CN202720279U - 无线数字电场强度监测传感器 - Google Patents

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张景山
张世宣
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Abstract

一种无线式数字电场强度监测传感器，由壳体及装在壳体内的电源电路、电场效应元件、放大器电路、阻抗变换电路、量值判别电路、电源控制电路、PCB电路板、单片机电路及无线通讯模块电路和装在壳体外的天线构成。本实用新型的优点在于：该监测传感器既能检测出高压设备是否带电，又能检测出带电体的电压等级，并能够实现雷击和浪涌判别。该监测传感器体积小巧，可以安装在被检设备上，而不影响被检设备的使用功能，该监测传感器的另一个优点是结构简单，使用元件少，因而降低了装置的制造成本。

Description

无线数字电场强度监测传感器
技术领域
本实用新型涉及一种高压带电体的电场强度监测传感器，尤其是一种无线式数字电场强度监测传感器，该装置也可用于进行电力设备是否带电和电压等级的检测以及落雷等强电侵入检测。 
背景技术
目前，在进行电力设备检修作业时，为了确认作业区域的防护等级和检修操作设备的电压防护等级，必须确认被检修设备的工作电压等级及带电状态，从而确保检修作业的安全性。原始的利用高压试电笔的人工检测方法已经淘汰，取而代之的是电子式的自动化检测方法。中国专利申请（申请号200610123199.2）中，提出了一种采用无线式高压带电检测显示及闭锁的技术，但该技术方案中，只提出了一种检测高压设备是否带电的方法，而不能检测出高压设备的带电电压等级以及落雷等强电侵入检测。而该技术方案的另一个不足之处是装置的体积较大，不能将其安装在被检设备上，因而需要为其搭设检测台架，增加了安装使用的成本和难度。 
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种既能检测出高压设备是否带电，又能检测出带电体的电压等级以及对落雷等强电侵入的判别，体积小巧、可以安装于被检设备上的一种无线式数字电场强度监测传感器。 
为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案： 
一种无线式数字电场强度监测传感器，由壳体及装在壳体内的电源电路、电场效应元件、放大器电路、PCB电路板、单片机电路及无线通讯模块电路和装在壳体外的天线构成，其特征在于： 
a 该监测传感器还设有量值判别电路，其输出信号传送给单片机电路， 
b在放大器电路和单片机电路之间还设有阻抗变换电路和电源控制电路。 
所述量值判别电路是由线圈、整流器件及阻容元件构成的。 
所述的阻抗变换电路是由数字集成电路器件及其阻容元件构成的。 
所述的电源控制电路是由光电器件及其阻容元件构成的。 
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：提供了一种既能检测出高压设备是否带电，又能检测出带电体的电压等级并能输出超限电压故障信号的一种无线式数字电场强度监测传感器。该监测传感器体积小巧，使其可以安装在被检设备上，而不影响被检设备的使用功能，省去了为安装监测传感器而搭设台架的麻烦；该监测传感器的另一个优点是结构简单，使用元件少，因而降低了装置的制造成本。 
附图说明
图1是无线式数字电场强度监测传感器的结构示意框图。 
图2是无线式数字电场强度监测传感器的电路原理图。 
图3是无线式数字电场强度监测传感器的安装使用示意图。 
具体实施方式
参见图1，本实用新型的无线式数字电场强度监测传感器，由壳体14及装在壳体14内的电源电路11、量值判别电路15、电场效应元件5、放大器电路6、阻抗变换电路7、电源控制电路12、单片机电路8及无线通讯模块电路9、PCB电路板13和装在壳体14外的天线10构成，其具体的结构是：该监测传感器有一个壳体14，在壳体14的内部有一块PCB电路板13。在PCB电路板13上，用腐蚀的方法制有一块铜箔感应电极5，还制有放大器电路6、阻抗变换电路7、量值判别电路15、电源控制电路12、单片机电路8、无线通讯模块电路9以及电源电路11所用的电路连线。在PCB电路板13上安装焊接有放大器电路6、阻抗变换电路7、量值判别电路15、电源控制电路12、单片机电路8和无线通讯模块电路9的所有元件。而天线10与无线通讯模块电路9在进行电气连接以后，装在了壳体14的外边。其中，阻抗变换电路7是由数字集成电路器件及其阻容元件构成的，电源控制电路12是由光电器件及其阻容元件构成的，量值判别电路是由线圈及整流桥和三极管等阻容元件构成的。 
