本發(fā)明是關于一種電場檢測電路，尤其是一種電動工具上檢測環(huán)境中高壓源的距離遠近的檢測電路。

背景技術：

在電動工具使用的場合，特別是在隱蔽裝有家用交流電線的場合中，使用者的工作不同程度的存在觸電危險?，F(xiàn)有電動工具無法判別在電源面板、電線中是否存在高壓交流電，工具使用者在可能存在高壓電風險的情況下直接使用電動工具，加大了觸電危險。

現(xiàn)有的測電筆等測電裝置為單獨的工具，并非安裝在工作所使用的工具上，對使用者來說，需要攜帶和操作多個工具，使用不方便。而且一般的非接觸式測電裝置只能簡單的判斷是否帶電，不能判斷測電裝置與帶電體的距離。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種新的直流電動工具的非接觸電場檢測電路，包含用于偵測帶電體的電場信號的探測頭，用于優(yōu)化探測頭偵測到的電場信號的高精度信號接收轉換電路，用于根據(jù)所述高精度信號接收轉換電路優(yōu)化后的信號，計算探測頭到環(huán)境中高壓交流電的距離的信號采集和處理電路，以及根據(jù)信號采集和處理電路給出的距離進行聲光告警的聲光告警電路，該高精度信號接收轉換電路包含阻抗匹配電路，回差比較器電路，以及反相器。該阻抗匹配電路包含一個電阻和一個電容串聯(lián)連接，回差比較器電路包含一個反向滯回比較器，反相器為反相放大器。該高精度信號接收和轉換電路，優(yōu)化后的電場信號為一矩形波信號，信號采集和處理電路根據(jù)接收到矩形波信號的占空比和/或高電平絕對值計算距離。探測頭到高壓交流電的距離與占空比呈反比，與高電平絕對值呈反比。

附圖說明

圖1為非接觸電場檢測電路的電路模塊圖。

圖2為高精度信號接收轉換電路的電路模塊圖。

圖3為回差比較器電路處理波形圖。

圖4為信號采集與軟件處理電路流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的特征及所達成的功效有進一步的了解與認識，使用較佳的實施例及與其配合的說明。說明如下：

如圖1為本發(fā)明的非接觸電場檢測電路的電路模塊圖。該被測體1為環(huán)境中的交流高壓電，例如電源面板，電線，等電源載體。探測頭2位于直流電動工具上，可以安裝于直流電動工具的工作頭位置，也可安裝于直流電動工具的機身側邊，用于偵測被測體1的電場信號。本發(fā)明中所采集的信號來源于家用的高壓交流電，即50/60Hz的正弦波電場。探測頭2為特殊金屬材料制成的交叉網狀接收天線，能靈敏地接收被測體1輻射出的微弱正弦波電場。高精度信號接收轉換電路3和信號采集與軟件處理電路4，以及聲光告警電路5集成于直流電動工具11內部的電路板上，其中聲光告警電路5包含一LED燈，以及一蜂鳴器。該LED燈和蜂鳴器位于直流電動工具的表面，使用者容易觀察到的位置。高精度信號接收轉換電路3接收探測頭2接收到的微弱正弦波電場信號，將其進行處理，解決微弱信號的易畸變性后，將得到的方波信號傳遞給信號采集與軟件處理電路4，具體的處理方式下文將詳細描述。信號采集與軟件處理電路4將得到的方波信號進行中斷實時采集、函數(shù)擬合計算信號占空比等技術手段來實現(xiàn)相對遠近的判別，將得到的探測頭2到環(huán)境中高壓交流電的距離信號傳遞給聲光告警電路5，聲光告警電路5通過LED燈的閃爍頻率提示距離的遠近。探測頭2到被測體1的距離越近，LED燈閃爍頻率越高，蜂鳴聲越急促，以告知使用者已經非?？拷涣鞲邏弘?，以防觸電。

下面詳細描述測頭2接收到的微弱正弦波電場信號是如何被處理，解決其微弱信號的易畸變性的。如圖2所示為高精度信號接收轉換電路的電路模塊圖。探測頭2檢測帶環(huán)境中的無線電波，采集到正弦波信號，并傳遞給高精度信號接收轉換電路3。高精度信號接收轉換電路3中的阻抗匹配電路31使后一級輸入阻抗等于前一級輸出阻抗，這時傳輸?shù)男适亲罡叩?，信號能最大功率的傳輸?shù)胶笠患?。這樣被采集的微弱信號傳輸阻抗降低，信號衰減減少，采集到的正弦波信號最大功率的被傳遞到回差比較器電路32?；夭畋容^器電路32中包含一個反向滯回比較器，比較電壓接反相端，參考電壓在同相端，輸出與輸入構成正反饋?；夭畋容^器電路32將接收到的正弦波信號轉換為方波信號?；夭畋容^器電路32的使用避免了接收到的微弱信號在比較點的震蕩，使轉換后的信號平穩(wěn)一致。反相器33接收回差比較器電路32輸出的方波信號，其中反相器33為一反相放大器，輸入端的極性和輸出端極性相反。反相器33加大了轉換后信號的能量值，即增加了微弱信號的驅動能力，確保信號在被采集時不發(fā)生畸變，輸出與輸入正弦波對應的方波信號。探測頭2探測到的微弱正弦波信號，經過高精度信號接收轉換電路32的一系列處理后，由正弦波變?yōu)榉讲?，且由于巧妙地把回差比較器與反向器結合起來，利用回差比較器在信號采集中防抖特性及反向器的隔離提升信號驅動能力，使信號平滑，穩(wěn)定，可被計算。

