用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置和系统的制作方法

1.本技术请求保护一种电磁测量装置，尤其涉及一种用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置。本技术还涉及一种用于工频电磁场测量的无线自取能测量系统。


背景技术：

2.电力系统的关键节点通常包含多种重要电力装备，实时监测重要电力装备的运行状态对提升电力系统运行的稳定性和安全性具有重要意义。
3.专利cn111579882b公开了一种工频电磁场探头、电力巡线无人机导航装置和方法，用于监测重要电力装备的运行状态。该技术方案中提到探头设置在用于对交流电力线进行巡线的无人机上，探头的形状为长方体，探头的第一侧面设置有磁场传感器，第一侧面的四个相邻侧面均设置有电场传感器；探头的内部设置有处理模块；磁场传感器在无人机巡线旋转过程中，测量第一侧面所在位置的工频磁场强度值；电场传感器在无人机巡线飞行过程中，测量第一侧面的四个相邻侧面所在位置的工频电场强度值；处理模块将工频磁场强度值和工频电场强度值发送给无人机的控制模块，使控制模块确定交流电力线的走向和无人机相对于交流电力线的位置。该技术中，探头是长方体的探头导致测量子系统之间的距离太近，容易形成干扰。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术方案中的一个或者多个技术问题，本技术提供一种用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置。本技术还涉及一种用于工频电磁场测量的无线自取能测量系统。
5.本技术提供一种用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置，包括：底座、第一耦合线圈、第二耦合线圈、第三耦合线圈、天线盘、支撑杆和工频电场传感器；
6.所述底座为等腰三角形底盘，在该底盘的三个角上分别安装有第一耦合线圈、第二耦合线圈和第三耦合线圈，用于能量拾取和信号测量；三个所述耦合线圈在顶端固定在一起后连接天线盘，所述天线盘为圆盘状盒体，内部设置有天线模块和电路，所述天线模块连接所述电路，所述电路连接所述第一耦合线圈、第二耦合线圈、第三耦合线圈和工频电场传感器；所述盒体的上面设置有支撑杆，该支撑杆的顶端安装所述工频电场传感器。
7.可选的，所述电路包括：三维磁场测量模块、三维电场测量模块、控制模块、无线模块和电源模块；
8.所述三维磁场测量模块用于磁场大小的测量；
9.所述三维电场测量模块用于电场大小的测量；
10.所述控制模块用于控制各个模块的工作状态，包括开始工作和停止工作；
11.所述无线模块用于发送数据；
12.所述电源模块用于为各个模块供电；
13.所述第一耦合线圈、第二耦合线圈和第三耦合线圈连接所述三维磁场测量模块，
所述工频电场传感器连接所述三维电场测量模块，所述三维磁场测量模块、三维电场测量模块和无线模块连接所述控制模块，所述三维磁场测量模块、三维电场测量模块、控制模块和无线模块连接所述电源模块。
14.可选的，所述耦合线圈包括：支撑骨架、导磁内心和线圈；
15.所述支撑骨架作为所述耦合线圈的支撑，安装在所述底座上；
16.所述导磁内心设置在所述支撑骨架内部，所述线圈缠绕在所述支撑骨架外侧面上。
17.可选的，所述支撑骨架为尼龙材质，为圆柱形外形，在远离所述底盘的一端设置为盲孔，该盲孔用于安装所述导磁内心。
18.可选的，所述导磁内心的材质为坡莫合金。
19.可选的，所述工频电场传感器为具有间隙上球面、下球面、前球面、后球面、左球面和右球面组成的球状，通过绝缘支撑杆连接到天线盘上；
20.所述工频电场传感器包括：第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极包括所述球状的上球面和下球面，所述第二电极包括所述球状的前球面和后球面，所述第三电极包括所述球状的左球面和右球面。
21.可选的，当以所述第二电极的一个球面为主视方向，所述上球面和下球面的中心连线为竖向，所述前球面和后球面的中心连线为横向，所述左球面和右球面的中心连线为纵向。
22.可选的，所述天线模块包括zigbee通讯单元。
23.本技术还提供一种用于工频电磁场测量的无线自取能测量系统，包括：协调器、上位机以及多个权利要求上述用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置；
24.多个所述用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置经所述协调器连接上位机。
25.可选的，所述工频电磁场测量的无线自取能测量装置通过与所述协调器无线传输数据，所述协调器与所述上位机通过有线传输数据。
26.本技术相较于现有技术的优点是：
