一種水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置及方法，其主要作用用于測(cè)定水電廠廠房?jī)?nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度及分布規(guī)律.
【背景技術(shù)】
[0002]隨著自動(dòng)化水平的提高，目前水電廠基本按照“無(wú)人值班、少人值守”模式設(shè)計(jì)和運(yùn)行，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器控制單元、勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、振動(dòng)擺度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等大量自動(dòng)化控制裝置共同安裝于水電廠內(nèi)，與控制設(shè)備相連的控制電纜、供電電纜通常埋藏于建筑物內(nèi)，除此之外，水電廠內(nèi)本身存在著雷電過(guò)電壓電磁場(chǎng)、三相/兩相短路引起的瞬態(tài)電磁場(chǎng)、高壓輸電線路表面會(huì)發(fā)生電暈放電產(chǎn)生的高頻電磁福射、工頻磁場(chǎng)等因素，因此水電廠中存在著復(fù)雜電磁場(chǎng)干擾源。盡管各電廠在設(shè)計(jì)階段采取隔離、提高硬件抗干擾能力、提高軟件的可靠性和抗干擾能力等技術(shù)措施，以降低水電廠電磁干擾的影響、提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，但工程實(shí)踐表明由于空間電磁場(chǎng)導(dǎo)致水機(jī)事故停機(jī)時(shí)有發(fā)生。因此，各水電廠急需一款適合水電廠特點(diǎn)三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置，檢測(cè)水電廠內(nèi)電磁場(chǎng)分布狀態(tài)，標(biāo)明電磁場(chǎng)強(qiáng)度較大空間區(qū)域，為降低電磁干擾、提高運(yùn)行設(shè)備的抗電磁干擾能力提供指導(dǎo)，保障運(yùn)行設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置及方法，該水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置及方法易于實(shí)施，能精確檢測(cè)水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布情況。
[0004]發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0005]一種水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置，包括依次相連的電磁場(chǎng)天線及探頭、調(diào)理電路、微處理器和人機(jī)接口模塊；
[0006]所述的電磁場(chǎng)天線及探頭包括立體式磁場(chǎng)感應(yīng)天線和立體式電場(chǎng)測(cè)量探頭；
[0007]所述的調(diào)理電路為雙通道信號(hào)處理電路，分別用于處理立體式磁場(chǎng)感應(yīng)天線和立體式電場(chǎng)測(cè)量探頭輸出的信號(hào)，每路信號(hào)處理電路包括前級(jí)的隔離電路和濾波放大電路；
[0008]微處理器或調(diào)理電路中集成有對(duì)濾波放大電路輸出的信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器。
[0009]所述的微處理器采用ARM嵌入式處理器。
[0010]隔離電路采用光耦，濾波電路為帶通濾波電路。
[0011]磁場(chǎng)天線采用多Bi矩形線圈。
[0012]電場(chǎng)天線采用金屬平行板電容。
[0013]水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置還包括USB接口以及用于與上位機(jī)通信的串口接口電路；USB接口和串口接口電路均與微處理器相連。
[0014]所述的USB接口通過(guò)微處理器的1端口和USB轉(zhuǎn)串口芯片CH340G實(shí)現(xiàn)。
[0015]所述的微處理器采用STM32F103主控芯片；所述的人機(jī)接口模塊包括觸摸顯示屏和鍵盤。
[0016]所述的水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置還包括與微處理器相連的存儲(chǔ)模塊；所述的存儲(chǔ)模塊為SD卡；人機(jī)接口模塊中設(shè)有TFT型IXD顯示屏；TFT型IXD顯示屏采用16位并聯(lián)接口與微處理器相連；隔離電路采用作為集成式隔離放大器IS0124P ;濾波電路采用通用有源濾波器UAF42。
[0017]一種水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)方法，采用前述的水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)；
[0018]采用立體式磁場(chǎng)感應(yīng)天線和立體式電場(chǎng)測(cè)量探頭分別探測(cè)磁場(chǎng)和電場(chǎng)，形成磁場(chǎng)信號(hào)輸出和電場(chǎng)信號(hào)兩路輸出信號(hào)；
[0019]采用集成有兩個(gè)信號(hào)處理電路的調(diào)理電路對(duì)所述的兩路輸出信號(hào)進(jìn)行隔離和濾波；
[0020]采用微處理器對(duì)調(diào)理電路輸出的信號(hào)進(jìn)行采集；
[0021]采用SD卡對(duì)微處理器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0022]該水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置包括立體式電磁場(chǎng)天線及探頭和信號(hào)分析儀器，集成有電磁波形監(jiān)測(cè)功能、電磁波形頻譜分析功能、數(shù)據(jù)管理功能、三維空間電磁場(chǎng)分布重構(gòu)等功能。
[0023]所述信號(hào)分析儀器包括ARM嵌入式內(nèi)核、模擬量輸入調(diào)整電路、存儲(chǔ)器、串口接口電路、USB接口電路、觸摸屏顯示器以及大容量電池。
[0024]分析儀器能實(shí)現(xiàn)電磁波形監(jiān)測(cè)功能、電磁波形頻譜分析功能、數(shù)據(jù)管理功能、對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析、頻域分析、電磁場(chǎng)分布重構(gòu)(根據(jù)空間不同測(cè)點(diǎn)電磁場(chǎng)，重構(gòu)出空間電磁場(chǎng)分布)，這些功能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)為現(xiàn)有成熟技術(shù)。
