专利名称：非接触式超高压验电装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电カ系统中带电设备验电技术领域，尤其涉及一种基于超声波和电磁感应相结合的对带电设备进行验电检测的非接触式超高压验电装置。
背景技术：
高压电カ线路是国家经济的命脉，在实际运行的电カ系统中带电线路和带电设备无处不在，工作人员在进行线路及设备的检测前必须对带电体进行识别和定位，在确定线路不带电之后才能进行检修工作，从而保障人身安全及保证电カ系统的正常运行。验电器是用来检测电カ设备上是否存在电压的常用工具之一，目前国内外超高压带电体识别和定位技术按验电方式可以分为两大类ー类是接触式带电体识别和定位技木，另ー类是非接触式检带电体识别和定位技术。其中，接触式验电器在电カ系统中已有实际应用，且已有相关标准对接触式验电器的设计、制造机试验方法进行了规范；而非接触式验电器目前还处在研制和试验阶段。现有的接触式验电器主要有高压电容式验电器、火花间隙法验电器、分压电阻式验电器等。由于接触式验电器在验电操作时必须与高压设备直接接触，因此存在操作杆长，不便携帯，不易操作的缺点，特别在超高压线路和设备场合，安全距离远，绝缘要求高，在电压等级高而绝缘条件得不到保证的情况下，存在一定的安全隐患，容易影响人身安全，造成不必要的经济损失和人员伤亡；同时随着超高压、特高压输电技术的成熟，输电线路的电压等级越来越高,根据高压输电线路离地高度的规定,一般来说线路电压等级越高,线路安全距离要求就越高，一般的验电杆的长度和挠度难以满足要求，给接触式验电器的操作带来了不便。鉴于接触式验电器的以上不足，非接触式验电器受到了广泛的关注，现有的非接触式带电体识别和定位技术主要是利用电磁感应的方法，对高压エ频电场信号強度进行测量，通过电磁理论计算结果，从而检测带电体的电压和带电识别。如专利号为200720125147. 9的中国实用新型专利、专利号为201020170413. I的中国实用新型专利以及专利号为201120035590. 3的中国实用新型专利所公开的几种特高压验电设备，主要包括紫外传感器电路、光电隔离电路、微处理器、温湿度采集电路、触控控制电路、微处理器的输出端相连的指示电路、与微处理器相连的存储器扩展电路以及分别与紫外传感器电路、光电隔离电路、微处理器、温湿度采集电路、触控控制电路相连的电源电路；紫外传感器电路通过光电隔离电路与微处理器的输入端相连，温湿度采集电路的输出端、触控控制电路的输出端与微处理器的输入端相连。由紫外传感电路获取有效距离内的高压系统的放电信号，传输至处理器进行信号处理，再通过处理器统计放电脉冲数值对电气设备进行验电检測。上述几种非接触式验电器虽然可以有效避免人身安全事故，保证电カ系统安全生产，但是普遍存在验电结果重复性不好、可靠性不高、方向性差的缺点，很难现场准确判断哪ー相线路或设备带电，无法有效实现准确定位。

发明内容
本发明的目的是提供ー种方向性好、灵敏度高，能够准确定位带电线路或设备的具体位置的非接触式超声波验电装置。为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案非接触式高压验电装置，包括超声波接收单元、电磁信号接收单元、金属屏蔽壳体及设置于所述屏蔽壳体内的主控电路板；超声波接收单元包括超声波换能器和设置于屏蔽壳体前端的定向超声毫米波信号接收体，该定向超声毫米波信号接收体为非金属材料制成的抛物面形结构，超声波换能器通过安装支架安装在定向超声毫米波信号接收体的焦点位置，超声波换能器与主控电路板电连接；电磁信号接收单元包括偶数个设置于定向超声 毫米波信号接收体上、且靠近定向超声毫米波信号接收体边缘沿圆周对称分布的电磁信号接收天线，电磁信号接收单元与主控电路板电连接；主控电路板设置有与超声波接收单元相连的超声波信号处理模块、与电磁信号接收单元相连的多通道电磁信号处理模块、数据显示模块、音频输出模块以及分别与超声波信号处理模块、电磁信号处理模块、数据显示模块和音频输出模块相连的处理芯片；处理芯片对接收自超声波信号处理模块的超声波信号和接收自多通道电磁信号处理模块的电磁信号进行采样转换后进行数字窄带滤波处理及数字信号特征提取和判断，并对电磁信号进行对称通道差分处理及定位运算，将处理结果传送至数据显示模块和音频输出模块输出。