[发明专利]一种采用接触式与非接触式传感器及其验电方法

权利要求书

1.一种采用接触式与非接触式传感器的验电方法，其特征是：包括信号采集模块、接触式信号调理电路、非接触式信号调理电路、信号处理电路、声光报警电路、蓝牙发送模块以及手机监测部分；采集接触式与非接触式传感器输出的两路信号，并对两路信号进行逻辑判断。

2.根据权利要求1所述的一种采用接触式与非接触式传感器的验电方法，其特征是：所述信号采集模块分别由金属接触探头采集接触式验电的信号采集，平板电容型电场传感器采集非接触式验电的信号采集。

3.根据权利要求1所述的一种采用接触式与非接触式传感器的验电方法，其特征是：所述接触式信号调理电路包括限流保护电路、电流缩放模块电路以及稳压滤波电路。

4.根据权利要求1所述的一种采用接触式与非接触式传感器的验电方法，其特征是：所述非接触式信号调理电路包括降压电路、信号跟随器电路、滤波电路以及整流电路，用于平板电容型电场传感器输出的感应电压信号的调理。

5.根据权利要求1所述的一种采用接触式与非接触式传感器的验电方法，其特征是：所述信号处理电路采用一个单片机同时接受两路传感器信号调理电路输出的电压信号，并分别计算出两路电压信号的有效值，根据计算出的两路电压信号进行大小逻辑判断，输出相应频率的不同的报警信号；根据报警信号频率的不同，判断出报警方式为接触式报警还是非接触式报警，当声光报警频率为2Hz，则为接触式报警，如果声光报警频率大于5Hz，则为非接触式报警；还能根据频率的不同判断验电器距离待测物体的距离远近。

6.根据权利要求1所述的一种采用接触式与非接触式传感器的验电方法，其特征是：所述蓝牙发送模块采用基于BLE技术的蓝牙芯片，将处理器输出的数据通过无线方式发送至手机端，由手机端监测软件进行数据处理。

7.根据权利要求1所述的一种采用接触式与非接触式传感器的验电方法，其特征是：所述手机监测为帮助现场监护人员对检修人员的验电结果进行监测，以保障检修人员的安全。

8.根据权利要求1所述的一种采用接触式与非接触式传感器的验电方法，其特征是：所述手机监测端的实现方式是通过一个手机客户端App与验电器建立蓝牙连接，验电器将接触式与非接触式验电结果的数据通过蓝牙发送至手机，由手机客户端App解析后分别显示，并输出震动和语音提示；即：所述的手机监测端用于监护人员对于现场检修验电人员的安全监护，其实现方式是通过手机客户端接收蓝牙数据，之后再解析蓝牙数据协议得到接触式和非接触式验电数据，接触式与非接触式数据分别通过表盘动画进行动态显示，并将接触式和非接触式数据进行逻辑判断，根据逻辑判断的结果使手机发出不同的语音报警提醒和震动提示；监护人员根据手机监测端的提示对验电检修人员进行监护，提供必要的安全提醒。

9.根据权利要求1所述的一种采用接触式与非接触式传感器，其特征是：接触探头1的一端插入连接在平板电容型电场传感器2中间的环形空间内通过固定螺栓3进行连接，接触探头连接接触式导线6和验电器地5输出电压，为接触式传感器提供检测信号；平板电容型电场传感器2的感应电压通过连接在传感器2上下两端的非接触式导线4为非接触式传感器提供检测信号；

接触探头1和平板电容型电场传感器2相结合，其中两个传感器独立工作，接触探头1接触带电物体后，接触探头1与验电器地5之间的杂散电容分得一个电压，该电压用于后续接触式信号调理电路的检测；接触探头通过接触式导线6与验电器地5输出电压；平板电容型电场传感器2为环形；平板电容型电场传感器2在电场环境下的感应电压通过接触式导线6输出，供后续电路检测；

接触探头与验电器地之间杂散电容分得的电压经过限流保护电路，电流缩放电路和稳压滤波电路后输出至单片机MCU的ADC1端口；而平板电容型电场传感器2感应电压经过降压电路、滤波电路、整流电路后输出至单片机MCU的ADC2端口；单片机对ADC1端口和ADC2端口输入信号经过AD转换后，再经过程序判断，输出相应的声光报警信号。

