专利名称：具有方向判别功能的电子感应式验电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子感应式验电器，尤其涉及一种具有方向判别功能的电子感应式验电器，用于非接触方式检验交流电，属于电学中电工测量电子电路
背景技术：
验电器，在低压电工领域称为“电笔”。常规的验电器都是要将验电器的一个金属电极与被测试物体的金属电极直接接触才可以完成验电过程。如果被测试物体没有暴露的金属电极就无法进行验电。而这样的情况还是很多的，例如，绝缘导线，高压开关柜，GIS(气体绝缘系统)电器等。工程实际中往往需要解决无法直接接触的验电问题，如接触绝缘导线的绝缘外皮进行验电，在高压开关柜玻璃观察窗外验电，在GIS的绝缘盆边缘验电等，目前没有此类相关技术文件报道。

发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足及实际需要，提供一种具有方向判别功能的电子感应式验电器，可以实现对有绝缘外皮的被测物体进行验电，解决无法对被测物体直接接触的验电问题。
带有交流电的物体附近存在一个与物体电位有关的交流电场。该交流电场的分布是带电体金属表面电位值最大，随离开带电体，空间电位值也就逐渐减小，直到到达地电位时电位值为零。它们之间是非线性关系，在带电体附近一个小区域电位值较大，且电位值变化很大，在稍远的区域以外，电位值就很小，且变化也非常缓慢。本发明就是利用这个电场分布的特点设计电子感应式验电器，进行带电体的感应验电。
本发明的验电器根据带电物体周围空间电场分布原理设计。具有方向判别功能的电子感应式验电器有两个电极，一个是与电子电路的输入端连接的感应电极(天线)，另一个是与电子电路的公共端连接的接地极(地端)。在空间位置上，感应电极在前，接近带电体，接地极在后，握在使用者手中。当验电器处于带电体产生的电场时，感应电极就处于较高电位，而接地极就处于低电位。由两个电极之间的电位差就会在电子电路中产生感应电流，在验电器向带电体运动时，感应电流会由于空间电位的变化而变化，发出声光预警信号或继而发出报警信号，由此可判别感应验电器的运动方向，判别验电器是否对着带电体运动。
本发明验电器的电子电路主要包括I-V电流电压变换器，V-F电压频率变换器，电压比较器和声光显示器四部分。V-F变换器与电压比较器并联连接在I-V变换器与声光显示器之间。I-V变换器的输入端与感应电极(天线)的金属片连接，I-V变换器的输出分别与V-F变换器、电压比较器相连，V-F变换器与电压比较器的输出与声光显示器相连，声光显示器为输出指示。
本发明采用一个运算放大器构成I-V变换器，采用一个运算放大器和SCR可控硅构成电压比较器，331 V-F变换电路构成V-F变换器，555时基电路、发光二极管与蜂鸣器构成声光显示器。
感应电极(天线)的感应电流进入I-V变换器转换为相应比例电压信号，该电压信号分为两路，一路进入V-F变换器改变输出频率，导致声光信号频率的升高，另一路进入运放与可控硅构成的电压比较器，经进一步放大后，导通可控硅，使声光显示电路输出连续声光信号，即为正式报警信号。而在这之前的升调声光信号是预警信号，表明验电器正在接近带电体。
当验电器处于带电物体附近时，验电器的感应电极(天线)就会感应出与所处位置的空间电位值相应的交流电流，这个电流进入I-V变换器后输出一个相关的电压。该电压进入V-F变换器将会输出一个与电压值有关的频率的脉冲信号去触发声光显示器。该电压进入电压比较器与预设电压进行比较。如达到预设电压则电压比较器输出高电平去控制声光显示器使声光显示器发出持续的红光和蜂鸣声。否则就输出低电平不改变声光显示器的状态。
在无电状态时，无感应交流电流输入，I-V变换器仅输出一个很低的失调电压，该电压通过V-F变换器输出一个极低频率的脉冲信号触发声光显示器，使声光显示器发出极低频率断续的红光和蜂鸣声。随着验电器向带电对象靠近，验电器的感应电流渐渐增大，电流-电压变换器的输出电压也渐渐增大，V-F变换器输出的脉冲频率也渐渐提高。这样就使声光显示器发出断续的红光和蜂鸣声的频率也渐渐提高。验电器的使用者通过红光和蜂鸣声的频率渐渐提高可以判别自己手持的验电器是在接近带电物体。也就是说验电器运动的前方是带电体。
