本發(fā)明涉及一種檢測裝置，特別是一種低壓用戶串戶及共零檢測裝置。

背景技術(shù)：

近年來，為履行對社會服務(wù)承諾，構(gòu)建高質(zhì)量的供電網(wǎng)絡(luò)，供電部門對低壓部分的接戶線、表箱、表計(jì)、低壓線路等低壓系統(tǒng)的改造工作不斷深入開展，改造的數(shù)量相當(dāng)龐大，在改造工作任務(wù)進(jìn)行管理過程中，發(fā)現(xiàn)了一些涉及工程質(zhì)量及工程安全生產(chǎn)的問題，如：

1.1用戶表計(jì)“串戶”，引起計(jì)量出錯，用戶投訴，引發(fā)社會矛盾；

1.2老舊小區(qū)因原零線共用無法排查，致使無法按智能表箱配置進(jìn)行兩相接入，而還是單相火線接入，引起供電穩(wěn)定及現(xiàn)場操作安全問題，年度內(nèi)也曾發(fā)生一起因小區(qū)零線共用回電而引起的操作人員觸電的案例，此類隱患引起的供電風(fēng)險(xiǎn)和操作風(fēng)險(xiǎn)極大，必須消除。

如何對老舊小區(qū)的“共零”或“串戶”排查？傳統(tǒng)的解決方法是，拆除智能表箱內(nèi)所有用戶空開下端出線，然后再去各家各戶家中解除上端進(jìn)線空開，在然后用萬用表、試驗(yàn)燈泡或低壓線路載波分析方式再來一一對應(yīng)。這種方法能直接測試出導(dǎo)線首末關(guān)系，但因現(xiàn)實(shí)生活中，供電部門想隨時進(jìn)入各家各戶且要各家各戶留在家中配合施工或檢測，幾乎是不可能的，而且這種方法效率低下，需花費(fèi)大量時間去進(jìn)行戶表對應(yīng)。故傳統(tǒng)方法理論上行得通，但現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中卻做不到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種一種基于無線發(fā)送接收，不用入戶就能準(zhǔn)確定位表計(jì)“串戶”或戶表對應(yīng)關(guān)系的低壓用戶串戶及共零檢測裝置。

一種低壓用戶串戶及共零檢測裝置，包括有超低頻信號發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分，所述的超低頻信號發(fā)射機(jī)包括有人機(jī)接口、微控制器、載波信號發(fā)生器、功率放大器、輸出保護(hù)電路、電源和天線，電源給人機(jī)接口、微控制器、載波信號發(fā)生器、功率放大器及輸出保護(hù)電路供電，人機(jī)接口、微控制器、載波信號發(fā)生器、功率放大器、輸出保護(hù)電路及天線依次連接，用戶通過人機(jī)接口設(shè)置分頻控制，微控制器通過預(yù)先編制好的協(xié)議，從人機(jī)接口接收到設(shè)定值，然后把數(shù)據(jù)編好碼，送到乘法器的一個輸入端，與載波信號相乘，再控制功放的輸出；

所述的接收機(jī)包括有天線、前置放大器、帶通濾波器、超低頻放大器、解碼器、顯示器及電源，天線接收發(fā)射機(jī)發(fā)送的信號，信號經(jīng)前置放大放大，帶通濾波器將輸入音頻信號中的設(shè)定超低頻載波信號濾波出來，超低頻放大器。將帶通濾波器輸出信號進(jìn)行放大到cpu的ad能采樣的信號，微控制器對超低頻放大器的輸出進(jìn)行采樣，然后計(jì)算信號強(qiáng)度，并且實(shí)現(xiàn)解碼，顯示器顯示。

本發(fā)明通過采用發(fā)射機(jī)給供電線路加載超低頻信號于供電線纜中，使用無線接收機(jī)在線纜沿途和線纜入戶處，接收到發(fā)射機(jī)發(fā)送的經(jīng)過編碼的信號，由接收機(jī)解調(diào)出有效信號。完成確定發(fā)射機(jī)與接收機(jī)一一對應(yīng)的線纜關(guān)系，從而達(dá)到快速準(zhǔn)確判定串戶與共零現(xiàn)象是否存在，和發(fā)生串戶的具體位置。

輸出保護(hù)在本裝置中是非常重要的一環(huán)，現(xiàn)場試用環(huán)境復(fù)雜，在不正常的接線方式條件下，如果不加以保護(hù)，將直接導(dǎo)致裝置的損壞。裝置設(shè)置了輸出檢測電路，一旦檢測到異常，立即啟動輸出保護(hù)，并且在設(shè)定的周期內(nèi)，檢測到異常消失，裝置又能自動啟動正常信號的輸出。

