埋地管道的杂散电流高精度检测装置的制作方法

本实用新型涉及埋地管道的电流监测领域，尤其包括埋地管道的杂散电流高精度检测装置。

背景技术：

随着国内高压直流输电线路、高铁及地铁等城市交通的快速建设，其产生的交直流杂散电流严重威胁埋地金属管道的安全运营，严重时会造成管道腐蚀穿孔从而引起泄漏爆炸等危害。由于环境变化复杂，杂散电流的实际大小不断变化。现在普遍采用的人工手持仪器测量的方式，需要大量人力且无法实时监测管道杂散电流变化。而采用光纤传感器等实时监测方式，因其需要采用多种光学器件而具有较高的生产和维护成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供埋地管道的杂散电流高精度检测装置。

这种埋地管道的杂散电流高精度检测装置，包括：金属管道、磁感应金属环、霍尔传感模块、供电线路、通讯线路、测试桩、测试桩检修门、通讯模块、电源模块和太阳能板；

所述磁感应金属环安装在金属管道上，磁感应金属环顺次连接霍尔传感模块、供电线路、通讯线路、通讯模块、电源模块和太阳能板；所述通讯模块通过网络连接云服务器，所述霍尔传感模块和通讯模块均通过电连接接入电源模块，电源模块包括蓄电池和电池管理系统bms；所述蓄电池通过电池管理系统bms和太阳能板电连接；

所述测试桩深入地表下，所述太阳能板通过异型防盗螺丝和锁扣固定在测试桩正上方，且具有倾斜角度；所述通讯模块和电源模块固定在测试桩内且位于地表上方；所述测试桩在地表上方的部分设置有灵活开闭的测试桩检修门；

所述霍尔传感模块包括带有屏蔽层的防水盒外壳体和霍尔传感器；所述霍尔传感器包括霍尔传感芯片、芯片引脚、电路板和防水盒外壳体；磁感应金属环上有一不大于1cm的开口，所述磁感应金属环通过防水盒外壳体上的缺口延伸至防水盒内，霍尔传感芯片位于磁感应金属环上的开口正中间，所述霍尔传感芯片通过芯片引脚焊接在电路板上；电路板上设有供电线路和通讯线路的连接接口；

所述供电线路和通讯线路通过防水接头连接。

作为优选，所述蓄电池为铅蓄电池、锂离子电池和镍氢电池中的至少一种。

作为优选，所述磁感应金属环的材质为不同铁镍比的坡莫合金、铁-钴合金、铁-铝合金、软磁材料或其他高磁感应强度材料制成的磁感应线圈；所述软磁材料为在铁-镍、铁-钴、铁-铝合金中添加10～30％配比的硅、硼、碳或磷的材料。

作为优选，所述测试桩用于安装和保护通讯模块和电源模块；所述测试桩上灵活开闭的测试桩检修门用于检修通讯模块和电源模块。

作为优选，所述太阳能板的倾斜角度为杂散电流高精度检测装置安装地区的最佳发电角度，通过查表获取；所述防水盒外壳体上的屏蔽层为金属镀层、金属网或导电的石墨/石墨烯涂层。

本实用新型的有益效果是：本实用新型设计了一种包含高磁感应强度金属环和高精度霍尔传感器的杂散电流监测装置，其中金属环和霍尔传感器具有组件少、模块化和低成本的优点；监测装置免日常维护；监测装置包含实地监测硬件部分。

附图说明

图1为埋地管道的杂散电流高精度检测装置示意图；

图2为霍尔传感模块的结构示意图。

附图标记说明：金属管道1、磁感应金属环2、霍尔传感模块3、供电线路4、通讯线路5、测试桩6、测试桩检修门7、通讯模块8、电源模块9、太阳能板10、霍尔传感芯片302、芯片引脚303、电路板304、防水盒外壳体305。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

本实用新型采用亚纳米合金磁环即时感应杂散电流变化，低延迟且磁感应强度高，灵敏度高；本实用新型采用高精度霍尔传感器，感应电流范围为0～100a，精度不低于0.05a，误差不超过1％，成本低、精度高、易安装；本实用新型采用智能电量管理，保证阴雨天气下30天持续工作，太阳能板支持下持续5年工作，不需要人工监管，智能供电。

一种埋地管道的杂散电流高精度检测装置的工作方法，具体包括但不限于如下步骤：

步骤1、太阳能板10发电后通过电源模块9中的电池管理系统bms给蓄电池充电；

步骤2、霍尔传感芯片302感应磁感应金属环2收集到的磁场变化，通过电路板304换算得到检测数据，将检测数据转换为电流信号并输出至通讯模块8；

步骤3、电池管理系统bms实时监测蓄电池电量并定时返回电量数据，监测和保护蓄电池电压电流和充放电状态；电池管理系统bms触发保护动作的同时向通讯模块8发出蓄电池状态异常报警；

所述电池管理系统bms的保护动作为：监测太阳能板10对蓄电池的充电状态和平均充电量，在蓄电池满电或充电异常时切断充电电路，降低充放电电流或接通保护电阻主动释放蓄电池中的电量；并均衡蓄电池各电池间的电量，计算平均耗电量；

步骤4、通讯模块8处于定时模式时，根据事先设定的时间间隔，上传霍尔传感器监测返回值、蓄电池剩余电量和太阳能板10的平均发电量，根据蓄电池剩余电量智能调控上传时间间隔，控制耗电量；

步骤5、霍尔传感器监测返回值超出设定的警戒值或电源模块9中电池管理系统bms发出蓄电池状态异常报警时：通讯模块8处于报警模式，通讯模块8返回霍尔传感器监测返回值并发出警告信息；

