一種用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)，其主要作用用于測定水電廠廠房內的電磁場強度及分布規(guī)律.
【背景技術】
[0002]隨著自動化水平的提高，目前水電廠基本按照“無人值班、少人值守”模式設計和運行，計算機監(jiān)控系統(tǒng)、調速器控制單元、勵磁調節(jié)裝置、振動擺度監(jiān)測系統(tǒng)等大量自動化控制裝置共同安裝于水電廠內，與控制設備相連的控制電纜、供電電纜通常埋藏于建筑物內，除此之外，水電廠內本身存在著雷電過電壓電磁場、三相/兩相短路引起的瞬態(tài)電磁場、高壓輸電線路表面會發(fā)生電暈放電產生的高頻電磁福射、工頻磁場等因素，因此水電廠中存在著復雜電磁場干擾源。盡管各電廠在設計階段采取隔離、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措施，以降低水電廠電磁干擾的影響、提高設備運行的可靠性，但工程實踐表明由于空間電磁場導致水機事故停機時有發(fā)生。因此，各水電廠急需一款適合水電廠特點三維空間電磁場分布檢測裝置，檢測水電廠內電磁場分布狀態(tài)，標明電磁場強度較大空間區(qū)域，為降低電磁干擾、提高運行設備的抗電磁干擾能力提供指導，保障運行設備的可靠性與穩(wěn)定性。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)，該用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)易于實施，能精確檢測水電廠三維空間電磁場分布情況。
[0004]實用新型的技術解決方案如下:
[0005]一種用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)，包括依次相連的電磁場天線及探頭、調理電路、數字信號處理單元和人機接口模塊；
[0006]所述的電磁場天線及探頭包括立體式磁場感應天線和立體式電場測量探頭；
[0007]所述的調理電路集成有兩路信號處理電路，分別用于處理立體式磁場感應天線和立體式電場測量探頭輸出的信號，每路信號處理電路包括前級的隔離電路和濾波放大電路；
[0008]調理電路中集成有對濾波放大電路輸出的信號進行模/數轉換的A/D轉換器；
[0009]磁場天線采用多Bi矩形線圈；
[0010]電場天線采用金屬平行板電容；
[0011]用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)還包括與數字信號處理單元相連的存儲模塊；所述的存儲模塊為SD卡；
[0012]用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)還包括USB接口以及用于與上位機通信的串口接口電路；USB接口和串口接口電路均與數字信號處理單元相連。
[0013]用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)還包括用于形成USB 口的USB轉串口芯片CH340G，數字信號處理單元的1端口與USB轉串口芯片CH340G相連。
[0014]所述的數字信號處理單元采用ARM嵌入式處理器。
[0015]隔離電路采用光耦，濾波電路為帶通濾波電路。
[0016]所述的數字信號處理單元采用STM32F103主控芯片；所述的人機接口模塊包括觸摸顯示屏和鍵盤。
[0017]人機接口模塊中設有TFT型IXD顯示屏；TFT型IXD顯示屏采用16位并聯(lián)接口與數字信號處理單元相連；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。
[0018]本實用新型用于實現水電廠三維空間電磁場分布檢測；采用立體式磁場感應天線和立體式電場測量探頭分別探測磁場和電場，形成磁場信號輸出和電場信號兩路輸出信號；
[0019]采用集成有兩個信號處理電路的調理電路對所述的兩路輸出信號進行隔離和濾波；
[0020]采用數字信號處理單元對調理電路輸出的信號進行采集；
[0021]采用SD卡對數字信號處理單元采集的數據進行存儲。
[0022]該用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)包括立體式電磁場天線及探頭和信號分析儀器，集成有電磁波形監(jiān)測功能、電磁波形頻譜分析功能、數據管理功能、三維空間電磁場分布重構等功能。
