一种电场感应无线近电报警装置及工作方法

一种电场感应无线近电报警装置及工作方法
【专利摘要】本发明提供了一种电场感应无线近电报警装置及工作方法,依托于电场强度传感器，根据高压电力线周围的电场操作过程中，传感器实时检测周围的电场强度信号，感应出电流信号，经过滤波、放大处理，在A/D转换后进入处理器，如果该信号大于报警阀值，处理器则通过无线模块发出报警标志信号。报警装置接收到报警指令则发出声光提示。本发明所涉及的装置及应用的技术方案，可以实现对电场的快速准确判别，并能及时提醒工作人员提升自己的安全意识，可以广泛应用于110KV及以上高压带电线路附近的施工作业中，能够有效减少人员与设备损失，提高电力企业的安全防护能力。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及近电报警【技术领域】，尤其涉及一种电场感应无线近电报警装置及工作 方法。 一种电场感应无线近电报警装置及工作方法

【背景技术】
[0002] 目前，由于电网结构的复杂性，设备数量和类型种类不断扩大，对应的巡检项目、 试验方法也不断增加，大大加强了巡检及维修人员的工作强度，由于人为因素的影响，在工 作量大下，工作人员的安全防范意识就会出现明显缺陷，往往会疏忽大意，甚至出现违章操 作，最为突出的就是各种触电事故的发生，给人员的生命安全带来了极大危害。
[0003] 根据国家GBT12720的工频电场测量标准，当一个单相电压源连接到一导电的边 界面（例如电极）时，在受影响空间的任意点产生沿一固定轴振荡的电场矢量，即为单相交 流电场；当一个交流三相电压源分别各连接到一导电的边界面（例如电极）时，通常产生一 个在空间旋转的电场矢量。该旋转矢量描绘一椭圆，它的长半轴代表电场强度最大值的大 小和方向，其短半轴代表电场强度的最小值的大小和方向，且滞后于最大值四分之一周期。 在导电界面上，旋转矢量为一振荡矢量，它的方向垂直于表面，即为三相交流电场，所以，依 托于电场产生的原理，可以通过测量其中的某些参变量，如距离或是感应电场强度，达到间 接测量感应电场的目的，反之亦然。
[0004] 申请号为201310104229. 5的发明提供一种近电报警安全帽，它包括前端设置有 探照灯的安全帽，它还包括设置于安全帽内部的电场感应传感器、放大器、控制器、存储器 和电源，所述电场感应传感器连接所述放大器的输入端，所述放大器的输出端连接所述控 制器的输入端，所述控制器的输出端连接所述存储器；所述安全帽外部设置有报警器，所述 控制器的输出端连接所述报警器。该近电报警安全帽具有结构简单、携带方便、安全可靠、 便于操作的优点。
[0005] 申请号为201220510531. 1的实用新型涉及吊车防触电安全监控装置，包括两组 电场传感器、距离测量设备、处理器、声光报警设备、电源设备，两组电场传感器一组设在安 全距离上，一组设在极限安全距离上，距离测量设备和电场传感器将数据传输给处理器，处 理器触发声光报警设备报警；所述的声光报警设备设在驾驶室和车身上。本实用新型的优 点是：结构简单，应用方便，防止吊车、高空作业车的吊臂触碰带电设备，发生事故，提高工 作安全系数。
[0006] 对于上述方案，应用电场原理进行安全预警，一方面，应考虑工频电场反应元件的 灵敏度与辐射强度，避免反应滞后、报警不及时或是检测元件与人体接触过密而造成伤害， 另一方面，要通过改进，使这种测量报警方案能得到广泛的实施，应用于施工作业的各个领 域中，这样才能有效减少人员和设备损失。


【发明内容】

[0007] 本发明提供了一种电场感应无线近电报警装置及工作方法，能实时检测周围的电 场强度信号并发出报警信息，提醒操作人员注意，从而避免触电事故的发生。
[0008] 为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种电场感应无线近电报警装置， 包括传感模块、信号处理模块、采样模块、传输模块及报警模块；所述传输模块采用无线方 式，分为发送端与接收端；所述传感模块、所述信号处理模块、所述采样模块依次连接，所述 采样模块的输出端连接所述传输模块的发送端；所述传输模块的接收端连接所述报警模块 的输入端。
[0009] 所述报警装置采用分体式，所述传感模块、所述信号处理模块、所述采样模块及所 述传输模块的发送端构成检测探头，所述传输模块的接收端与所述报警模块构成接收器。 [0010] 所述检测探头与所述接收器均包括蓄电池与充电接口。
