本發(fā)明涉及一種測(cè)試裝置，具體涉及一種采用無(wú)線通訊的多通道直流離子流密度測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)我國(guó)直流輸電線路建設(shè)快速發(fā)展，直流輸電線路周圍的電磁環(huán)境問(wèn)題愈來(lái)愈引起人們的關(guān)注。離子流密度是直流輸電線路和換流站的主要電磁環(huán)境參數(shù)，隨著直流輸電工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的深入展開(kāi)和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，對(duì)直流離子流密度的監(jiān)測(cè)，已成為一項(xiàng)重要工作。

與交流電場(chǎng)磁場(chǎng)兩側(cè)對(duì)稱和受外界環(huán)境影響變化較小不同，直流離子流密度受風(fēng)速、風(fēng)向、氣候等指標(biāo)變化明顯，極導(dǎo)線兩側(cè)離子流密度有明顯差異，因此需要對(duì)線路兩側(cè)多個(gè)點(diǎn)位同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。目前對(duì)直流離子流密度多采用多個(gè)探頭(一般不少于10個(gè))利用通訊電纜進(jìn)行連接，由于探頭較多，連線起來(lái)較為不便，而隨著直流線路電壓等級(jí)增加，極導(dǎo)線間距增加，需要測(cè)量的區(qū)域?qū)挾却蟠笤黾?，如?00kV向家壩至上海直流環(huán)保驗(yàn)收時(shí)要求對(duì)約120m寬的線路橫斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而有線通訊方式下一次性布置較多的探頭時(shí)部分較長(zhǎng)的電纜通訊質(zhì)量難以保證，探頭太少又需要多次調(diào)整探頭位置重新接線布置，也非常繁瑣。同時(shí)由于離子流密度數(shù)值小，為nA級(jí)，多通道精細(xì)化測(cè)量較難實(shí)現(xiàn)。

為客觀地測(cè)量直流離子流密度的大小，掌握其分布規(guī)律，必須采取統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)大量的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，亟需建立一種具有統(tǒng)計(jì)分析功能、基于無(wú)線通訊技術(shù)的便攜式、高精度離子流密度測(cè)量裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為彌補(bǔ)上述缺陷，本專利提出一種采用無(wú)線通訊的多通道直流離子流密度測(cè)試裝置，能便捷、有效、準(zhǔn)確地同時(shí)測(cè)量多個(gè)點(diǎn)的直流離子流密度的大小和極性；可為高壓直流工程的離子流密度的監(jiān)測(cè)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供重要依據(jù)。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種采用無(wú)線通訊的多通道直流離子流密度測(cè)試裝置，包括：至少10臺(tái)微電流計(jì)、1臺(tái) 上位機(jī)、1個(gè)PC端、以及與微電流計(jì)一一對(duì)應(yīng)連接的威爾遜板；每臺(tái)微電流計(jì)分別通過(guò)無(wú)線通訊模塊與上位機(jī)建立無(wú)線通訊；所述上位機(jī)通過(guò)USB線與PC端連接。

優(yōu)選的，所述微電流計(jì)和上位機(jī)均采用內(nèi)置的鋰電池供電；

所述上位機(jī)包括單片機(jī)、無(wú)線通訊模塊、顯示屏和操作鍵盤；

所述單片機(jī)分別與無(wú)線通訊模塊、顯示屏、操作鍵盤相連，并通過(guò)USB線與所述的PC端相連；

優(yōu)選的，所述微電流計(jì)，包括單片機(jī)、無(wú)線通訊模塊和信號(hào)處理電路。

優(yōu)選的，所述無(wú)線通訊模塊為nrf905無(wú)線模塊，用于短距離無(wú)線通訊；或者采用運(yùn)營(yíng)商的通訊網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)線通訊。

優(yōu)選的，所述微電流計(jì)，用于將威爾遜板采集的電流信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜輸入，經(jīng)高速開(kāi)關(guān)后，進(jìn)行電流/電壓變換；并利用運(yùn)算放大器將其放大至毫伏級(jí)以上；通過(guò)低通濾波器進(jìn)行濾波得到一個(gè)直流電壓信號(hào)；將所述直流信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)；其中，所述高速開(kāi)關(guān)通過(guò)程序控制開(kāi)關(guān)快速閉合和斷開(kāi)。

優(yōu)選的，所述微電流計(jì)采用基于運(yùn)算放大器的T型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電流/電壓變換，其表達(dá)式為：

其中，V1為T型網(wǎng)絡(luò)輸出電壓，i為輸入電流，R0為反饋電阻，R1、R2為調(diào)節(jié)電阻。通過(guò)調(diào)節(jié)R1與R2的比值來(lái)改變放大倍數(shù)。

