CN204374307U - 一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置 - Google Patents
一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置，属于电力设备检测领域，该装置包括平行板电容式传感器、信号调理模块、人机接口模块、主控制器模块以及壳体。其中，主控制器模块包括微控制器CC2530芯片和LCD液晶显示器。LCD液晶显示器、人机接口模块均与微控制器CC2530芯片电连接，平行板电容式传感器与信号调理模块电连接，信号调理模块与微控制器CC2530芯片电连接。该装置根据平行板电容式传感器感知电场强度，能够同时对变电站或高压或超高压电网的工频电场进行测量，操作方便，还能通过主控制器模块组成的无线网络将采集到的测量信息进行汇聚后传输给管理中心，实现对变电站或高压或超高压电网的工频电场的测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设备检测领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置，用于变电站或高压输电线路的工频电场测量。
背景技术
我国地域广阔，高压或超高压电网以及变电站在全国范围内覆盖面也很广，工频电场是高压或超高压电网以及变电站的主要电磁环境参数，也是衡量工程是否满足环保要求的参数，随着人们对高压或超高压电网以及变电站带来的关于电磁环境的争论日益增多，对工频电场的测量已成为一项重要工作。
目前，测量工频电场主要采用电学原理的方法，如小球法、电容充电法等电位平衡的方法或电荷法。其中，电位平衡法的测量原理是通过测量电位分布来进行电场测量，缺点是准确性较差，难以实时采集到电场信息；电荷法测量原理是通过计算小球在电场中捕获的电荷来测量电场，这种方法的缺点是使用时具有很大的局限性。
实用新型内容
为克服上述缺陷，本实用新型提供一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置,该装置根据平行板电容式传感器感知电场强度，能够对变电站或高压或超高压电网的工频电场进行测量，操作方便，还能通过自身组成的无线网络将采集到的测量信息进行汇聚后传输到管理中心。实现对变电站或高压或超高压电网的工频电场强度的实时数据采集。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置，并采用如下技术方案：
一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置，该装置包括用于提取工频电场强度的平行板电容式传感器、用于将提取的工频电场强度信号进行滤波和放大的信号调理模块、人机接口模块以及主控制器模块；其中，所述主控制器模块包括微控制器CC2530芯片，该芯片片内集成了模数转换器、IEEE802.15.4、ZIGBEE、无线射频通信接口以及51单片机内核，所述人机接口模块与微控制器CC2530芯片电连接，所述平行板电容式传感器与信号调理模块电连接，所述信号调理模块与所述微控制器CC2530芯片电连接。
平行板电容式传感器提取工频电场强度信号，将该电场强度信号转化为模拟电压信号，该电压信号非常微弱，由于平行板电容式传感器处于强电磁场干扰的环境中，为了将该微弱的电压信号从强电磁场干扰的环境中提取出来，需要将该电压信号传输给信号调理模块进行滤波和放大处理，经过信号调理模块处理后传输给主控制器模块，该主控制器模块中的微控制器CC2530芯片用其片内的模数转换器将通过信号调理模块进行滤波和放大处理后的模拟电压信号转换成数字信号，再利用其内部的ZIGBEE，将分布在变电站或高压或超高压电网旁的工频电场测量装置组成无线传感器网络的端节点和中心节点，同时CC2530芯片支持最新的ZIGBEE协议ZIGBEE 2007/PRO，保证了无线组网时的互操作性。最后通过无线射频通信接口，将采集到的多个转换成数字信号的模拟电压信号汇聚到无线传感器网络发送给管理中心。
进一步的，所述平行板电容式传感器长度为50mm，宽度为40mm，高度为10mm的金属电极构造而成，该平行板电容式传感器内部填充介质为环氧树脂。该平行板电容式传感器的介电常数为 ，其中为真空介电常数，则该平行板电容式传感器的固有电容大小为，当工频电场强度为，则通过该平行板电容式传感器测得的工频电场强度转化成模拟电压信号。
进一步的，所述信号调整模块为有源低通滤波器，该滤波器为两个二阶压控电压源滤波器级联构造而成。该滤波器用于将模拟电压信号进行滤波和放大，以便微控制器CC2530芯片内的模数转换器将该模拟电压信号转化成数字信号。
进一步的，所述主控制器模块还包括LCD液晶显示器，所述LCD液晶显示器与所述微控制器CC2530芯片电连接。该LCD液晶显示器用于显示所述平行板电容式传感器采集到的工频电场信息。
进一步的，还包括壳体，该壳体上设置用于放置LCD液晶显示器的窗口和与人机接口模块相匹配的控制按键。壳体能对整体的电路起到保护和方便使用的作用，通过放置LCD液晶显示器的窗口可观察LCD液晶显示器显示的内容，通过与人机接口模块相匹配的控制按键进行相应的操作。
本实用新型有益效果：本实用新型提供了一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置，该装置利用其内部特制的平行板电容式传感器提取工频电场强度信号；利用两个二阶压控电压源滤波器级联构造而成的有源低通滤波器，将此信号进行滤波和放大，实现了对变电站或高压或超高压电网的工频电场的测量，同时主控制器模块中的微控制器CC2530芯片利用其片内的ZIGBEE，将分布在变电站或高压或超高压电网旁的工频电场测量装置组成无线传感器网络，使得主控制器模块能够将采集到的多个电场信号通过这个无线传感器网络发送给管理中心，实现对变电站或高压或超高压电网的工频电场强度的实时数据采集。同时，该装置具有高效可靠的数据传输性能、体积小、重量轻、组网中的互操作性好的优点。