本发明的超声波信号处理模块包括依次相连的超声波滤波电路、超声波放大电路、超声波变频解调电路及超声波包络检波电路，用于将接收到的超声波信号进行滤波、放大、变频解调及检波处理。本发明的多通道电磁信号处理模块包括与所述电磁信号接收天线对应相连的电磁波滤波电路以及电磁波放大和检波电路，用于将接收到的电磁波信号进行滤波、放大及检波处理。本发明的音频输出模块包括依次相连的D/A转换模块和驱动放大电路。本发明的电磁信号接收天线为双层PBC结构。本发明在所述屏蔽壳体顶部设置有光学瞄准器。本发明在所述定向超声毫米波信号接收体上加工有观测孔，所述观测孔位于所述光学瞄准器的水平光轴上。本发明采用超声波与电磁信号检测相结合的方式，对超高压线路电晕放电辐射的超声波信号和电磁辐射信号进行定向接收，对接收的超声波信号进行包络检波处理并在后端芯片处理过程中对检波后的包络信号进行エ频信号频率特征提取，通过显示和监听エ频信号图像及声音来判断带电设备的带电情况，避免了传统超声波检测方法中直接对接收的超声波信号进行采样和监听而可能造成的误判，从而提高了验电的准确性；同时采用多路电磁信号接收天线组成的接收单元，将接收到的多路信号进行差分处理，对待测设备水平及垂直的位置进行定位，从而实现高压带电设备的验电检测，准确定位具体带电的某个单相线路。本发明充分利用了超声波检测方向性好、抗电磁干扰能力强以及电磁信号的灵敏度高的特点，采用非接触的方式进行检测，可以远距离进行操作，能确保操作者的安全。


图I为本发明实施例I的结构示意图；图2为图I的侧视图；图3为本发明的电路原理框图；图4为本发明验电检测示意图；图5为本发明实施例3的示意图；图6为本发明实施例4的示意图。下面结合附图和各实施例对本发明进ー步详细说明。
具体实施例方式实施例I如图I所示，本实施例的超高压验电装置包括超声波接收单元I、电磁信号接收单元2、屏蔽壳体3、手柄4以及光学瞄准器5。其中，超声波接收单元I包括超声波换能器la、定向超声毫米波信号接收体Ib以及安装支架lc。屏蔽壳体3为金属圆筒形中空结构，屏蔽壳体3内设置有主控电路板，屏蔽壳体3可以对电磁信号进行屏蔽。超声波接收单元I设置于屏蔽壳体3的前部，手柄4设置于屏蔽壳体3的后部，以方便操作人员手持。定向超声毫米波信号接收体Ib固定安装在屏蔽壳体3前端，本发明的定向超声毫米波信号接收体Ib由非金属材料制成，如有机玻璃、硬质塑料等，定向超声毫米波信号接收体Ib呈抛物面形状。超声波换能器Ia通过安装支架Ic安装在定向超声毫米波信号接收体Ib的焦点位置上，超声波换能器Ia与安装于屏蔽壳体3内的主控电路板电连接。本发明的超声毫米波信号接收体Ib采用抛物面形状，可以将到达其反射面的超声毫米波信号反射聚焦到超声波换能器Ia上，增强超声波换能器Ia接收到的信号強度，从而增加超声波信号的检测灵敏度。同时參照图2，本发明的电磁信号接收单元2由偶数个矩形的电磁信号接收天线组成，本实施例的电磁信号接收天线为单面覆铜的PCB板，PCB板可采用玻璃纤维板制成。本实施例中在定向超声毫米波信号接收体Ib上靠近其边缘位置设置了 4片沿圆周对称分布的电磁信号接收天线，由于本发明的定向超声毫米波信号接收体Ib为非金属材料制成，因此电磁信号接收单元2可直接设置于定向超声毫米波信号接收体Ib的内侧壁或外侧壁上，本实施例中电磁信号接收天线安装于定向超声毫米波信号接收体Ib的内侧壁。电磁信号接收单元2与主控电路板电连接。将电磁信号接收天线采用上下左右対称的布置方式，从而利用电磁信号实现带电体的检测定位。作为优选的实施例，在屏蔽壳体3顶部设置有光学瞄准器5，在定向超声毫米波信号接收体Ib上加工有观测孔a，观测孔a位于光学瞄准器5的水平光轴上。采用光学瞄准装置，通过光辅助定位，验电检测时操作人员可在安全距离范围内更为准确地定位带电体，避免与高压设备相接触，安全性高。此外，当定向超声毫米波信号接收体Ib采用透明的非金属材料制成时，在定向超声毫米波信号接收体Ib上则无须设置观测孔a，光学瞄准器5可以直接透过定向超声毫米波信号接收体Ib进行观测定位。