27.本技术提供一种用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置，包括：底座、第一耦合线圈、第二耦合线圈、第三耦合线圈、天线盘、支撑杆和工频电场传感器；所述底座为等腰三角形底盘，在该底盘的三个角上分别安装有第一耦合线圈、第二耦合线圈和第三耦合线圈，用于能量拾取和信号测量；三个所述耦合线圈在顶端固定在一起后连接天线盘，所述天线盘为圆盘状盒体，内部设置有天线模块和电路，所述天线模块连接所述电路，所述电路连接所述第一耦合线圈、第二耦合线圈、第三耦合线圈和工频电场传感器；所述盒体的上面设置有支撑杆，该支撑杆的顶端安装所述工频电场传感器。本技术通过三角底盘，将多个耦合线圈距离拉远，减少各个测量子系统相互之间的干扰。同时耦合线圈进行能量拾取和信号测量，减少电池维护成本，提高部署灵活性。
附图说明
28.图1是本技术中用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置结构示意图。
29.图2是本技术中电路结构示意图。
30.图3是本技术中单个耦合线圈结构剖视图。
31.图4是本技术中电源模块示意图。
32.图5是本技术中工频电场传感器结构示意图。
33.图6是本技术中用于工频电磁场测量的无线自取能测量系统示意图。
具体实施方式
34.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
37.以下内容均是为了详细说明本技术要保护的技术方案所提供的具体实施过程的示例，但是本技术还可以采用不同于此的描述的其他方式实施，本领域技术人员可以在本技术构思的指引下，采用不同的技术手段实现本技术，因此本技术不受下面具体实施例的限制。
38.本技术提供一种用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置，包括：底座、第一耦合线圈、第二耦合线圈、第三耦合线圈、天线盘、支撑杆和工频电场传感器。
39.所述底座为等腰三角形底盘，在该底盘的三个角上分别安装有第一耦合线圈、第二耦合线圈和第三耦合线圈，用于能量拾取和信号测量。
40.三个所述耦合线圈在顶端固定在一起后连接天线盘，所述天线盘为圆盘状盒体，内部设置有天线模块和电路，所述天线模块连接所述电路，所述电路连接所述第一耦合线圈、第二耦合线圈、第三耦合线圈和工频电场传感器。
41.所述盒体的上面设置有支撑杆，该支撑杆的顶端安装所述工频电场传感器。
42.本技术通过三角底盘，将多个耦合线圈距离拉远，减少各个测量子系统相互之间的干扰。同时耦合线圈进行能量拾取和信号测量，减少电池维护成本，提高部署灵活性。
43.图1是本技术中用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置结构示意图。
44.请参照图1所示，所述用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置，可以无需专门提供电源，即进行电场和磁场的检测，并通过分开的检测子系统，优化检测结果，降低子系
统之间的干扰。
45.所述装置的底座101为三角形，本技术技术方案中该三角形设置为等腰三角形。所述底座101可以设置成三角平面或者三角框结构，所述底座101的每个角都进行倒圆角。
46.所述底座101上设置有第一耦合线圈102、第二耦合线圈103和第三耦合线圈104，所述第一耦合线圈102、所述第二耦合线圈103和第三耦合线圈104的长度设置为相等，所述第一耦合线圈102、第二耦合线圈103和第三耦合线圈 104相互垂直，组成正三角锥型。
47.所述底座101上的每个倒圆角为椭圆弧，并与所述第一耦合线圈102、第二耦合线圈103或者第三耦合线圈104的圆柱本体上斜切面形成相同大小的椭圆弧。所述第一耦合线圈102、所述第二耦合线圈103和第三耦合线圈104上的斜切面形成的椭圆是相同大小的。
48.本技术中所述第一耦合线圈102、第二耦合线圈103和第三耦合线圈104等长。所述第一耦合线圈102、第二耦合线圈103和第三耦合线圈104的结构是相同的，包括有线圈、导磁内心302以及支撑骨架301。
49.图3是本技术中单个耦合线圈303结构剖视图。
50.请参照图3所示，所述导磁内心302与所述支撑骨架301是嵌合的，所述支撑骨架301为半空心圆管，其在远离所述底盘的一端设置为盲孔，该盲孔用于安装所述导磁内心，即所述导磁内心302嵌入到所述空心圆管的空腔中。所述线圈载所述支撑骨架上缠绕，并完全覆盖所述导磁内心302。
51.优选的，所述支撑骨架301为尼龙材质，所述导磁内心302为坡莫合金，所述线圈为漆包线缠绕而成。
52.所述第一耦合线圈102、第二耦合线圈103和第三耦合线圈104相互垂直，并在上部顶端相连接，连同所述底座101形正三角锥形状。
