基于石墨烯及帕尔贴效应的带电作业装备设计方法与流程

本发明属于电力系统安全作业，特别是涉及到一种基于石墨烯材料及帕尔贴效应的带电作业调温智能传感装备的应用。

背景技术：

1、随着输配电线路的维修、电网设备检测和维护等工作的迅猛发展，在这种情况下不停电作业技术已经变得愈发重要。但是带电作业对于工作人员是极其危险的，在这种工作条件下，存在着高强度的电场。在这种环境下，暂态电击和稳态电击以及作业过程中可能发生的短接空气间隙放电，都对带电作业的工作人员造成了很大的威胁，假如操作不当或者不能与带电体保持安全距离，也有被高压电击穿触电的风险。目前带电作业的安全监控与预警手段还不够完善，很难实现工作人员与带电体之间的距离的实时精准测量，也很难实现对现场操作人员行为的监控，并进行自主预警。现用的带电作业防护装备功能单一，智能化程度低，无法对带电工作人员生命体征实时监测的问题，尤其是容易造成作业人员身体不适及作业危险的问题。

2、因此，现有技术亟需一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供基于石墨烯及帕尔贴效应的带电作业装备设计方法，实现对带电作业过程中带电工作人员生命体征的实时监测，使带电作业人员更安全、更舒适。实现对作业过程中人员工作状态的实时监管，增加工作人员工作的安全性和可靠性，进一步提升电网配电带电作业智能化水平，使电网供电更加可靠。

2、基于石墨烯及帕尔贴效应的带电作业装备设计方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

3、步骤一、制备石墨烯/高分子基纳米符合材料，通过渗流理论进行导电，复合半导体材料，形成帕尔贴效应，获得在材料接触面处产生放热和吸热材料，并建立帕尔贴效应热量转移模型；

4、步骤二、通过温度传感器采集人体生理数据信息，通过后端电路将数据信息转换为数据信号，并将人体数据信号传递给远方终端硬件；

5、步骤三、所述远方终端硬件的人机显示界面，接受终端硬件传递的原始数据，对原始数据进行分析处理，得到检测出的生理信息，传递给使用者。

6、所述步骤一帕尔贴效应热量转移模型的构建方法为：

7、帕尔贴热电模块表示为吸热面的qa和放热面qe，

8、吸热面的能量方程为：

9、

10、放热面的能量方程为：

11、

12、其中：αm＝α*×n，rm＝rel×n，θm＝rp/n

13、n代表热电偶对的数目，cm为总的参考赛贝克系数，rm为帕尔贴的总电阻，θm为帕尔贴的内部总热阻，δt＝th-tc；

14、分别根据冷热面的热量方程，将热量与温度的关系等效成电路图形式，温度值等效为电路中的电势，热量等效为图中的电流；

15、设to，tc和th分别代表外界物体的温度，帕尔贴冷端温度和帕尔贴热端温度；

16、在帕尔贴热网络模型中，qin代表当外界物体接触帕尔贴表面时，单位时间内流入帕尔贴的热流，ro表示外界物体与帕尔贴表面的接触热阻，rp为帕尔贴的内部热阻，rel为帕尔贴的电阻，co和cc分别表示外界物体接触表面的热量，传感器与帕尔贴设备间的热量；帕尔贴热端的温度模型表示为：

17、

18、式中，qα＝-αtci是由帕尔贴效应产生的单位时间内帕尔贴设备吸收的量，α为赛贝克系数，i表示输入电流，α*为参考赛贝克系数；

19、额定电流imax或，额定电压vmax和最大温差δtmax与帕尔贴内部参数之间关系如下：

20、

21、式中，z为热电材料的优值系数；

22、获得帕尔贴内部参数：

23、

24、

25、

26、式中，vmax，imax以及δtmax为帕尔贴基本产品参数，分别为热端温度th0下，帕尔贴模块的最大工作电压，最大工作电流以及冷热端最大温差。

27、所述步骤三的远方终端硬件内部设置有健康状态监控预警模型，所述健康状态监控预警模型采用层次分析法建模，建模流程为：

28、将面向多维的健康状态评估及预警模型转化为附带惩罚因子的无限制经验损失最小化问题，定义最小化问题的目标函数如下：

29、

30、式中，l(ω，(x，y))＝max{0，1-y<ω，x ω}

31、利用随机梯度下降求解目标函数，每一次迭代周期，随机选定训练样本并映射出对应的目标函数梯度，在迭代方向的对立侧选定梯度步进长度，使算法的运行时间满足o(n/λt)，其中，n是w和x的约束空间内的维度之和；

32、通过映射变换σαiyixi→ω，i≠0且为整数，求解非线性核对应的对偶问题；

33、采用模糊神经网络因子smooth loss functions代替hinge loss，转化为超平面下的平滑且不受约束的优化问题；

34、在超平面约束空间下随机选取一个训练样本it,其中，i表示样本内在属性，t表示样本外在活跃度，代入最小化问题的目标函数中：

35、

36、对其进行sub-gradients求解，有：

37、

38、式中，为指数函数，取值范围为二值，真为1，假为0；通过设置综合偏置项进行数据分离，通过在线监控机制获取低泛化误差预测器，完成健康状态监控及预警。

39、所述步骤二人体生理数据信息包括体重指数、血压、脉搏、肺活量、体温、心率以及肌力。

40、通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：基于石墨烯及帕尔贴效应的带电作业装备设计方法，制备的带电作业智能传感穿戴设备可以在一定程度上解决目前带电作业装备智能化程度低，难以对带电工作人员生命体征实时监测的问题，可以显著推动带电作业过程中工作人员的生命健康保障性提升。

技术特征：

1.基于石墨烯及帕尔贴效应的带电作业装备设计方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯及帕尔贴效应的带电作业装备设计方法，其特征是：所述步骤一帕尔贴效应热量转移模型的构建方法为：

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯及帕尔贴效应的带电作业装备设计方法，其特征是：所述步骤三的远方终端硬件内部设置有健康状态监控预警模型，所述健康状态监控预警模型采用层次分析法建模，建模流程为：

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯及帕尔贴效应的带电作业装备设计方法，其特征是：所述步骤二人体生理数据信息包括体重指数、血压、脉搏、肺活量、体温、心率以及肌力。

技术总结
基于石墨烯及帕尔贴效应的带电作业装备设计方法，属于电力系统安全作业技术领域，制备石墨烯/高分子基纳米符合材料，通过渗流理论进行导电，复合半导体材料，形成帕尔贴效应，获得在材料接触面处产生放热和吸热材料，并建立帕尔贴效应热量转移模型；通过温度传感器采集人体生理数据信息，通过后端电路将数据信息转换为数据信号，并将人体数据信号传递给远方终端硬件；所述远方终端硬件的人机显示界面，接受终端硬件传递的原始数据，对原始数据进行分析处理，得到检测出的生理信息，传递给使用者。本发明实现对带电作业过程中带电工作人员生命体征的实时监测，使带电作业人员更安全、更舒适。

技术研发人员：王家峰,付东,姚峥,孙学斌,单中闯,牟银笛,刘伟,刘世健,杨继成,蒋祖利
受保护的技术使用者：国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11