专利名称：基于磁场传感器的高压线施工安全监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于高压线路施工的动态监控技术领域，具体涉及用于在电力线路施工现场通过施工工程车与高压线距离检测来保障施工现场高压线路的安全的高压线路施工的动态监控系统。
背景技术：
本实用新型的目标是实现对电力线路施工场地的安全监控和管理。目前由于缺乏有效的安全监控和管理，电力公司的施工经常会发生施工机械误触高压线的事故。在带电作业的情况下，施工机械接近高压线就可能导致高压放电从而造成施工人员触电事故。因此当施工队在高压线附近作业时，出于安全保障的考虑，高压线必须断电，同时必须有安全保障人员现场监控，这样既造成巨大的能源和人力浪费，又为输电和生产生活带来不便。为了在高压线路进行正常电力传输期间进行安全施工，避免施工机械误触高压线，必须进行有效的安全监控，在施工机械接近高压线时直接对操作人员发出警报。目前市场上使用的报警器普遍采用的方法是通过传感器检测所在位置的电场强度来确定传感节点到高压线的距离，如专利公开号为CN86102149、CN87209558、CN200810236014. 8、 CN200820033513. 2的专利。然而，电场强度是由高压线位置、地面位置、电线杆位置和形状等多个物理量决定的一个复杂参数，这种利用电场强度来计算传感器与高压线距离的测量方法误差很大。除了这些通过电场强度测距的近电报警器之外，也有一些公司利用安装摄像头进行视频监控的方法来进行施工现场监控。然而通过视频的图像处理来实现施工机械到高压线的距离目前技术尚未成熟，简单的入侵追踪算法无法精确测定施工机械与高压线的距离。总的来说，以上两种方法漏报和误报率都比较高，不符合安全生产高效施工的要求。
发明内容为了在高压线路进行正常电力传输期间进行安全施工，解决现有报警技术存在的漏报和误报率高的问题，本实用新型提供一种基于磁场传感器的高压线施工安全监测系统。实现上述目的的技术解决方案如下基于磁场传感器的高压线施工安全监测系统，该系统的模块分别设于高压线杆和用于施工的施工机械上。该系统包括一个以上的监控传感器模块、一个参考传感器模块和监测报警模块；一个以上的监控传感器模块分别设于施工机械的上部突出部位，监测报警模块设于施工机械上；一个参考传感器模块设于高压线杆上；所述监控传感器模块和参考传感器模块结构相同，均包括三轴磁场传感器、模拟信号处理器、数字信号处理器和无线通信模块；三轴磁场传感器通过对高压线周围感应磁场的测量来监控该传感器与高压线的距离，将接收的磁场信号经模拟信号处理器的放大、 整流、滤波处理后，再经过数字信号处理器的模数转换和三分量叠加，计算得到的交流磁场幅值的数字信号输出至无线发射模块；所述监测报警模块包括无线接收模块、距离计算模块、危险判断模块和声光报警装置；无线发射模块发出的信号经过无线传感网络由无线接收模块接收，传输至距离计算模块，距离计算模块上设有一个人工输入端口用于设定高压线等级及当前参考节点与高压线距离，并通过比较监控传感器和参考传感器的信号，按照相应比例因子计算出各监控传感器与高压线的绝对距离；危险判断模块将来自距离计算模块的各个信号和当前施工场地所在的高压线的额定安全距离进行比较，如果任何一个监控传感器模块与高压线的距离小于安全距离，则危险判断模块输出一个触发信号触发声光报警装置报警。所述参考传感器模块安装在距高压线6-10米处的高压线杆上。本实用新型是基于磁传感器和相对灵敏度因子方法精确测量施工机械与高压线距离的系统。具有精度高、可靠性高、成本低等优点。

图1为本实用新型安装示意图。图2为监控传感器模块或参考传感器模块框图。图3为监测报警框图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。参见图1，基于磁场传感器的高压线施工安全监测系统包括一个以上的监控传感器模块2、一个参考传感器模块3、监测和监测报警模块4。两个监控传感器模块加和监控传感器模块2b分别安装于施工机械6的最高端处，监测报警模块4安装于施工机械6的操作室内。一个参考传感器模块3安装于高压线杆1上；参考传感器模块3安装在距高压线 6-10米处。监控传感器模块2和参考传感器模块3结构相同，均包括三轴磁场传感器8、模拟信号处理器9、数字信号处理器10和无线通信模块11 ；三轴磁场传感器8通过对高压线周围感应磁场的测量来监控该传感器与高压线的距离，将接收的磁场信号经模拟信号处理器 9的放大、整流、滤波处理后，再经过数字信号处理器10的模数转换和三分量叠加，计算得到的交流磁场幅值的数字信号输出至无线发射模块11。监测报警模块4包括无线接收模块12、距离计算模块13、危险判断模块14和声光报警装置15。无线发射模块11发出的信号经过无线传感网络5由无线接收模块12接收， 传输至距离计算模块13，距离计算模块13上设有一个人工输入端口用于设定高压线等级及当前参考节点与高压线距离，并通过比较监控传感器和参考传感器的信号，按照相应比例因子计算出各监控传感器与高压线的绝对距离；危险判断模块14将来自距离计算模块 13的各个信号和当前施工场地所在的高压线的额定安全距离进行比较，如果任何一个监控传感器模块与高压线的距离小于安全距离，则危险判断模块14输出一个触发信号触发声光报警装置15报警。具体工作原理如下根据毕奥一萨伐尔定律，电流为I的无限长直导线在离该导线距离为d的位置产生的磁场大小为i =A//^vA其中A为空气中的磁导率。