進(jìn)一步地，實(shí)際測(cè)量時(shí)，將多個(gè)微電流計(jì)設(shè)置在不同位置，每臺(tái)微電流計(jì)都有不同的地址編碼；在上位機(jī)發(fā)出準(zhǔn)備上傳數(shù)據(jù)命令后，各微電流計(jì)同時(shí)對(duì)當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行打包；在上位機(jī)發(fā)出上傳命令后，根據(jù)地址編碼的順序依次將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊方式上傳至上位機(jī)。

進(jìn)一步地，所述上位機(jī)接收測(cè)量數(shù)據(jù)后，首先對(duì)該測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取實(shí)際信號(hào)變化量對(duì)應(yīng)的離子流密度；其次將實(shí)際信號(hào)變化量上傳至PC端，通過(guò)PC端對(duì)實(shí)際信號(hào)變化量對(duì)應(yīng)的離子流密度實(shí)時(shí)顯示并保存。

進(jìn)一步地，所述獲取實(shí)際信號(hào)變化量包括：針對(duì)零信號(hào)輸入的AD值直接影響測(cè)量結(jié)果的情況，采用零點(diǎn)校正技術(shù)，在正常信號(hào)測(cè)試間隙對(duì)零輸入信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，獲取實(shí)際信號(hào)變化 量；具體為：當(dāng)高速開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，輸入信號(hào)為零，信號(hào)處理電路獲取零點(diǎn)處的AD轉(zhuǎn)換量；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，信號(hào)正常輸入，獲取正常狀態(tài)下的AD轉(zhuǎn)換量與零點(diǎn)時(shí)的AD轉(zhuǎn)換量的差值即為實(shí)際信號(hào)變化量；將該實(shí)際信號(hào)變化量標(biāo)定至實(shí)際離子流密度水平中，獲取實(shí)際信號(hào)變化量對(duì)應(yīng)離子流密度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：

本發(fā)明涉及一種采用無(wú)線通訊的多通道直流離子流密度測(cè)試裝置。采用全數(shù)字化顯示，能便捷、有效、準(zhǔn)確地測(cè)量直流輸電工程的合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度。

超、特高壓直流輸電工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，采用本發(fā)明的直流合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度測(cè)量裝置可為高壓直流工程的電磁環(huán)境的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供重要依據(jù)。本發(fā)明的成果可應(yīng)用于今后高壓直流輸電工程領(lǐng)域的合成場(chǎng)強(qiáng)與離子流密度的監(jiān)測(cè)、環(huán)保驗(yàn)收和研究中，推廣價(jià)值高，應(yīng)用前景廣。

附圖說(shuō)明

圖1為直流離子流密度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為微電流計(jì)信號(hào)采集和A/D轉(zhuǎn)換流程圖；

圖3為微電流計(jì)電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，一種采用無(wú)線通訊的多通道直流離子流密度測(cè)試裝置，包括：至少10臺(tái)微電流計(jì)、1臺(tái)上位機(jī)、1個(gè)PC端、以及與微電流計(jì)一一對(duì)應(yīng)連接的威爾遜板；每臺(tái)微電流計(jì)分別通過(guò)無(wú)線通訊模塊與上位機(jī)建立無(wú)線通訊；所述上位機(jī)通過(guò)USB線與PC端連接。

所述微電流計(jì)和上位機(jī)均采用內(nèi)置的鋰電池供電；

所述上位機(jī)包括單片機(jī)、無(wú)線通訊模塊、顯示屏和操作鍵盤；

所述單片機(jī)分別與無(wú)線通訊模塊、顯示屏、操作鍵盤相連，并通過(guò)USB線與所述的PC端相連；

所述微電流計(jì)，包括單片機(jī)、無(wú)線通訊模塊和信號(hào)處理電路；

所述無(wú)線通訊模塊為nrf905無(wú)線模塊，用于短距離無(wú)線通訊；或者采用運(yùn)營(yíng)商的通訊網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)線通訊。

微電流計(jì)，用于將威爾遜板采集的電流信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜輸入，經(jīng)高速開(kāi)關(guān)后，進(jìn)行電 流/電壓變換；并利用運(yùn)算放大器將其放大至毫伏級(jí)以上；通過(guò)低通濾波器進(jìn)行濾波得到一個(gè)直流電壓信號(hào)；將所述直流信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)；如圖2所示，其中，所述高速開(kāi)關(guān)通過(guò)程序控制開(kāi)關(guān)快速閉合和斷開(kāi)。