步骤6、检测数据通过通讯模块8加密处理后上传至云服务器，云服务器对检测数据进行存储和信息推送，当收到通讯模块8发出的警告信息时报警。

实施例：

如图1所示，埋地管道的杂散电流高精度检测装置包括至少一个安装在金属管道1上的磁感应金属环2，和至少一个霍尔传感模块3，所有霍尔传感模块3通过至少一条供电线路4和至少一条通讯线路5与安装在测试桩6内的通讯模块8和电源模块9连接；图中所画出的供电线路4和通讯线路5仅为示意而不表示实际数量。供电方面，不同的霍尔传感模块3可通过多条互相独立的供电线路4并联，数据通讯方面，不同的霍尔传感模块3可以采用串联的方式，只通过一条通讯线路5顺次连接所有霍尔传感器模块，最终与通讯模块8连接，也可以采用并联的方式，每个霍尔传感模块3均经由一条独立的、互不干扰的通讯线路5与通讯模块8连接。

所述测试桩6可部分埋入地表下，所述通讯模块8与电源模块9固定在测试桩6内且位于地表上方，所述测试桩6在地表上方部分设置有可开闭的带锁的测试桩检修门7，用于检修通讯模块8和电源模块9；

所述霍尔传感模块3包括带有屏蔽层的防水盒外壳体305和霍尔传感器，所述屏蔽层可为金属镀层、金属网或导电的石墨、石墨烯涂层；本实施例中采用霍尔传感ic芯片，焊接在电路板304上，电路板304负责与通讯模块8和电源模块9的连接。霍尔传感ic芯片的工作温度范围为-40℃～85℃，抗静电能力超过8kv，检测电流范围0～100a，灵敏度达到0.1a。霍尔传感ic芯片能够感应磁感应金属环2收集到的磁场变化，并通过电路板304的换算，将磁场变化转为不同大小的电流信号并输出至通讯模块8。

所述磁感应金属环2通过防水盒外壳体305上的缺口伸入防水盒内，与霍尔传感器连接并固定。所述磁感应金属环2可为不同铁镍比的坡莫合金、铁-钴合金、铁-铝合金或在铁-镍、铁-钴、铁-铝合金中添加10～30％的不同配比的硅、硼、碳、磷等掺杂元素的软磁材料。本实施例中采用铁镍亚纳米合金金属环。

磁感应金属环2与霍尔传感模块3具有成本低廉，安装方便的特点，磁感应金属环2可以在金属管道1埋设时就套在管道外圈，也可以将磁感应金属环2分为两个半圆，采用卡扣的方式套在已经埋设好的金属管道1上，如图2所示，伸入防水盒内磁感应金属环2有一不大于1cm的开口，霍尔传感芯片302位于开口正中间，通过芯片引脚303焊接在电路板304上，电路板304提供数据存储功能，以及供电线路4和通讯线路5的连接接口。

供电线路4和通讯线路5的连接均采用现有技术中的防水接头。由于成本低廉，可以在较短距离内安装多套磁感应金属环2与霍尔传感模块3，实现测试数据的比对与校准，提高系统准确性的同时，可通过云服务器精确计算杂散电流的分布并绘制分布图，进一步实现数据可视化。

所述通讯模块8提供数据接入、加密和数据上传功能，兼容tcp、udp、mqtt、modbustcp、modbusrtu和modbusascii等通信协议，可以快速接入各类机械设备、测试设备，能够实现温度、湿度和设备运行状态监测，也可以接入现有的plc实现进一步的设备控制。自带通讯天线，天线增益≥3db，通讯模块8支持gprs、4g、wifi、lpra、nb-iot、433、以太网和北斗在内的多种通讯方式和aes、rsa在内的加密方式。通讯模块8采用9-18v低压供电，工作湿度<95％，工作温度-30℃至70℃，支持远程操控和更新升级。具有数据存储功能，通讯异常时，配置的flash存贮可就地存储6个月以上运行数据，保证数据不丢失，通讯恢复后，可自动上传数据。数据上传至云服务器，所述云服务器提供数据库(数据存储)、报警与信息推送、统计报表绘制以及gis分析与地图发布等功能。

所述通讯模块8上传模式分为定时模式和报警模式，定时模式根据事先设定的上传时间间隔，上传数据包含：霍尔传感器监测返回值，蓄电池剩余电量、太阳能板10平均发电量等，所述定时模式包含智能电量控制模式，可以根据蓄电池剩余电量智能调控上传时间间隔，控制耗电量。所述报警模式指在各类传感器件(包括但不限于霍尔传感器、温度传感器、电池管理系统bms)返回数值超过设定的报警数值范围，马上上传至云服务器并通过云服务器发出警告信息。所述上传时间间隔、报警数值范围和智能电量控制模式的开启和设置可以通过远程遥控完成。

所述电池管理系统bms包括以下功能：实时监测蓄电池电量并定时返回电量数据，蓄电池电压电流与充放电状态的监测和保护，蓄电池各电池间的电量均衡，平均耗电量计算，电池温度监测与保护。同时监测太阳能板10对蓄电池的充电状态和平均充电量，并在蓄电池满电或充电异常时切断充电电路。所述保护指切断充放电电路、降低充放电电流或通过接通保护电阻主动释放蓄电池中的电量，触发保护动作的同时向通讯模块8发出蓄电池状态异常报警。

所述太阳能板10采用异型防盗螺丝和锁扣固定在测试桩6上方，且具有倾斜角度，该角度为测试装置安装地区的最佳发电角度，可通过查表获取，太阳能板10发电后通过电源模块9中的电源管理系统(bmc)给蓄电池充电。电源管理系统(bms)上的dc/dc模块以适配不同的太阳能板和蓄电池电压等级。