附图说明
图1为本实用新型的***结构框图；
图2 为本实用新型的平行板电容式传感器电路图；
图3为本实用新型的有源低通滤波器电路图；
图4为本实用新型的人机接口模块电路图；
图5为本实用新型的主控制器电路图；
图6为本实用新型的壳体示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步的说明。
参见图1至图6所示，一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置，包括：平行板电容式传感器、信号调理模块、人机接口模块、主控制器模块以及壳体1。其中，信号调理模块为两个二阶压控电压源滤波器级联构造而成的有源低通滤波器；主控制器模块包括微控制器CC2530芯片和LCD液晶显示器。平行板电容式传感器长度为50mm，宽度为40mm，高度为10mm的金属电极构成，该平行板电容式传感器内部填充介质为环氧树脂。该壳体1上设置有窗口2和控制按键3，该窗口2用于放置LCD液晶显示器，以便于观察，控制按键3与人机接口模块相匹配以便进行相应的操作，本实施例中控制按键为4个，LCD液晶显示器采用点阵为128*64的LCD液晶组成。人机接口模块、LCD液晶显示器均与微控制器CC2530芯片电连接，平行板电容式传感器与有源低通滤波器电连接，有源低通滤波器与微控制器CC2530芯片电连接，微控制器CC2530芯片片内集成了模数转换器、IEEE802.15.4、ZIGBEE、无线射频通信接口以及51单片机内核。
利用平行板电容式传感器提取工频电场强度信号，将该电场强度信号转化为模拟电压信号，平行板电容式传感器的介电常数为，其中为真空介电常数，则该平行板电容式传感器的固有电容大小为，当工频电场强度为，则通过该平行板电容式传感器测得的工频电场强度转化成模拟电压信号。该电压信号非常微弱，由于平行板电容式传感器处于强电磁场干扰的环境中，为了将该微弱的电压信号从强电磁场干扰的环境中提取出来，需要将该电压信号通过有源低通滤波器进行滤波和放大处理，经过有源低通滤波器处理后传输给主控制器模块，主控制器模块中的微控制器CC2530芯片利用其片内的模数转换器将通过信号调理模块进行滤波和放大处理后的模拟电压信号转换成数字信号。该CC2530芯片利用其内部的ZIGBEE，将分布在变电站或高压或超高压电网旁的工频电场测量装置组成无线传感器网络的端节点和中心节点，同时该CC2530芯片支持最新的ZIGBEE协议ZIGBEE 2007/PRO，保证了无线组网时的互操作性。该CC2530芯片将采集到的多个转换成数字信号的模拟电压信号汇聚到无线传感器网络发送给管理中心，完成对变电站或高压或超高压电网旁的工频电场的测量，实现对其工频电场强度的实时数据采集。
Claims (5)
1.一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置，其特征在于，该装置包括用于提取工频电场强度的平行板电容式传感器、用于将提取的工频电场强度信号进行滤波和放大的信号调理模块、人机接口模块以及主控制器模块；其中，所述主控制器模块包括微控制器CC2530芯片，该芯片片内集成了模数转换器、IEEE802.15.4、ZIGBEE、无线射频通信接口以及51单片机内核，所述人机接口模块与微控制器CC2530芯片电连接，所述平行板电容式传感器与信号调理模块电连接，所述信号调理模块与所述微控制器CC2530芯片电连接。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的工频电场测量装置，其特征在于，所述平行板电容式传感器长度为50mm，宽度为40mm，高度为10mm，该平行板电容式传感器内部填充介质为环氧树脂。
3.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的工频电场测量装置，其特征在于，所述信号调整模块为有源低通滤波器，该滤波器为两个二阶压控电压源滤波器级联构造而成。
4.根据权利要求2或3所述的基于无线传感器网络的工频电场测量装置，其特征在于，所述主控制器模块还包括LCD液晶显示器，所述LCD液晶显示器与所述微控制器CC2530芯片电连接。
5.根据权利要求4所述的基于无线传感器网络的工频电场测量装置，其特征在于，还包括壳体，该壳体上设置有用于放置LCD液晶显示器的窗口和与人机接口模块相匹配的控制按键。
Priority Applications (1)
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| CN201520000945.3U CN204374307U (zh) | 2015-01-04 | 2015-01-04 | 一种基于无线传感器网络的工频电场测量装置 |
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| CN (1) | CN204374307U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106443204A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-22 | 深圳供电局有限公司 | 一种手持式工频电磁辐射监测仪 |
| CN110988503A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-10 | 南京弘毅电气自动化有限公司 | 一种配电线路工频电场无线测量装置以及测量修正方法 |
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2015
- 2015-01-04 CN CN201520000945.3U patent/CN204374307U/zh not_active Expired - Fee Related
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