目前對(duì)離子流密度測(cè)量的有兩種主要方法，一種方法是將電流接收板的信號(hào)通過(guò)一個(gè)能測(cè)量微弱電流的電流表接地，直流測(cè)量電流，目前市售的數(shù)字精密微電流表的內(nèi)阻約為1kΩ(實(shí)際上是通過(guò)測(cè)1kΩ得壓降來(lái)讀數(shù)的)。另一種方法是將接收板與地間并聯(lián)一個(gè)電阻，通過(guò)測(cè)量該電阻的壓降來(lái)測(cè)推算流過(guò)的電流，通常該電阻為1～10kΩ。這樣，實(shí)際上這兩種方式對(duì)離子流電流檢測(cè)都是通過(guò)測(cè)量一個(gè)千歐級(jí)電阻上的壓降來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而由于千歐級(jí)電阻相對(duì)較大，威爾遜板接收的離子電荷一般不能很快釋放，測(cè)量準(zhǔn)確性難以保證。此外，高值電阻對(duì)后方信號(hào)處理電阻也帶來(lái)了諸多不利影響，不僅會(huì)加大后方處理電路運(yùn)算放大器的輸入偏置電流、失調(diào)電壓及其漂移的影響，產(chǎn)生測(cè)量運(yùn)算誤差，而且還會(huì)影響到增益的精度和穩(wěn)定性，同時(shí)由于高值電阻上分布電容的影響增加，使電路的響應(yīng)速度下降。如圖3所示，本發(fā)明中通過(guò)微電流計(jì)采用基于運(yùn)算放大器的T型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電流/電壓變換；其表達(dá)式為：

其中，V1為T型網(wǎng)絡(luò)輸出電壓，i為輸入電流，R0為反饋電阻，R1、R2為調(diào)節(jié)電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)R1和R2的比值改變放大倍數(shù)。

測(cè)試裝置的具體操作過(guò)程包括：實(shí)際測(cè)量時(shí)，將多個(gè)微電流計(jì)設(shè)置在不同位置，每臺(tái)微電流計(jì)都有不同的地址編碼；在上位機(jī)發(fā)出準(zhǔn)備上傳數(shù)據(jù)命令后，各微電流計(jì)同時(shí)對(duì)當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行打包；在上位機(jī)發(fā)出上傳命令后，根據(jù)地址編碼的順序依次將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊方式上傳至上位機(jī)；

所述上位機(jī)接收測(cè)量數(shù)據(jù)后，首先對(duì)該測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取實(shí)際信號(hào)變化量對(duì)應(yīng)的離子流密度；其次將實(shí)際信號(hào)變化量上傳至PC端，通過(guò)PC端對(duì)實(shí)際信號(hào)變化量對(duì)應(yīng)的離子流密度實(shí)時(shí)顯示并保存。

實(shí)際信號(hào)變化量對(duì)應(yīng)的離子流密度包括：對(duì)于較強(qiáng)信號(hào)的處理電路，零點(diǎn)的微小變化對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小，而對(duì)于本裝置測(cè)量的離子流密度nA級(jí)的微電流信號(hào)，在直流輸電工程高電壓、強(qiáng)電流的復(fù)雜電磁環(huán)境下，零點(diǎn)容易發(fā)生偏移，而較小的零點(diǎn)偏移會(huì)給這樣小的信號(hào)帶來(lái)較大的測(cè)量誤差，甚至導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤，加入這個(gè)高速開(kāi)關(guān)后通過(guò)實(shí)時(shí)通端校正零點(diǎn) 可以極大提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

針對(duì)零信號(hào)輸入的AD值直接影響測(cè)量結(jié)果的情況，采用零點(diǎn)校正技術(shù)，在正常信號(hào)測(cè)試間隙對(duì)零輸入信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，獲取實(shí)際信號(hào)變化量；具體為：當(dāng)高速開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，輸入信號(hào)為零，信號(hào)處理電路獲取零點(diǎn)處的AD轉(zhuǎn)換量；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，信號(hào)正常輸入，獲取正常狀態(tài)下的AD轉(zhuǎn)換量與零點(diǎn)時(shí)的AD轉(zhuǎn)換量的差值即為實(shí)際信號(hào)變化量；將該實(shí)際信號(hào)變化量標(biāo)定至實(shí)際離子流密度水平中，獲取實(shí)際信號(hào)變化量對(duì)應(yīng)離子流密度。

測(cè)量完成后，采用PC端應(yīng)用程序?qū)?shí)際信號(hào)變化量按順序排序，通過(guò)所述應(yīng)用程序包含的特征值窗口自動(dòng)輸出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本申請(qǐng)的技術(shù)方案而非對(duì)其保護(hù)范圍的限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后依然可對(duì)申請(qǐng)的具體實(shí)施方式進(jìn)行種種變更、修改或者等同替換，這些變更、修改或者等同替換，其均在其權(quán)利要求范圍之內(nèi)。