座，起到稳固、防水淹的作用。预制台基时，预埋管线和按底部支座安装孔的位置预埋安装螺栓。

材料：砂、石、水泥混凝制作。

规格：长400～500mm，宽400～500mm，高300～400mm

关键件工频电磁场测量探头由三对相互相互正交的平行极板、三对相互正交的线圈、电路板组成见图工频探头组件图：

工频电磁场测量原理

工频磁场测量是由三个相互垂直的探测线圈组成三维工频磁场传感器组成，当探测线圈进入磁场时，通过测量探测线圈的感应电动势，可测定出对应的磁感应强度。通过三线圈测得感应电动势的三路电压信号，经多路开关，分别送入放大器处理，经A/D转换成数字信号，送入单片机计算处理，将结果通过光纤送到手持主机单片机处理，送显示器显示X轴、Y轴、Z轴三个方向的分量Bx、By、Bz及B(三个分量平方和的平方根)。

工频电场测量是由三个相互垂直的平行极板组成三维工频电场传感器组成。当探测平行极板进入电场时，通过测量探测平行极板的两端电压，可测定出对应的电场强度。通过三个相互垂直的平行极板两端电压的三路电压信号，经多路开关，分别送入放大器处理，经A/D转换成数字信号，送入单片机计算处理，将结果通过光纤送到手持主机单片机处理，送显示器显示X轴、Y轴、Z轴三个方向的分量Ex、Ey、Ez及E(三个分量平方和的平方根)。

工作过程

电磁场在线监测系统工作过程：

①将工频电磁场传感器探头按要求安装在测点位置；

②接通电源，激光器通过光纤光电转换给工频电磁场传感器供电，使其处于正常测量状态；

③传感器测得的电信号经装置内部放大、A/D转换送中控计算机处理；

④将测量结果实时送大屏幕显示。

制造、生产工艺

按设计图纸、工艺文件加工组装各部件，按技术要求做好系统工程安装。

校准：工频电磁场传感器在装入系统前，分别在亥姆赫兹线圈、平行极板等专用仪器设备上校准，使其达到量程范围、准确度要求。

调试：系统各仪器、部件组装好后，调试各信号通路，使整个系统达到测量、信号传输、显示正常状态。

技术要点及与同类产品不同之处

①工频测量探头用激光器与硅光片构成光电转换器，用光纤传导，达到测量传感器无干扰供电的目的。克服金属物体给传感器测量信号带来干扰，避免感应空间电磁波干扰，保证测量数据的准确性。

②探头材料选择要点：探头材料要求有一定强度，能在日晒雨淋等自然恶劣条件下的使用；同时还要满足对信号的探测要求，材料如果对探测信号衰减过大，会导致传感器对微弱信号探测不到，就会降低传感器的灵敏度。通过大量选材实验证明，聚四氟乙烯材料对电磁波信号衰减相对较小，同时能满足强度和抗老化要求。

③传感器三向同时测量。

④该系统与同类产品相比：现有产品传感器供电采用的是交流转直流通过金属导线供电，这一定会受到电磁辐射干扰，干扰后的处理方法通常是系数修正，但在电磁辐射强度变化时，在不同辐射强度段，并非能用固定系数修正，会存在非线性问题，会给测量结果带来很大误差。而用光电转换电源，就能有效地、真实地测量电磁场辐射强度的大小。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。