發(fā)射機(jī)從輸入設(shè)備接收到信息，對信源數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和對輸出通道進(jìn)行編碼，為實(shí)現(xiàn)多通道同時檢測，發(fā)射機(jī)預(yù)留下多通道數(shù)據(jù)調(diào)制發(fā)送。同時控制信號的頻率、信道、工作時間、間隙時間等

接收機(jī)通過線圈接收空間無線電信號，經(jīng)過第一級放大后，接入一個8階帶通濾波器，然后再進(jìn)入低頻信號放大器，由計(jì)算機(jī)ad進(jìn)行采樣，解調(diào)出有效信號，還原出發(fā)射機(jī)的編碼，并在顯示器上顯示出信號強(qiáng)度，并預(yù)留出信道編號。

所述的功率放大器工作在d類狀態(tài)。

調(diào)制完的信號送入功率放大器，放大器工作在d類狀態(tài)。在所有功放形式中，d類效率最高，非常適合電池供電系統(tǒng)。

所述的發(fā)射機(jī)的天線采用電力線纜。

所述的發(fā)射機(jī)包含有初始化模塊、數(shù)據(jù)接收解析模塊、編碼模塊及定時模塊，用于負(fù)責(zé)設(shè)置arm各外設(shè)功能模塊的初始值，裝置在上電后的默認(rèn)狀態(tài)；數(shù)據(jù)接收解析模塊由cpu根據(jù)接收到的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行解析，按照裝置工作方式進(jìn)行解析，確定載波中心頻率，調(diào)制信號，工作、間歇時間參數(shù)；所述的編碼模塊負(fù)責(zé)將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幋a；所述的定時模塊根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，確定裝置工作與間歇時間。

所述的接收機(jī)的天線采用特高頻天線。

所述的接收機(jī)的前置放大器使用的載波頻率在超低頻頻段，前置放大器帶寬選擇在直流～20khz之間。

綜上所述的，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)如下優(yōu)點(diǎn)：

采用本發(fā)明的低壓用戶串戶及共零檢測裝置，將有效防范低壓用戶的“串戶”事件的發(fā)生，減少用戶投訴，緩和供用電社會矛盾，提升供電部門的社會服務(wù)質(zhì)量8.2施工改造建設(shè)中，可在送電前先行進(jìn)行運(yùn)行驗(yàn)收或自檢，做到一次改造成功，避免了因各類接線出錯而引起施工班組重復(fù)進(jìn)場，耗時耗人工且危險(xiǎn)，降低工程建設(shè)成本。同時解決老舊小區(qū)低壓用戶的歷史“共零”問題，戶表關(guān)系能對應(yīng)，首先能提高用戶搶修的工作效率，節(jié)約公司搶修成本，第二能提高運(yùn)行維護(hù)或搶修人員的操作安全，人身安全方面，其經(jīng)濟(jì)效益無法估量。且能防止因某處“零線”斷線，而造成下一級零、火線升高為線電壓，而引起的下一級所有用戶家用電器燒毀的惡性社會事件，其經(jīng)濟(jì)損失更是巨大。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的原理框圖。

圖2是本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)圖。

圖3是本發(fā)明的發(fā)射機(jī)流程圖。

圖4本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的硬件框圖。

圖5是接收機(jī)的原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

一種低壓用戶串戶及共零檢測裝置，包括有超低頻信號發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分：

所述的發(fā)射機(jī)包括有

1)一個人機(jī)接口，用來設(shè)置發(fā)射機(jī)工作的頻率、信道。

2)微控制器輸出經(jīng)過編碼的調(diào)制信號。

3)高穩(wěn)的石英晶體振蕩器、分頻器構(gòu)成超低頻載波信號。

4)功率放大器。

5)輸出保護(hù)。

6)電源。

發(fā)射機(jī)硬件電路總的說來分為數(shù)字電路模塊，和模擬電路模塊。

數(shù)字電路模塊按照經(jīng)典的nano102小型系統(tǒng)來設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)簡潔，性能穩(wěn)定，誤碼率低，符合整機(jī)設(shè)計(jì)要求。

模擬電路模塊又分為，將編碼信號于載波信號相乘調(diào)制電路；d類功率放大器；電源；保護(hù)電路和天線。

編碼信號由arm直接輸出，載波信號由石英晶體振蕩器經(jīng)分頻器產(chǎn)生，分頻控制由用戶通過人機(jī)接口設(shè)置，cpu解析，gpio控制。