[0025]信號(hào)分析儀器具有防水電廠電磁場(chǎng)屏蔽裝置，能夠避免水電廠空間電磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)分析處理的干擾。
[0026]立體式電磁場(chǎng)天線及探頭能夠感應(yīng)出空間三個(gè)正交方向的磁場(chǎng)與電場(chǎng)。
[0027]硬件具備串口接口電路，用于將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到PC機(jī)(上位機(jī))。
[0028]ARM嵌入式內(nèi)核能夠根據(jù)多IM矩形線圈感應(yīng)電壓計(jì)算出磁鏈、磁通、磁通密度，還能夠根據(jù)金屬平行板電容計(jì)算出電場(chǎng)強(qiáng)度。涉及到的技術(shù)為現(xiàn)有成熟技術(shù)。
[0029]硬件系統(tǒng)電路板由大容量電池供電，持續(xù)供電時(shí)間大于5小時(shí)，大容量電池具備快速充電功能。
[0030]顯示屏能實(shí)時(shí)顯示各通道的峰峰值、有效值和主頻值。
[0031]模擬量輸入調(diào)整電路(即調(diào)理電路)支持多路通道輸入。
[0032]ARM嵌入式內(nèi)核或調(diào)理電路具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，ARM嵌入式內(nèi)核具有串口通訊功能、USB 接口、LCD 接口、OLED 接 P。
[0033]存儲(chǔ)模塊采用易插易拔、大容量SD卡。
[0034]有益效果:
[0035]本發(fā)明的水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置及方法，裝置中，電磁場(chǎng)天線及探頭包括立體式磁場(chǎng)感應(yīng)天線、立體式電場(chǎng)測(cè)量探頭，信號(hào)分析儀器主要包括ARM嵌入式內(nèi)核、模擬量輸入調(diào)整電路(即調(diào)理電路)、存儲(chǔ)器、串口接口電路、USB接口電路、觸摸屏顯示器、大容量電池。立體式電場(chǎng)測(cè)量探頭用于探測(cè)水電廠廠房?jī)?nèi)三個(gè)正交方向背景電場(chǎng)變化，并將變化電場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)；立體式磁場(chǎng)感應(yīng)天線感受到水電廠廠房?jī)?nèi)三個(gè)正交方向背景磁場(chǎng)變化并產(chǎn)生電壓信號(hào)。信號(hào)分析儀器作為電磁場(chǎng)分析計(jì)算控制的核心，與立體式電磁場(chǎng)天線及探頭相連接，接收立體式電磁場(chǎng)天線及探頭相連接輸出的電壓信號(hào)，控制模擬輸入調(diào)理電路、存儲(chǔ)器、串口接口電路、USB接口電路、觸摸屏顯示器的工作過(guò)程，根據(jù)電磁學(xué)原理對(duì)感應(yīng)電壓信號(hào)進(jìn)行分析處理，計(jì)算并顯示出水電廠廠房?jī)?nèi)三個(gè)正交方向電場(chǎng)、磁場(chǎng)的方向及強(qiáng)度。模擬量輸入調(diào)整電路對(duì)立體式電磁場(chǎng)天線及探頭輸出電壓信號(hào)隔離、濾波、放大，使得其信號(hào)幅值適應(yīng)ADC采集單元的需求。串口接口電路、USB接口電路負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出至PC機(jī)；觸摸屏顯示器和鍵盤接收用戶輸入，負(fù)責(zé)完成人機(jī)交互中的用戶輸入、數(shù)據(jù)及波形顯示功能。軟件系統(tǒng)采用基于嵌入式操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)裝置功能切換、波形存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)設(shè)置。本發(fā)明具有水電廠三維空間電磁場(chǎng)重構(gòu)功能、電磁場(chǎng)波形頻譜分析功能，體積小、質(zhì)量輕、各通道相互隔離，抗干擾能力強(qiáng)。
[0036]本發(fā)明能探測(cè)水電廠內(nèi)電磁場(chǎng)分布狀態(tài)，(由此能進(jìn)一步依據(jù)電磁場(chǎng)強(qiáng)度劃分空間區(qū)域，標(biāo)明電磁場(chǎng)強(qiáng)度較大空間區(qū)域-此點(diǎn)并非本發(fā)明的研究的問(wèn)題)，提高運(yùn)行設(shè)備的抗干擾能力、保障發(fā)電設(shè)備的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。
[0037]本發(fā)明提供的水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置，功能豐富，能對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。并且本發(fā)明采用的隔離電路布置方式能夠保證各通道之間達(dá)到相互隔離，從而提高了抗干擾能力。
【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖；
[0039]圖2為USB轉(zhuǎn)串口電路；
[0040]圖3為隔離電路原理圖；
[0041]圖4為濾波電路原理圖；
[0042]圖5為IXD接口液晶顯示模塊原理圖；
[0043]圖6為立體式磁場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖7為立體式電場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0046]實(shí)施例1:
[0047]如圖1-5，水電廠三維空間電磁場(chǎng)分布檢測(cè)裝置包括立體式電磁場(chǎng)天線及探頭和信號(hào)分析儀器；電磁場(chǎng)天線及探頭由立體式磁場(chǎng)感應(yīng)天線、立體式電場(chǎng)測(cè)量探頭構(gòu)成(參見(jiàn)圖6和圖7)，信號(hào)分析儀器主要包括ARM嵌入式內(nèi)核、模擬量輸入調(diào)整電路、存儲(chǔ)器、串口接口電路、USB接口電路、觸摸屏顯示器、大容量電池。
[0048]所述立體式磁場(chǎng)感應(yīng)天線能夠感應(yīng)出空間三個(gè)正交方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度，立體式電場(chǎng)測(cè)量探頭能夠感應(yīng)出空間三個(gè)正交方向的電場(chǎng)強(qiáng)度。
[0049]所述ARM嵌入式內(nèi)核及其邏輯主控模塊的核心為STM32F103主控芯片，該ARM主控芯片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器存有控制程序及數(shù)據(jù)計(jì)算算法。
[0050