如图3所示，本发明的主控电路板上设置有超声波信号处理模块A、多通道电磁信号处理模块B、处理芯片C、数据显示模块D及音频输出模块E，处理芯片C分别与超声波信号处理模块A、多通道电磁信号处理模块B、数据显示模块D及音频输出模块E相连，本实施例中处理芯片C的型号为C8051F021。超声波信号处理模块A包括依次连接的超声波滤波电路、超声波放大电路、超声波变频解调电路及超声波包络检波电路，超声波换能器Ia接收到超声毫米波信号后，将信号送入超声波信号处理模块A中，由超声波信号处理模块A对超声毫米波信号滤波放大后进行变频解调及包络检波处理，然后传送至处理芯片C。多通道电磁信号处理模块B包括电磁波滤波电路和电磁波放大与检波电路，本发明设置有多个电磁信号接收天线，每一电磁信号接收天线单独与一路电磁波滤波电路及电磁波放大与检波电路相连，多通道电磁信号处理模块B将来自多路电磁信号接收天线的电磁波信号进行滤波、放大及检波处理，然后传送至处理芯片C。本发明的电磁信号采用多路电磁信号接收天线接收，可以实现带电高压设备的准确定位。处理芯片C对接收到的超声波信号和电磁信号进行A/D采样转换，提取验电信号的有效信息，并对多路电磁信号进行差分处理定位运算。处理芯片C将处理结果传送至数据显示模块D，通过数据显示模块D显示，本实施例的数据显示模块的型号为DMlOOX ;同时处理结果还通过音频输出模块E输出，本实施例的音频输出模块E包括依次连接的D/A转换模块和驱动放大电路，处理结果通过D/A转换与后端放大后形成音频输出。
本发明的超声波带电体识别和定位技术的基本原理为检测高压线路或设备是否带电通过检测高压线路上的电晕放电时产生的超声波信号和带电时的电磁辐射信号来进行，首先超声波接收单元和由多路电磁信号接收天线组成的电磁信号接收单元分别接收超声波信号和电磁信号，然后将接收到的信号传送给各自的信号处理模块，对应的信号处理模块首先对超声波信号和电磁信号都分别进行滤波处理，然后对超声波信号进行放大、变频解调及包络检波处理，对电磁信号进行放大检波处理，处理后的超声波信号和电磁信号一起传送至处理芯片；处理芯片内部的A/D转换模块对超声波信号和电磁信号进行米样转换成数字信号，然后对转换后的超声波信号和电磁信号进行数字窄带滤波处理，以增强验电装置的抗干扰性能，保证验电的准确性；然后采用数字信号处理技术分别对数字超声波信号和电磁信号进行工频特征频率提取，判断信号是否为带电体产生的超声信号与电磁信号，同时对多通道电磁信号进行对称通道差分处理，判断定向超声毫米波信号接收体是否对准被测试的带电体，从而确定待测设备带电情况以及水平和垂直方向；然后将处理结果分别通过图像和音频输出，得到带电体识别和定位结果。本发明结合不同性质、不同形式信号，实现高压线路与设备验电的准确定位。如图4所示，在实际检测中，将验电装置对准需要检测的超高压电力线路或设备，利用耳机和显示器来监听、观察是否有高压产生的电晕的放电与电磁信号，当显示信号为工频特征信号同时监听的电晕检波信号也为工频特征声音时，则说明线路带电；移动验电装置到声音最大并且观察到指示信号最强的线路则为检测的线路；此外，当本发明结合光学瞄准装置，透过观测孔可以更为准确确定检测的相应线路。这一方法充分结合了超声毫米波检测器的强方向性和电磁信号检测的高灵敏度，设计了方向性好，灵敏度高的验电器，能够准确定位带电线路的具体位置。实施例2本实施例与实施例I不同的地方在于本实施例的电磁信号接收单元中的电磁信号接收天线为在PCB板的两面覆铜的双层结构。采用双层结构的接收天线更利于空间接收信号的稳定，将接收天线接收的电磁信号再通过多通道进行差分式处理与比较，从而实现对接收信号水平和垂直方向的定位。