調(diào)制完的信號送入功率放大器，放大器工作在d類狀體。在所有功放形式中，d類效率最高，非常適合電池供電系統(tǒng)。

輸出保護(hù)在本裝置中也是非常重要的一環(huán)，現(xiàn)場試用環(huán)境復(fù)雜，在不正常的接線方式條件下，如果不加以保護(hù)，將直接導(dǎo)致裝置的損壞。裝置設(shè)置了輸出檢測電路，一旦檢測到異常，立即啟動輸出保護(hù)，并且在設(shè)定的周期內(nèi)，檢測到異常消失，裝置又能自動啟動正常信號的輸出。

電源。發(fā)射裝置電源采用14ah鋰離子電池，充電器外界，采用標(biāo)準(zhǔn)的miniusb接口，可以跟普通手機(jī)充電器呼喚。標(biāo)準(zhǔn)品，維修更換簡單。逆變器為自行設(shè)計(jì)，并帶有充放電保護(hù)。

天線。裝置天線采用電力線纜，長度范圍1米～5000米。

圖3的發(fā)射機(jī)的工作流程為(補(bǔ)充描述下流程圖)

接收機(jī)包括：

1)天線。

2)前置放大器。

3)帶通濾波器。

4)超低頻放大器。

5)解碼器(arm實(shí)現(xiàn)的數(shù)字解調(diào))。

6)顯示器。

7)電源。

1)天線。無法按照常規(guī)超長波接收天線的尺寸去設(shè)計(jì)制作，但因?yàn)榻邮諜C(jī)距離天線非常接近，所以用特高頻天線也能接收到超低頻電磁信號。

2)前置放大器。我們所使用的載波頻率在超低頻頻段，前置放大器帶寬選擇在直流～20khz之間，也就是選用音頻放大器就能滿足設(shè)計(jì)要求。

3)帶通濾波器采用集成8階巴特沃茲10倍頻程的芯片，帶寬±3hz，將輸入音頻信號中的設(shè)定超低頻載波信號濾波出來。

4)超低頻放大器。將帶通濾波器輸出信號進(jìn)行放大，放大到cpu的ad能采樣的信號。

5)微控制器。cpu采用發(fā)射機(jī)相同的nuvoton公司的專門針對電池供電系統(tǒng)的m0型arm—nano102.接收機(jī)中的cpu接收頻道、信道，通過gpio控制帶通濾波器中心頻率，對超低頻放大器的輸出進(jìn)行采樣，然后計(jì)算信號強(qiáng)度，并且實(shí)現(xiàn)解碼，顯示器顯示。

6)顯示器。顯示信號強(qiáng)度。

7)電源。采用14ah鋰離子電池，充電器外界，采用標(biāo)準(zhǔn)的miniusb接口，可以跟普通手機(jī)充電器呼喚。標(biāo)準(zhǔn)品，維修更換簡單。逆變器為自行設(shè)計(jì)，并帶有充放電保護(hù)。

本項(xiàng)目的天線是一個有磁芯的螺線管線圈。我們可以把它視為一個在軸向無限長度的線圈，即磁偶極子，當(dāng)頻率f＝625～5khz，磁偶極子的輻射公式，我們可以知道發(fā)射機(jī)在一個波長之外的發(fā)射功率為零。由于我們的研究范圍比較小，所以我們接下來研究發(fā)射機(jī)附近的情況。

根據(jù)天線的理論知識，我們利用關(guān)系式：

求得偶極子產(chǎn)生的磁場為：

式中：s為等效電流環(huán)的面積，i為電流環(huán)的電流，k為傳播常數(shù)。

又因?yàn)?imgfile="bda0001194482720000063.gif"wi="275"he="107"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>求得電流環(huán)產(chǎn)生的電場為：

由此可見，電流環(huán)產(chǎn)生的磁場為te的波。又因?yàn)?，r*k<<1,所以可以簡化為：

hφ＝0

如果以sav表示平均波印廷矢量的模，則sav可用下式計(jì)算：

由上可知，在磁偶極子附近，平均波印廷矢量sav＝0。這一結(jié)果標(biāo)明，從電磁場、電磁波的觀點(diǎn)來看，目前研究的超低頻發(fā)射機(jī)，由于頻率特別低，可以近似地認(rèn)為，發(fā)射機(jī)不往外發(fā)射能量，所以超低頻發(fā)射機(jī)的功率不能按無線電輻射功率的計(jì)算方法來進(jìn)行計(jì)算。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的聯(lián)系是它們共同所在的、發(fā)射機(jī)通過電力線纜產(chǎn)生的空間電磁場。這正像一個空氣間隙特別大的變壓器的原邊和付邊線圈，是共同的電磁場把兩者聯(lián)系起來，傳遞信號。從這樣的機(jī)理出發(fā)，設(shè)計(jì)接收天線。