[0023]所述信號分析儀器包括ARM嵌入式內核、模擬量輸入調整電路、存儲器、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]分析儀器能實現電磁波形監(jiān)測功能、電磁波形頻譜分析功能、數據管理功能、對采集信號進行時域分析、頻域分析、電磁場分布重構(根據空間不同測點電磁場，重構出空間電磁場分布)，這些功能的實現技術為現有成熟技術。
[0025]信號分析儀器具有防水電廠電磁場屏蔽裝置，能夠避免水電廠空間電磁場對信號分析處理的干擾。
[0026]立體式電磁場天線及探頭能夠感應出空間三個正交方向的磁場與電場。
[0027]硬件具備串口接口電路，用于將采集的數據導出到PC機(上位機)。
[0028]ARM嵌入式內核能夠根據多IM矩形線圈感應電壓計算出磁鏈、磁通、磁通密度，還能夠根據金屬平行板電容計算出電場強度。涉及到的技術為現有成熟技術。
[0029]硬件系統(tǒng)電路板由大容量電池供電，持續(xù)供電時間大于5小時，大容量電池具備快速充電功能。
[0030]顯示屏能實時顯示各通道的峰峰值、有效值和主頻值。
[0031]模擬量輸入調整電路(即調理電路)支持多路通道輸入。
[0032]ARM嵌入式內核或調理電路具有模數轉換功能，ARM嵌入式內核具有串口通訊功能、USB 接口、LCD 接口、OLED 接 P。
[0033]存儲模塊采用易插易拔、大容量SD卡。
[0034]數字信號處理單元采用集成式的數字處理模塊(如CPU，DSP,單片機等)，或者采用由多個數字邏輯芯片搭建的數字處理電路，數字信號處理單元為現有成熟電路，不涉及方法和程序。
[0035]有益效果:
[0036]本實用新型的用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)，其集成的電磁場天線及探頭包括立體式磁場感應天線、立體式電場測量探頭，信號分析儀器主要包括ARM嵌入式內核、模擬量輸入調整電路(即調理電路)、存儲器、串口接口電路、USB接口電路、觸摸屏顯示器、大容量電池。立體式電場測量探頭用于探測水電廠廠房內三個正交方向背景電場變化，并將變化電場信號轉化為電壓信號；立體式磁場感應天線感受到水電廠廠房內三個正交方向背景磁場變化并產生電壓信號。信號分析儀器作為電磁場分析計算控制的核心，與立體式電磁場天線及探頭相連接，接收立體式電磁場天線及探頭相連接輸出的電壓信號，控制模擬輸入調理電路、存儲器、串口接口電路、USB接口電路、觸摸屏顯示器的工作過程，根據電磁學原理對感應電壓信號進行分析處理，計算并顯示出水電廠廠房內三個正交方向電場、磁場的方向及強度。模擬量輸入調整電路對立體式電磁場天線及探頭輸出電壓信號隔離、濾波、放大，使得其信號幅值適應ADC采集單元的需求。串口接口電路、USB接口電路負責將數據導出至PC機；觸摸屏顯示器和鍵盤接收用戶輸入，負責完成人機交互中的用戶輸入、數據及波形顯示功能。軟件系統(tǒng)采用基于嵌入式操作系統(tǒng)，負責實現檢測裝置功能切換、波形存儲、數據設置。本實用新型具有水電廠三維空間電磁場重構功能、電磁場波形頻譜分析功能，體積小、質量輕、各通道相互隔離，抗干擾能力強。
[0037]本實用新型能探測水電廠內電磁場分布狀態(tài)，(由此能進一步依據電磁場強度劃分空間區(qū)域，標明電磁場強度較大空間區(qū)域一此點并非本實用新型的研究的問題)，提高運行設備的抗干擾能力、保障發(fā)電設備的安全可靠穩(wěn)定運行。
[0038]本實用新型提供的用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)，功能豐富，能對電場、磁場輸入信號進行處理。并且本實用新型采用的隔離電路布置方式能夠保證各通道之間達到相互隔離，從而提高了抗干擾能力。
【附圖說明】
[0039]圖1為系統(tǒng)整體結構圖；
[0040]圖2為USB轉串口電路；
[0041]圖3為立體式磁場天線結構示意圖；
[0042]圖4為立體式電場天線結構示意圖。
【具體實施方式】
[0043]以下將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明:
[0044]實施例1:
[0045]如圖1-4，用于水電廠的三維空間電磁場分布檢測系統(tǒng)包括立體式電磁場天線及探頭和信號分析儀器；電磁場天線及探頭由立體式磁場感應天線、立體式電場測量探頭構成(參見圖3和圖4)，信號分析儀器主要包括ARM嵌入式內核、模擬量輸入調整電路、存儲器、串口接口電路