该监测传感器的电原理图如图2所示。在图2中，放大器电路6由放大器件MOSC301和LM324以及电位器POT1、电阻R2、R16和电容C20构成；阻抗变换电路7由MC74HC4051、R3、R7~R15、R18构成；电源控制电路12由光电继电器232EH、R6、R19构成；单片机电路8由单片机ATMEGA48V、R4、C17、C18、XTAL2构成；无线通讯模块电路9由射频芯片CC1100、XTAL1、R1、C1、C6～C14、L1～L4构成；电源电路11由锂电池BT1、R5、C2～C5、C15、C16、LED构成，量值判别电路由L5， D1~D2，R20~R24，C21~C25，Q3构成。 
该监测传感器的工作过程是这样的： 
在外部电场的作用下，电压等级判断方法如下：电场效应元件5感应出电场信号，该电场信号通过放大器件MOSC301的正向输入端2脚输入，输出信号由MOSC301的3脚输出，此信号通过电阻R2送至运算放大器LM324放大后，再经过R3，R7~R15，R18分压处理，送至单片机ATMEGA48V的18(ADC5)脚上，由单片机进行数据采集及计算。其采集的电压计算公式为：VADC= VREF*（R3+R7）/R18。单片机根据在不同电压等级条件下的场强不同，预先对阻抗变换电路7进行初始化取值，然后单片机结合（0、220V，380V，3KV，6KV，10KV，35KV，66KV）电场的不同场强数学模型，计算出电场强度的近似值，从而判断出高压设备的带电状态； 
雷击和浪涌电压的判断方法如下：当带电设备正常工作时，由于C23的隔直作用，Q3处于截止状态。而当有雷击或浪涌电压时，雷击或浪涌电磁场就会在线圈L5上感应出电压信号，该信号经D1整流，加到C21和C22上，并通过C23加到Q3的基极上。此时Q3导通，单片机ATMEGA48V的31脚（INT0）脚电平发生变化而产生中断。此时，单片机立即采集并计算信号幅值，其采集的电压计算公式为：VADC= VREF*（R21+R23）/R22，计算出电压的突变值，根据设定的数值（V浪涌≥5*工作电压，雷击时，瞬变二极管D2导通V雷击=0）,且在一定的时间内，带电设备的电压又回归到正常值，从而判断出落雷和浪涌电压；此电压信息传送给无线通讯模块电路9，无线通讯模块电路9驱动其无线芯片CC1100，利用无线方式把雷击或浪涌状态信息发射出去。 
本实用新型的无线式数字电场强度监测传感器的安装方式见图3所示。在图3中，1为本实用新型产品封装后的传感器，2为高压母排或导线，3为无线接收装置。4为接收装置的现场总线。传感器1工作时，定时发出高压母排或导线2 是否带电的无线信号，接收装置收到无线传输的带电状态信号后，利用声光显示等手段提醒施工操作人员，告知被检设备的目前带电状态和线路发生浪涌和雷击的状况。 
本实用新型的无线式数字电场强度监测传感器可以检测0～66KV的用电设备的带电状态。本实用新型的一个实施例检测的数据结果如图表所示。 
下表是无线式数字电场强度监测传感器的检测结果示意图。 
运算取样值 电压等级计算值 电压等级标准值 误差
VIN->R7=0.00V 0 0 0
VIN->R8=1.28v 198V 220V 10%
VIN->R9=1.97v 352V 380V 8%
VIN->R10=1.26v 912V 1KV 8.8%
VIN->R11=1.55v 2.67kv 3 KV 11%
VIN->R12=1.72v 5.41KV 6 KV 9%
VIN->R13=1.97v 8.76KV 10 KV 8.8%
VIN->R14=1.63v 31.8KV 35 KV 9.1%
VIN->R15=1.44v 60KV 66KV 9%
从表中可以看出，在被检设备有电的情况下，本实用新型的无线式数字电场强度监测传感器的检测误差为10%左右，完全能够标定电力行业标准的电压等级，也完全能够指示线路是否带电的状态，同时也能够实现对雷击或浪涌电压的判别。 

Claims (6)

1.一种无线式数字电场强度监测传感器，由壳体及装在壳体内的电源电路、电场效应元件、放大器电路、PCB电路板、单片机电路及无线通讯模块电路和装在壳体外的天线构成，其特征在于：
a 该监测传感器还设有量值判别电路，其输出信号传送给单片机电路，
b在放大器电路和单片机电路之间还设有阻抗变换电路和电源控制电路。
2.根据权利要求1所述的无线式数字电场强度监测传感器，其特征在于：所述的阻抗变换电路是由数字集成电路器件及其阻容元件构成的。
3.根据权利要求1所述的无线式数字电场强度监测传感器，其特征在于：所述的电源控制电路是由光电器件及其阻容元件构成的。
4.根据权利要求1所述的无线式数字电场强度监测传感器，其特征在于：所述的量值判别电路是由线圈及整流电路及阻容元件构成的。
5.根据权利要求2所述的无线式数字电场强度监测传感器，其特征在于：所述的电源控制电路是由光电器件及其阻容元件构成的。
6.根据权利要求3所述的无线式数字电场强度监测传感器，其特征在于：所述的阻抗变换电路是由数字集成电路器件及其阻容元件构成的。 
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