超低頻天線線圈的磁場分析

一般總是可以把有磁芯的、有一定軸向長度、徑向有一定厚度的多層螺線管簡化成一個無長度、無厚度的平面線圈，即磁偶極子。如：由前面磁偶極子磁場分布關(guān)系式可得：

因?yàn)閞*k<<1,所以磁場矢量可以用下式計(jì)算：

式中：

i為電流的有效值

de為線圈的等效直徑

s為線圈的等小面積

k為傳播常數(shù)

er為r方向單位向量

eθ為θ方向單位向量

作為電磁能量轉(zhuǎn)換用的電感元件，在電路中經(jīng)常使用，特別是在不同的電子電路中更是常見。為了縮小電感元件的體積，增加電感量，還在電感元件中裝入磁芯，由于磁性材料的非線性，給具有磁芯的螺線管電感量的計(jì)算帶來困難。至今還沒有一個穩(wěn)妥的、準(zhǔn)確的通用計(jì)算公式。

實(shí)踐證明，空心線圈的電感量的計(jì)算公式不能用于含有磁芯的螺線管電感量的計(jì)算。因此必須從實(shí)際出發(fā)，探討當(dāng)前比較符合實(shí)際的計(jì)算方法。

為了得到較為實(shí)用的公式，特作如下假定：

1)螺線管磁芯的相對導(dǎo)磁率ur足夠大，一般在。磁芯磁阻損失為零，即磁芯螺線管的導(dǎo)線視為一個磁偶極子。

2)空心螺線管按等效磁矩算得的等小直徑為：

3)螺線管的同一個橫截面是一個等磁位面?？招穆菥€管插入磁芯后，其直徑都增大一個磁芯的直徑。如果磁芯直徑為d0，空心時螺線管直徑也為d0(緊配合)，外徑為d1，有了磁芯，則其可等效外徑為d1+d0，和內(nèi)徑為2d0的空心多層螺線管。

4)根據(jù)第三條假設(shè)，先對有磁芯的螺線管進(jìn)行尺寸等效，然后計(jì)算等效螺線管的磁矩的等效直徑：

于是我們可以求得磁芯螺線管的磁通和電感量：

磁通

電感量

根據(jù)磁通、電感量、等效直徑，磁場強(qiáng)度就能計(jì)算出來：

接收機(jī)的天線置于發(fā)射機(jī)通過線纜產(chǎn)生的電磁場中，從天線上感應(yīng)的電動勢：

用有效值表示：

式中：n為接收天線的匝數(shù)

s為磁芯截面面積

b為磁芯中的感應(yīng)強(qiáng)度

從天線中感應(yīng)到的電磁場信號，送入前置放大器。前置放大器只是需要工作在音頻范圍，對放大器本身的要求不高，但對輸入阻抗要求盡可能高，我們選擇了jfet輸入型運(yùn)放，ne5532。開環(huán)放大倍數(shù)10000倍。

帶通濾波器：

帶通濾波器的功能是，將重心頻率意外的分量全部濾除，只保留載波頻率所含有的頻率分量。中心頻率只提供幾種固定頻率可選，625、1k、3k、5k等幾種。以1khz為例，要求濾波器的傳遞函數(shù)：

其頻率特性為：

其幅頻特性：

從而得到增益特性的表達(dá)式：

帶通濾波器要求的增益頻率特性：

在帶寬范圍內(nèi)，h(s)增益接近1，在帶寬范圍外，應(yīng)迅速衰減為零。

同時還應(yīng)該看到，增益特性與品質(zhì)因數(shù)有關(guān)，應(yīng)盡可能選擇品質(zhì)因數(shù)高的濾波器。

我們在接收機(jī)中選擇的帶寬濾波器為集成的8階10倍頻程巴特沃茲濾波器ltc1164-8.效果比較理想。

微控制器所選用的芯片與發(fā)射機(jī)一致，在此不再贅述。

不同之處在于接收機(jī)還需要用ad，對輸入信號進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣結(jié)果，計(jì)算電磁場強(qiáng)度，同時對輸入信號進(jìn)行解碼。并驅(qū)動顯示器顯示測量與分析結(jié)果。

電源。與發(fā)射機(jī)相同，不再贅述。

本實(shí)施例未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。