[0011] 所述蓄电池连接工作开关，所述工作开关连接蜂鸣器与指示灯。
[0012] 所述采样模块与所述报警模块均包括单片机。
[0013] 所述传感模块包括电场传感器，所述信号处理模块包括整流滤波电路与放大电 路。
[0014] 所述报警模块采用声光报警方式。
[0015] 一种电场感应无线近电报警装置的工作方法，包括下列步骤： 1) 初次使用前，先将检测探头与接收器充电12小时，之后若需要连续工作，则每24小 时充一次电，每次充10至12小时或充电指示灯熄灭； 2) 取出检测探头和接收器，并打开接收器电源，看开关蜂鸣器是否发出"嘀"声，并观察 工作指示灯是否点亮； 3) 打开检测探头电源，除观察探头的蜂鸣器与工作指示灯是否正常外，再观察接收器 端的探头连接灯是否点亮，判断探头是否正常以及探头与接收器的连接是否正常； 4) 如果两者均显示正常，则根据待测具体环境，选择探头及接收器的安置体及安置方 式； 5) 如果两者均显示不正常，则首先检测是否电量充足及接触是否良好，继而检查是否 存在电路故障，直至恢复正常； 6) 探头及接收器安置好后，即进入检测阶段，探头实时检测高压电力线周围的电场强 度信号，感应出电流信号，经过滤波、放大处理，进入单片机进行判断，如果该信号大于报警 阀值，则单片机通过无线模块发出报警标志信号，接收器接收到报警指令，并传输至报警装 置，发出声光报警提示； 7) 报警装置检测完毕后，如果长时间不再使用，应进行表面清洁并妥善安放于专用箱 体内，以保证下次正常工作。
[0016] 本发明中的电场感应无线近电报警装置是基于金属在电场中产生表面感应电荷 的原理进行设计的，传感模块将金属表面的感应电荷转化为电流信号，经过整流滤波电路 与放大电路的选频滤波与信号放大，再送入单片机中进行采样。由于在传感器将感应电荷 转化为电流信号的过程中，会受到大量的杂波或是工频噪声的干扰，对于高频杂波，整流滤 波电路的接入端设置低通滤波器，而对于低频噪声，直接用大电容旁路掉，保证信号的精确 度，随即进行过滤后的信号放大，以实现后续处理模块的调用。在探头与接收器端均使用单 片机，是为了避免反应滞后、报警不及时或是不准确，单片机定时器设置定时中断，每隔一 个较短的时间间隔产生一次定时中断信号，并转入中断处理子程序，子程序从单片机的I/O 口读取电流信号，并调用定时中断A/D处理子程序，随即把A/D转换结果与预定的整定报 警值比较，如果大于整定值，则对传输装置的发送端输出报警信号，进行报警处理；传输装 置的接收端收到报警信号后，送入报警装置中，由报警装置中的单片机进行迅速的信号识 别与响应，并根据判断采取声光报警措施。
[0017] 单片机可采用AVR系列，单片机程序包括主程序、中断服务子程序、定时中服务子 程序、A/D转换子程序、数据处理子程序，均可以采用C语言进行设计，并封装于单片机的数 据寄存器中方便直接调用。其中，系统主程序主要完成系统的端口、定时器、A/D转换器、常 量、变量及其他量的初始化工作，同时完成漏电流循环显示工作；中断服务子程序主要根据 INTC0N寄存器的T0IF位的数据判断TMR0是否溢出，如溢出则转入TMR0中断入口子程序； 根据INTC0N寄存器的RBIF位的数据判断RB是否有输入变化，如变化则转入键盘中断入口 子程序；定时中断服务子程序及A/D转换子程序。主要完成A/D转换任务，1 ms进行1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A/D转 换数据平均值，进行数据比较，确定是否报警等。
[0018] 本发明中的传输模块采用无线方式，分为发送端与接收端，主要是为了延长测量 距离，保障测量范围的扩大及近电人员的安全性，传输模块可以选用多通道微功率嵌入式 无线数传模块，采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠 24 bits连续突发错误，可在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数，能够透明传 输任何大小的数据，无须编写复杂的设置与传输程序，反应灵敏且传输效果好，有效传输距 离可以达到1000米。