如圖3所示為回差比較器電路處理波形圖。以兩個不同幅值的電場信號為例，如g(x)＝6sion(x)與h(x)＝3sion(x)。Vth為比較器的比較閾值，Vb為比較器回落比較值。Vth-Vb為回差值。當兩個輻射電場被信號采集電路捕獲時，幅值高的信號在t11時刻達到Vth值，幅值低的信號在t21時刻達到Vth值，t11早于t21。而在信號回落時正好相反，即幅值低的信號在t22時刻達到Vb值，幅值高的信號在t12時刻達到Vb值，t22早于t12。如此t1＝t12-t11要大于t2＝t22-t21，即高電平t1的寬度寬，高電平t2的寬度窄。如此形成的矩形波S1與S2占空比D1＝t1/T與D2＝t2/T有如下關系:D1>D2，即形成了信號強的正弦波g(x)幅值高，對應于輸出矩形波信號S1占空比大；信號弱的正弦波h(x)幅值低，對應于輸出矩形波信號S2占空比小。如此即建立了占空比D大小與信號強/弱的數(shù)學模型，離交流高壓電越近，電場越強，回差比較器電路處理后的正弦波信號的占空比越大。

高精度信號接收轉換電路3輸出的穩(wěn)定方波信號被信號采集與軟件處理電路4接收后，信號被計算，得到被測體到探測頭的距離，然后輸出相應的頻率信號給聲光告警電路。信號采集與軟件處理電路4中包含一CPU，該CPU具有外部信號采集，軟件處理，自適應報警頻率計算等功能。結合圖4信號流程圖說明信號在該電路中的處理方式。在步驟S0，方波信號輸入信號采集與軟件處理電路，在步驟S1判斷是否有測電按鍵操作，如有，則在步驟S2采集信號。如無則返回。信號采集與軟件處理電路采用中斷機制，通過監(jiān)控信號上升沿/下降沿變化，實時采集外部信號。在步驟S3，CPU判斷信號是否存在，如是，則進入步驟S4。如無信號則返回S0。在步驟S4，CPU讀取方波信號的高、低電平時間。在步驟S5，CPU通過實時中斷us級計時、均值濾波法計算時長，計算出被測體到探測頭的距離。具體的，當高精度信號接收轉換電路3輸出的矩形波信號出現(xiàn)上升沿時，中斷程序開始啟動計時，計時數(shù)值記錄在寄存器R1實時滾動，當矩形波出現(xiàn)下降沿時，記錄當前寄存器R1值并保存，同時啟動下降沿計時計時數(shù)值記錄在寄存器R2實時滾動，當矩形波出現(xiàn)下一個上升沿時，記錄當前寄存器R2值并保存。如此連續(xù)記錄N個周期，優(yōu)選的，為5個周期。R1與R2均記錄的5個周期的累計值，然后同時清空R1與R2寄存器，進入下一個計時周期。低電平時長為tL，高電平時長為tH，CPU采用均值法計算出信號的高、低電平寬度tH＝R1/N，tL＝R2/N。然后根據(jù)tH，tL計算出占空比D＝tH/(tH+tL)。然后通過函數(shù)擬合，得到被測體到探測頭的距離H的關系為H∝1/(K1*D)。此處K1為一個常數(shù)。即H反比于占空比D，占空比值D小，距離H大，被測體離探測頭越遠，反之亦然。在步驟S6，CPU計算不同占空比對應的告警頻率。在聲光告警電路5中，聲光告警裝置包含蜂鳴器和LED燈。具體設計中，在CPU中設定一個基頻fb，結合得到的占空比D值，根據(jù)數(shù)學公式得到f＝fb*K*D，其中K為一數(shù)學表達式，理解為一比例常數(shù)。當距離H大，則D值小，根據(jù)計算得到頻率f小，告警信號頻率低，告警平緩；當距離H小，則D值大，根據(jù)計算得到頻率f大，告警信號頻率高，告警急促。在步驟S7，檢測按鍵操作是否結束，如是，則程序結束。如仍有按鍵操作，則返回步驟S2。

在另一優(yōu)選的實施例中，高精度信號接收轉換電路3將接收到的正弦波信號轉換為平滑穩(wěn)定的矩形波信號后，信號采集與軟件處理電路4計算該矩形波的高電平寬度。當輸入正弦波幅度俞高，得到的矩形波高電平寬度俞大。如此，高電平寬度的絕對值與探測頭到被測體的距離呈正比，即高電平寬度的絕對值越大，則表示探測頭到被測體的距離越大。信號采集與軟件處理電路4中的CPU按不同高電平寬度的絕對值計算對應的不同告警頻率，當距離越大，則高電平寬度的絕對值越大，告警信號的頻率越小。

如此即實現(xiàn)了能靈敏的檢測到電源面板、電線是否帶有高壓交流電的直流電動工具的非接觸電場檢測電路。該非接觸電場檢測電路除了能檢測、判斷被測體是否存在高壓危險源，還能根據(jù)信號的變化判斷高壓危險源的相對遠近。判別高壓危險源距離工具使用者之間的相對遠近是現(xiàn)有技術難以實現(xiàn)的技術點，微弱信號幅值低驅動能力弱，在被外部采用電路采樣時極易衰減與變形，如此微弱信號的變化會淹沒在波形的畸變里而不能被采集識別。本發(fā)明通過高精度信號接收轉換電路對信號進行處理，通過信號路徑阻抗匹配，信號防抖平滑處理，信號驅動能力提升，解決了微弱信號的易畸變性問題。再經過信號采集與軟件處理電路的中斷實時采集、函數(shù)擬合計算信號占空比等技術手段來實現(xiàn)相對遠近的判別。最后并通過不同頻率的聲、光告警信號進行告警。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍，凡依本發(fā)明權利要求范圍所述的形狀、構造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應包括與本發(fā)明的權利要求范圍內。