10.根据权利要求1所述的一种采用接触式与非接触式传感器的验电方法，其特征是：所述非接触式信号调理电路，其中电阻R1和电阻R2组成电阻分压和阻抗匹配电路，电阻R1和电阻R2分别为51MΩ和10MΩ的大电阻，二者采用大电阻以对平板电容型电场传感器进行阻抗匹配，同时二者的比值形成1/6.1的分压比，将传感器输出电压降至单片机可读取的范围；运放U1为电压跟随器电路，通过增大输入电阻，降低输出电阻来提高电路带载能力；电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2和运放U2组成有源二阶低通滤波电路，用以滤除传感器接收到的高频电磁干扰信号，剩余电路为精密整流电路，用于整流微弱的电压信号，便于单片机的信号读取；

所述接触式信号调理电路中R13为1MΩ的大电阻，用于限制电流保护后续电路；电阻R14、电阻R15、三极管Q1组成电流缩放模块，当接触探头接触到带电体，三极管Q1会周期性导通；电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C3和电容C4组成了稳压滤波电路，使得周期通断的三极管Q1输出的电压能够稳定输出，ADC2端口得到稳定电压；

所述声光报警电路采用四个LED灯进行光报警，位于验电器外壳底部，组成环形报警LED灯；报警电路中LED灯与蜂鸣器均采用三极管进行驱动；

所述信号处理模块的电路通电后，单片机对ADC1端口、ADC2端口和定时器TIM1进行初始化，TIM1初始化为100us中断一次，每次中断读取一次ADC1端口和ADC2端口，并每100个数据计算一次有效值得到ADC1端口和ADC2端口，再根据平板电容型电场传感器输出电压至ADC1端口的转换系数k1和接触式信号调理电路输出电压至ADC2端口的转换系数k2，得到平板电容型电场传感器输出电压U1=ADC1*k1和接触式信号调理电路输出电压U2=ADC2*k2，对转换得到的电压U1和电压U2进行逻辑判断：当电压U2>1.5V，则表示金属接触探头接触到带电体，输出2Hz的低频声光报警频率表示接触带电；当U2<=1.5V，这时再判断电压U1的大小，与实验结果得到的各个距离的报警阈值电压U0.7、电压U0.5、电压U0.3、电压U0.1进行比较，如果电压U1<U0.7，则不报警，否则根据所处的电压区间发出相对应频率的声光报警信号，且电压U1的电压越高声光报警频率越高；

所述蓝牙发送模块电路中电阻R30和电阻R31组成的分压电路，输出电压AD作为参考电压，供蓝牙芯片监测剩余电量，R32和KEY组成电压上拉电路，当KEY按下，蓝牙模块重启；U1为蓝牙芯片，TXD1和RXD1分别连接至单片机的发送端口TXD和接收端口RXD，供数据的传送；

所述手机监护的监测端界面布局包含三部分，分别显示蓝牙设备的连接状态，接触式验电的电压值以及其表盘显示、非接触式验电的电压值以及其表盘显示；其中表盘的最大量程为验电器与带电设备距离为0的时候的电压值；

所述手机监测端的工作流程为：开始验电前，电网监护人员用手机端打开蓝牙搜索蓝牙设备，当检测到所需验电器蓝牙设备后，便进行蓝牙连接，连接上蓝牙设备后，蓝牙开启新线程进行数据协议的解析，解析得到接触式验电的电压值以及非接触式验电的电压值，手机监护端界面显示当前接触式与非接触式电压值与表盘动画；之后对解析后的接触式与非接触式的电压值进行逻辑判断，当接触式电压达到1.0V，即表明验电器与高压设备进行了接触且高压设备带电，则手机震动并发出语音提示；否则判断非接触式验电电压是否大于1.4V，当非接触式验电电压大于1.4V，说明验电器与带电设备的距离小于0.7m的安全距离，则手机震动并发出语音提示；否则，手机不做语音及震动提示；

所述验电方法是由验电器靠近待测设备的时候，当距离待测设备0.1m-0.7m时验电器如果发出频率高于5Hz的声光报警，且距离待测设备越近声光报警频率越高，则说明非接触式验电发出报警，待测设备可能带电，进一步将验电器的金属接触探头与待测设备接触，如果此时验电器声光报警频率降低至2Hz，则说明接触式验电发出报警，待测设备确实带电，否则如果接触时验电器仍然发出高频的声光报警，则说明此时仍然是非接触式验电发出报警，待测设备可能不带电，需要对附近其他设备进行验电以确认待测设备是否不带电；如果当验电器距离待测设备0.1m-0.7m时验电器没有发出声光报警，说明非接触式验电没有发出报警，待测设备可能不带电，进一步将验电器的金属探头与待测设备接触，如果此时验电器仍然没有发出声光报警，说明待测设备确实不带电，否则，说明待测设备可能带电，重新检测。