53.在所述第一耦合线圈102、第二耦合线圈103和第三耦合线圈104的连接点处，固定连接有天线盘107，所述天线盘107为圆盘型结构，内部设置有电路 201和天线模块105。
54.图2是本技术中电路201结构示意图。
55.请参照图2所示，所述电路201包括有三维磁场测量模块2011，三维电场测量模块2012，电源模块2013、控制系统2015和无线通讯模块2014。所述三维磁场测量模块、三维电场测量模块和无线模块连接所述控制模块，所述三维磁场测量模块、三维电场测量模块、控制模块和无线模块连接所述电源模块。
56.所述三维磁场测量模块2011用于连接所述第一耦合线圈102，第二耦合线圈103和第三耦合线圈104，用于测量散点磁场。所述三维电场测量模块2012 连接工频电场传感器108，用于测量三维电场。
57.所述控制系统2015用于对所述三维电场测量模块2012、三维磁场测量模块 2011，电源模块2013和无线通讯模块2014进行控制，所述电源模块2013用于供电，所述无线通讯模块2014用于和上位机进行数据传输。
58.所述天线模块105连接无线通讯模块2014，用于接收和/或发送信号。
59.优选的，所述无线通讯模块2014包括：zigbee协议模块，基于ieee802.15.4 标准的低功耗局域网协议，用于短距离、低速率的无线网络技术。
60.图4是本技术中电源模块2013示意图。
61.请参照图4所示，所述电源模块用于从电磁场环境中取能和为各个模块供能，所述
电源模块2013连接第一耦合线圈102、第二耦合线圈103和第三耦合线圈104，这些耦合线圈感应场景中电磁场的变化，可以产生电流，该电流经过所述电路的电荷泵401，然后继续接入直流稳压电路402和二级管后，生成可用于为负载电路404供能的电能。
62.具体的，每组耦合线圈通过电磁感应得到的电压首先通过电荷泵401进行升压和整流，然后再通过直流稳压电路402将电荷泵401输出的电压信号输出为5v直流电压，电压输出端接二极管403，防止并联输出电压的微小差异导致电源之间相互充电，从而实现所有电源输出电流叠加，增大无线自取能电源的输出电流。
63.在本技术中，所述电源模块2013为所述三维磁场测量模块2011、三维电场测量模块2012、控制系统2015和无线通讯模块2014提供电能。
64.所述天线盘107的上面，通过支撑柱106连接有工频电场传感器108，该工频电场传感器108连接所述三维电场测量模块2012。
65.图5是本技术中工频电场传感器108结构示意图。
66.请参照图5所示，所述工频电场传感器108包括有三组电极，分别为第一电极501、第二电极502和第三电极503，所述第一电极501、第二电极502和第三电极503分别由两个相对的金属面组成，所述相对的金属片可视为一个电容。
67.所述第一电极501包括所述球状的上球面和下球面，所述第二电极502包括所述球状的前球面和后球面，所述第三电极503包括所述球状的左球面和右球面。
68.其中，当以所述第二502的一个球面为主视方向，所述上球面和下球面的中心连线为竖向，所述前球面和后球面的中心连线为横向，所述左球面和右球面的中心连线为纵向。所述第一电极501、第二电极502和第三电极503的六个面组成金属球壳，每个所述面都不与相邻面接触，相邻面之间设置有间隙，所述电极优选为金属铜材质。
69.所述第一电极501、第二电极502和第三电极503分别连接对应的信号转换单元上，并将检测到的信号输出到该信号转换单元连接的所述三维电场测量模块2012。
70.本技术还提供一种用于工频电磁场测量的无线自取能测量系统，包括：多个上述用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置，以及协调器和上位机。
71.图6是本技术中用于工频电磁场测量的无线自取能测量系统示意图。
72.具体的，所述用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置601，可以无需专门提供电源，即进行电场和磁场的检测，并通过分开的检测子系统，优化检测结果，降低子系统之间的干扰。
73.多个用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置601构成测量系统，进行环境工频电磁场评估。所述用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置内置601 的通讯模块，即zigbee通讯模块，与协调器之间进行无线通讯，协调器经rs232 电缆与上位机，即计算机，进行有线数据传输。
74.所述用于工频电磁场测量的无线自取能测量装置601内的通讯系统基于 zigbee协议进行通讯。该装置可以单独工作，进行电力系统某个关键位点的测量，尤其用于变电站中工频电磁场的测量。
75.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。