高压线可以近似模拟为一个无限长直导线，各根相线之间距离比较大，当施工机械靠近其中一根相线的时候其他相线的影响较小，实际应用中可以近似忽略。因此毕奥一萨伐尔定律可以应用于高压线中。由于高压线中I是一个频率为50赫兹的交变电流，因此产生的磁场也是一个频率为50赫兹的交变磁场。当我们测定了高压线附近某个点的磁场变化的幅度(利用监控传感器模块2) 和高压线中的电流变化的幅度，那么，可以根据毕奥一萨伐尔定律直接计算出该点到高压线的距离。考虑到高压线中的电流幅度并不是一个稳定的值，因此我们采用了一个固定安装在电线杆上并且到高压线距离已知为必的参考传感器模块3，通过相对灵敏度因子的测量方法来消除电流波动带来的影响。相对灵敏度因子测量方法如下参考传感器模块3测得的磁场强度为召，距离为4，那么= A/ / 4π、。而某个监控传感器模块2测得的磁场强度为5 .，那么=μ0ι / 為，将两个传感器模块测得的值相比较可得到该监控传感器与高压线的距离为Cli = dfid0/Bdi(公式一)监控传感器模块2和参考传感器模块3的电路和结构是完全一样的，如图2所示。 磁场强度的测量是通过一个三轴磁传感器8实现。因为高压线产生的磁场具有恒定的方向，而安装有传感器的施工机械则是自由转动的，只有测量磁场所有的三个分量，才能精确
得到磁场的变化幅度。三轴磁传感器能同时测量得到所在位置交流磁场的三个分量足、By 和.民。将三轴磁传感器测到的三个50赫兹正弦磁场强度模拟信号通过一个放大、整流和滤
波功能的模拟信号处理模块9转换成三个直流的模拟信号I、晃和晃，信号大小正比于各个分量的交流磁场的幅度。然后将滤波后的直流电压信号输入到数字信号处理模块10中分别进行模数转换，并且进行三分量叠加计算，将计算得到的数字信号Ba = ^ + + B^
输出至无线发射模块。该信号通过无线网络传输至安装在施工机械操作室的报警模块4。监测报警模块如图3所示，其中无线接收模块12利用无线网络接收到所有监控传感器模块和参考传感器模块的磁场强度数字信号5Λ、5&···，并将它们传输至距离计算模块13。距离计算模块13有一个人工输入端口，可将施工现场实际测量的参考传感器模块到高压线的距离d0手工输入，根据接收到的各个信号和设定的d0,由公式一可计算得到各个监控传感器与高压线的距离為。危险判断模块14将来自距离计算模块13的各个信号和当前施工场地所在的高压线的额定安全距离ds进行比较，如果任何一个监控传感器模块与高压线的距离為小于之，则危险判断模块输出一个触发信号触发声光报警装置15对施工机械内操作人员进行报警。高压线的安全距离^通常电力系统有明确规定，比如11万伏的高压线安全距离是5米，22万伏是6米，33万伏是7米等。在施工现场可以根据当地高压线的电压将对应的安全距离通过手工输入到危险判断模块14中。
权利要求1.基于磁场传感器的高压线施工安全监测系统，所述系统的模块分别设于高压线杆和用于施工的施工机械上，其特征在于所述系统包括一个以上的监控传感器模块、一个参考传感器模块和监测报警模块；一个以上的监控传感器模块分别设于施工机械的上部突出部位，监测报警模块设于施工机械上；一个参考传感器模块设于高压线杆上；所述监控传感器模块和参考传感器模块结构相同，均包括三轴磁场传感器、模拟信号处理器、数字信号处理器和无线通信模块；三轴磁场传感器通过对高压线周围感应磁场的测量来监控该传感器与高压线的距离，将接收的磁场信号经模拟信号处理器的放大、整流、 滤波处理后，再经过数字信号处理器的模数转换和三分量叠加，计算得到的交流磁场幅值的数字信号输出至无线发射模块；所述监测报警模块包括无线接收模块、距离计算模块、危险判断模块和声光报警装置； 无线发射模块发出的信号经过无线传感网络由无线接收模块接收，传输至距离计算模块， 距离计算模块上设有一个人工输入端口用于设定高压线等级及当前参考节点与高压线距离，并通过比较监控传感器和参考传感器的信号，按照相应比例因子计算出各监控传感器与高压线的绝对距离；危险判断模块将来自距离计算模块的各个信号和当前施工场地所在的高压线的额定安全距离进行比较，如果任何一个监控传感器模块与高压线的距离小于安全距离，则危险判断模块输出一个触发信号触发声光报警装置报警。
2.根据权利要求1所述的基于磁场传感器的高压线施工安全监测系统，其特征在于 所述参考传感器模块安装在距高压线6-10米处的高压线杆上。
专利摘要本实用新型涉及基于磁场传感器的高压线施工安全监测系统。该系统包括监控传感器模块、参考传感器模块和监测报警模块；监控传感器模块设于施工机械的最高端位子处，报警模块设于施工机械上；参考传感器模块设于高压线杆上；监控传感器模块或参考传感器模块的三轴磁场传感器接收的信号经模拟信号处理器和数字信号处理器处理后输出至无线发射模块发出；经过无线传感网络由监测报警模块的无线接收模块接收，传输至距离计算模块和危险判断模块，将来自距离计算模块的各个信号和当前施工场地所在的高压线的额定安全距离进行比较，如果任何一个监控传感器模块与高压线的距离小于安全距离，则危险判断模块输出一个触发信号触发声光报警装置报警。
文档编号G01C5/00GK202024755SQ201120045279
公开日2011年11月2日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者万媛, 李臻, 王程, 金东勇 申请人:中国电子科技集团公司第三十八研究所