本发明的验电器可以根据不同的需要，通过不同的电极形状和位置的设置，不同的手持方式和调节电子电路的参数，设计成各种电压等级用的验电器，从民用的220V到电力传输的500kV，也可用于GIS电器和高压开关柜的验电。


图1为本发明的电子感应式验电器的原理框图。
图2为本发明的电子感应式验电器实施例的电路图。
图2中，运算放大器U1A构成I-V变换器；运算放大器U1B与Q2(SCR晶闸管、可控硅)构成电压比较器；U2(331 V-F变换电路)构成V-F变换器；U3(555时基电路)与发光二极管，蜂鸣器构成声光显示器。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明的电子感应式验电器的原理框图如图1所示，验电器主要包括I-V电流电压变换器，V-F电压频率变换器，电压比较器和声光显示器四部分。I-V变换器的输入端与感应电极(天线)的金属片连接，I-V变换器的输出分别与V-F变换器、电压比较器相连，V-F变换器与电压比较器的输出与声光显示器相连。具体电路组成如图2所示。
图2中，运算放大器U1A构成I-V变换器，运算放大器U1B与Q2(SCR晶闸管、可控硅)构成电压比较器；U2(331 V-F变换电路)构成V-F变换器，U3(555时基电路)与发光二极管、蜂鸣器构成声光显示器。感应电流通过J1输入I-V变换器，改变电阻R1数值就可调节灵敏度。由于单电源的原因，感应电流变换经I-V变换器变换后输出电压时已经是直流电压。该电压一路进入U1B与Q2构成的电压比较器，另一路进入U2构成的V-F变换器；改变输出频率，使U3与发光二极管，蜂鸣器构成的声光显示器的输出声光信号变调。当该电压足够大时，Q2导通，使声光显示器输出连续声光信号，此为正式报警信号。在这之前的升调声光信号为预警信号，用于指示验电器正在向带电体接近。
当验电器处于无电位置时，声光显示器发出极低频率断续的红光和蜂鸣声。当验电器处于带电位置时，即验电器处于被验电的带电对象附近时，声光显示器发出持续的红光和蜂鸣声。如被验电对象不带电则与处于无电位置时同状态。
当验电器从无电位置向被验电的带电对象运动期间，声光显示器发出的断续闪光和蜂鸣声将会有一个从低频率断续到高频率断续的变化过程，当到达验电位置，声光显示器发出持续的红光和蜂鸣声。
本发明可以设计成各种电压等级用的验电器。对于低压验电器，可将验电器设计成手持式，将天线面安置在验电器最前方的内面。手持验电器将天线面贴紧绝缘电线的绝缘外皮就可验证内部导线是否带220V的交流电。对于高压开关柜和GIS电器验电器，可以设计成手持式，调整验电器的灵敏度，手持验电器将天线面贴紧高压开关柜玻璃观察窗或GIS电器的绝缘盆就可验证内部高压导线是否带交流电和内部开关的状态。对高压导线验电可将验电器设计成圆柱形，将天线面安置在验电器最前方的内面，验电器的尾部与一根相应等级的绝缘杆相连接。调整灵敏度，增大声光报警的亮度和响度。手持绝缘杆将天线面贴紧高压绝缘电线的绝缘外皮即可验电。
权利要求
1.一种具有方向判别功能的电子感应式验电器，其特征在于包括I-V电流电压变换器，V-F电压频率变换器，电压比较器和声光显示器，I-V变换器的输入端与感应电极连接，I-V变换器的输出分别与V-F变换器、电压比较器相连，V-F变换器与电压比较器的输出与声光显示器相连，其中，运算放大器U1A构成I-V变换器，运算放大器U1B与可控硅Q2构成电压比较器，331V-F变换电路U2构成V-F变换器，555时基电路U3与发光二极管、蜂鸣器构成声光显示器。
全文摘要
本发明涉及一种具有方向判别功能的电子感应式验电器，根据带电物体周围空间电场分布原理设计。电子电路包括I－V电流电压变换器，V－F电压频率变换器，电压比较器和声光显示器，I－V变换器的输入端与感应电极连接，I－V变换器的输出分别与V－F变换器、电压比较器相连，V－F变换器与电压比较器的输出与声光显示器相连。在空间位置上，感应电极(天线)在前，接近带电体，与电子电路的公共端连接的接地极(地端)在后，握在使用者手中。在验电器向带电体运动时，感应电流会由于空间电位的变化而变化，发出声光预警信号或继而发出报警信号，由此可判别感应验电器的运动方向，判别验电器是否对着带电体运动。
文档编号G01R19/155GK1553199SQ200310122730
公开日2004年12月8日 申请日期2003年12月19日 优先权日2003年12月19日
发明者秦松林 申请人:上海交通大学