实施例3如图5所示，本实施例与实施例I不同的地方在于本实施例的电磁信号接收单元2包括了 2片设置于在定向超声毫米波信号接收体Ib上边缘位置的沿圆周对称分布的电磁信号接收天线，该电磁信号接收天线的形状为圆形片状。实施例4如图6所示，本实施例与实施例I不同的地方在于本实施例的电磁信号接收单元2包括了 8片间隔 设置于在定向超声毫米波信号接收体Ib上边缘位置的沿圆周对称分布的电磁信号接收天线。本发明可用于交流50Hz额定电压为220KV — 1000KV的供电线路、高压设备以及高压试验装置等带电体电压的检测、显示、报警等，与现有高压验电器相比具有以下优点可以在电气安全距离外非接触测试被测物是否带电，方向性好，鉴别度高，避免与高压设备相接触，安全性高。采用定向超声波换能器与多路电磁信号接收单元，通过超声波通道和电磁多通道对信号进行滤波与信号特征提取滤除干扰、提取验电信号的有效信息、实现多路信号定位运算、差分处理与比较，实现待测电路或设备水平和垂直方向的准确定位。定向超声毫米波信号接收体采用非金属材料，重量轻，便于携带。结构设计便于操作，把手设计人性化，方便使用和携带。操作可以在地面进行，大大减轻高压线路检修的劳动强度，省工省力，提高电力检修的工作效率。
权利要求
1.非接触式高压验电装置，包括超声波接收单元、电磁信号接收单元、金属的屏蔽壳体及设置于所述屏蔽壳体内的主控电路板；其特征在于 所述超声波接收单元包括超声波换能器和设置于所述屏蔽壳体前端的定向超声毫米波信号接收体，所述定向超声毫米波信号接收体为非金属材料制成的抛物面形结构，所述超声波换能器通过安装支架安装在所述定向超声毫米波信号接收体的焦点位置，所述超声波换能器与所述主控电路板电连接； 所述电磁信号接收单元包括偶数个间隔设置于所述定向超声毫米波信号接收体上、且靠近所述定向超声毫米波信号接收体边缘并沿圆周对称分布的电磁信号接收天线，所述电磁信号接收单元与所述主控电路板电连接； 所述主控电路板设置有与超声波接收单元相连的超声波信号处理模块、与电磁信号接收单元相连的多通道电磁信号处理模块、数据显示模块、音频输出模块以及分别与所述超声波信号处理模块、多通道电磁信号处理模块、数据显示模块和音频输出模块相连的处理芯片；所述处理芯片对接收自超声波信号处理模块的超声波信号和接收自多通道电磁信号处理模块的电磁信号进行采样转换后进行数字窄带滤波处理及数字信号特征提取和判断，并对电磁信号进行对称通道差分处理及定位运算，将处理结果传送至数据显示模块和音频输出模块输出。
2.根据权利要求I所述的非接触式高压验电装置，其特征在于所述超声波信号处理模块包括依次连接的超声波滤波电路、超声波放大电路、超声波变频解调电路及超声波包络检波电路，用于将接收到的超声波信号进行滤波、放大、变频解调及包络检波处理。
3.根据权利要求I所述的非接触式高压验电装置，其特征在于所述多通道电磁信号处理模块包括与所述电磁信号接收天线对应相连的电磁波滤波电路以及电磁波放大和检波电路，用于将接收到的电磁波信号进行滤波、放大及检波处理。
4.根据权利要求I所述的非接触式高压验电装置，其特征在于所述音频输出模块包括依次连接的D/A转换模块和驱动放大电路。
5.根据权利要求I所述的非接触式高压验电装置，其特征在于所述电磁信号接收天线为双层PCB结构。
6.根据权利要求I所述的非接触式高压验电装置，其特征在于在所述屏蔽壳体顶部设置有光学瞄准器。
7.根据权利要求6所述的非接触式高压验电装置，其特征在于在所述定向超声毫米波信号接收体上加工有观测孔，所述观测孔位于所述光学瞄准器的水平光轴上。
全文摘要
非接触式高压验电装置，包括超声波接收单元、电磁信号接收单元、屏蔽壳体及主控电路板；超声波接收单元包括超声波换能器和定向超声毫米波信号接收体，定向超声毫米波信号接收体为非金属抛物面形结构，超声波换能器通过安装支架安装在定向超声毫米波信号接收体的焦点位置并与主控电路板电连接；电磁信号接收单元包括偶数个设置于定向超声毫米波信号接收体上且靠近定向超声毫米波信号接收体边缘沿圆周对称分布的电磁信号接收天线并与主控电路板电连接；主控电路板设置有超声波信号处理模块、多通道电磁信号处理模块、数据显示模块、音频输出模块以及处理芯片。本发明结合不同性质、不同形式信号，实现高压设备验电的定位，方向性好、灵敏度高。
文档编号G01R19/155GK102645573SQ20121014637
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者付咪, 白丽娜, 郭宏福, 郭晋西 申请人:西安电子科技大学