[0019] 本发明所涉及的装置及应用的技术方案，可以实现对电场的快速准确判别，并能 及时提醒工作人员提升自己的安全意识，可以广泛应用于110KV及以上高压带电线路附近 的施工作业中，能够有效减少人员与设备损失，提高电力企业的安全防护能力。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 图1是本发明装置的检测发射部分的结构原理图。
[0021] 图2是本发明装置的接收报警部分的结构原理图。
[0022] 图3是本发明装置的工作流程图。

【具体实施方式】
[0023] 如图1至图3所示，一种电场感应无线近电报警装置，包括传感模块1、信号处理模 块2、采样模块3、传输模块及报警模块6 ;传输模块采用无线方式，分为发送端4与接收端 5 ;传感模块1、信号处理模块2、采样模块3依次连接，采样模块3的输出端连接传输模块的 发送端4 ;传输模块的接收端5连接报警模块6的输入端。
[0024] 报警装置采用分体式，一般分为两个部分，传感模块、信号处理模块、采样模块及 传输模块的发送端构成检测探头，传输模块的接收端与报警模块构成接收器；检测探头与 接收器均包括工作开关7、蓄电池8与充电接口 9,蓄电池8连接工作开关7与充电接口 9 ; 工作开关7连接蜂鸣器10与指示灯11 ;采样模块与报警模块均包括单片机，传感模块包括 电场传感器；信号处理模块包括整流滤波电路与放大电路，报警模块采用声光报警方式。
[0025] 报警流程是：信号检测一滤波一二级放大一采样比较处理一传输一报警执行，装 置是基于金属在电场中产生表面感应电荷的原理进行设计的，将金属表面的感应电荷转化 为电流信号，经过50Hz的选频滤波、信号放大，采样模块与报警模块中的单片机可以选用 AVR mega48,将测量的结果转化为距离信息，通过无线通讯模块APC220-43把报警信息发 送至接收端，接收端根据接收到的指令信息做出声光报警，提醒操作人员注意，从而避免触 电事故的发生，该原理装置可以被应用于多种电力施工作业过程中。
[0026] 实施例一 该装置可以应用于大型施工机械设备中，例如在变电站、换流站等输变电单位每年都 要进行春检、秋检、年度检修，经常会在带电设备周围动用吊车、高空作业车等车辆，吊臂操 作员一旦疏忽或判断失误容易造成吊臂触碰带电设备，发生人身伤亡、事故停电危险，此 时，将装置用于吊车等升高机械设备110KV及以上高压带电线路附近施工作业安全报警， 当安装了报警器探头的吊车吊臂头接近高压导线一定范围时，报警器发出声光报警，提醒 吊车操作人员谨慎操作，在一定程度上减小因操作不慎引起的事故发生概率。该装置的应 用方法为： 1) 初次使用前，先将检测探头与接收器充电12小时，之后若需要连续工作，则每24小 时充一次电，每次充10至12小时或充电指示灯熄灭； 2) 取出检测探头和接收器，并打开接收器电源，看开关蜂鸣器是否发出"嘀"声，并观察 工作指示灯是否点亮； 3) 打开检测探头电源，除观察探头的蜂鸣器与工作指示灯是否正常外，再观察接收器 端的探头连接灯是否点亮，判断探头是否正常以及探头与接收器的连接是否正常； 4) 如果两者均显示不正常，则首先检测是否电量充足及接触是否良好，继而检查是否 存在电路故障，直至恢复正常； 5) 如果两者均显示正常，则在探头装置与接收器装置的底部均安装磁钢底座，将探头 装置通过有磁钢直接吸附在吊车的吊臂上，同理将接收器安置在操作室，并再次检查两者 是否连接良好，看探头连接灯是否正常； 6) 探头及接收器安置好后，即进入检测阶段，探头实时检测高压电力线周围的电场强 度信号，感应出电流信号，经过滤波、放大处理，进入单片机AVR mega48进行判断，例如安全 距离可以设置为2. 5m，如果该信号检测距离大于报警阀值，如3m，则单片机通过无线模块 发出报警标志信号，接收器接收到报警指令，并传输至报警装置，发出声光报警提示； 7) 报警装置检测完毕后，如果长时间不再使用，应将其从吊臂和操作室拆除，并分别拆 除磁钢底座，并进行表面清洁，最后妥善安放于专用箱体内，以保证下次正常工作。
[0027] 实施例二 该装置可以应用于一些验电便携设备中，如接地棒、验电棒、高压摇表中，工作人员需 要经常在电力维护或配电运行的工作中与带电的设备打交道，久而久之会对带电体与安全 要求产生轻视心理，仍不能避免意外的发生，此时这些验电便携设备便能够随时随地的提 醒工作人员注意安全作业距离，以验电棒为例，该装置的应用方法为： 1) 初次使用前，先将检测探头与接收器充电12小时，之后若需要连续工作，则每24小 时充一次电，每次充10至12小时或充电指示灯熄灭； 2) 取出检测探头和接收器，并打开接收器电源，看开关蜂鸣器是否发出"嘀"声，并观察 工作指示灯是否点亮； 3) 打开检测探头电源，除观察探头的蜂鸣器与工作指示灯是否正常外，再观察接收器 端的探头连接灯是否点亮，判断探头是否正常以及探头与接收器的连接是否正常； 4) 如果两者均显示不正常，则首先检测是否电量充足及接触是否良好，继而检查是否 存在电路故障，直至恢复正常； 5) 如果两者均显示正常，则将探头装置与接收器装置通过抱箍等分别安置于验电棒的 近电端与手持端，也可以通过对验电棒的改造，直接将报警装置的两个部分嵌于验电棒两 端中，并再次检查两者是否连接良好，看探头连接灯是否正常； 6) 探头及接收器安置好后，即进入检测阶段，探头实时检测带电体周围的电场强度信 号，感应出电流信号，经过滤波、放大处理，进入单片机AVR mega48进行判断，例如安全距离 可以设置为〇. 6m，如果该信号检测距离大于报警阀值，如lm，则单片机通过无线模块发出 报警标志信号，接收器接收到报警指令，并传输至报警装置，发出声光报警提示； 7) 报警装置检测完毕后，如果验电棒长时间不再使用，采用抱箍式连接方式的，需将报 警装置从棒体两端拆除，并进行表面清洁，最后妥善安放于专用箱体内，采用一体式嵌入连 接的，需对验电棒整体进行妥善保存，以保证下次正常工作。
【权利要求】
1. 一种电场感应无线近电报警装置，包括传感模块、信号处理模块、采样模块、传输模 块及报警模块，其特征在于：所述传输模块采用无线方式，分为发送端与接收端；所述传感 模块、所述信号处理模块、所述采样模块依次连接，所述采样模块的输出端连接所述传输模 块的发送端；所述传输模块的接收端连接所述报警模块的输入端。
2. 如权利要求1所述的电场感应无线近电报警装置，其特征在于：所述报警装置采用 分体式，所述传感模块、所述信号处理模块、所述采样模块及所述传输模块的发送端构成检 测探头，所述传输模块的接收端与所述报警模块构成接收器。
3. 如权利要求2所述的电场感应无线近电报警装置，其特征在于：所述检测探头与所 述接收器均包括蓄电池与充电接口。
4. 如权利要求3所述的电场感应无线近电报警装置，其特征在于：所述蓄电池连接工 作开关，所述工作开关连接蜂鸣器与指示灯。
5. 如权利要求1或2所述的电场感应无线近电报警装置，其特征在于：所述采样模块 与所述报警模块均包括单片机。
6. 如权利要求1或2所述的电场感应无线近电报警装置，其特征在于：所述传感模块 包括电场传感器，所述信号处理模块包括整流滤波电路与放大电路。
7. 如权利要求1或2所述的电场感应无线近电报警装置，其特征在于：所述报警模块 米用声光报警方式。
8. -种电场感应无线近电报警装置的工作方法，其特征在于：包括下列步骤： 1) 初次使用前，先将检测探头与接收器充电12小时，之后若需要连续工作，则每24小 时充一次电，每次充10至12小时或充电指示灯熄灭； 2) 取出检测探头和接收器，并打开接收器电源，看开关蜂鸣器是否发出"嘀"声，并观察 工作指示灯是否点亮； 3) 打开检测探头电源，除观察探头的蜂鸣器与工作指示灯是否正常外，再观察接收器 端的探头连接灯是否点亮，判断探头是否正常以及探头与接收器的连接是否正常； 4) 如果两者均显示正常，则根据待测具体环境，选择探头及接收器的安置体及安置方 式； 5) 如果两者均显示不正常，则首先检测是否电量充足及接触是否良好，继而检查是否 存在电路故障，直至恢复正常； 6) 探头及接收器安置好后，即进入检测阶段，探头实时检测高压电力线周围的电场强 度信号，感应出电流信号，经过滤波、放大处理，进入单片机进行判断，如果该信号大于报警 阀值，则单片机通过无线模块发出报警标志信号，接收器接收到报警指令，并传输至报警装 置，发出声光报警提示； 7) 报警装置检测完毕后，如果长时间不再使用，应进行表面清洁并妥善安放于专用箱 体内，以保证下次正常工作。
【文档编号】G08B21/02GK104157095SQ201410371713
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】王文涛 申请人:淮阳县电业局