一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统，所述系统至少包括10个直流合成场强探头、10个离子流密度探头、1台上位机和1个PC端；所述直流合成场强探头、离子流密度探头和上位机均采用内置的锂电池供电，便于长时间野外测量；所述每个直流合成场强和离子流密度探头采用无线通讯模块与上位机进行通讯，所述上位机与PC端之间通过USB连接线相连。测量布置和测点位置调整时非常方便，极大的提高了工作效率减小了劳动强度。此外该系统支持多台、高精度地同步测量直流合成场强、离子流密度，真实反映直流合成场强和离子流密度的水平与分布，可为超/特高压直流输电工程电磁环境的监测、评价和影响研究提供重要依据。

DC synthetic field strength and ion current density synchronous measuring system based on wireless communication

The invention relates to a DC electric field and ion current density based on wireless communication and synchronous measurement system, the system includes at least 10 DC electric field probe, 10 ion current density probe, 1 machine and 1 PC; the total electric field and ion current density probe probe and the host computer are using the built-in lithium battery, long time for field measurement; each of the DC electric field strength and ionic current density probe communication using wireless communication module and the host computer, the host computer and PC terminal through USB connecting line. The measuring arrangement and the measuring point position adjustment are very convenient, and the work efficiency is greatly improved, and the labor intensity is reduced. In addition, the system supports multiple high precision synchronous measurement of DC electric field, ion current density, reflect the level and distribution of DC electric field strength and ionic current density, can be ultra / monitoring, evaluation and impact of UHVDC transmission project to provide an important basis for the electromagnetic environment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统
本专利技术涉及一种同步测量系统，具体涉及一种无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统。
技术介绍
直流合成场强、离子流密度是直流电磁环境评价主要参数，与交流电场、磁场两侧对称和受外界环境影响变化较小不同，直流合成场强、离子流密度受风速、风向、气候等指标变化明显，极导线两侧离子流密度有明显差异，因此需要对线路两侧多个点位同时进行测量，并对测量数据进行统计分析。目前对直流合成场强、离子流密度多采用多个探头(一般两种都不少于10个)利用通讯电缆进行连接，由于探头较多，连线起来较为不便，而随着直流线路电压等级增加，极导线间距增加，需要测量的区域宽度大大增加，有线通讯方式布置和调整位置非常繁琐，测量效率低，同时合成场强和离子流密度多为分别开发的独立系统，每组合成场强和离子流密度测量数据时刻会有较大差异。为客观地测量直流合成场强、离子流密度的大小和极性，掌握其分布规律，必须采取统计方法，对大量的测量数据进行统计分析。因此，开发了一种具有统计分析功能、基于无线通讯技术的直流合成场强、离子流密度同步测量系统的具有重要意义。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统；可实现多台、高精度地同步测量。解决了现有测量装置采用有线通讯连接、调整测量位置繁琐和复杂，测量精度不高，测量时刻无法完全同步等不足。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统，所述系统至少包括10个直流合成场强探头、10个离子流密度探头、上位机和PC端；所述直流合成场强探头、离子流密度探头和上位机均采用内置的锂电池供电；每直流合成场强和离子流密度探头分别通过无线通讯模块与上位机建立无线通讯，所述上位机与PC端之间通过USB连接线相连。优选的，所述直流合成场强探头，包括场磨式电场仪；所述离子流密度探头，包括威尔逊板和nA级微电流计。优选的，所述无线通讯模块为nrf905无线模块，用于短距离无线通讯；或者采用运营商的通讯网络，以实现远距离无线通讯。优选的，所述直流合成场强探头，用于对叶片旋转产生交变的小电流信号进行电流/电压变换，并利用运算放大器将其放大至毫伏级以上；通过带通滤波器进行滤波后，将交流信号经相敏整流后转化为直流信号；并将所述直流信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号；所述离子流密度探头，用于对威尔逊板采集的小电流信号进行电流/电压变换，利用运算放大器放大至毫伏级以上；通过低通滤波后，将所述信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号。优选的，所述同步测量系统的操作过程包括：实际测量时，将多个直流合成场强探头和离子流密度探头设置在不同位置，每个直流合成场强探头和离子流密度探头一一对应分布于相同位置，每个探头均标有不同的地址编码；当上位机通过广播指令发出数据上传命令时，所有直流合成场强探头和离子流密度探头对当前测量数据打包，在上位机发出上传命令后，依次将测量数据通过无线通讯方式上传至上位机；上位机接收测量数据后，首先对该测量数据进行分析，获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度；其次将实际信号变化量上传至PC端，通过PC端对实际信号变化量对应的场强和离子流密度实时显示并进行相应处理，输出统计结果。进一步地，所述测量数据由合成场强和离子流信号处理电路产生，包括叶片旋转产生交变的小电流信号和威尔逊板采集的小电流信号。进一步地，所述获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度包括：针对零信号输入的AD值直接影响测量结果的情况，采用实时零点校正技术，在正常信号测试间隙对零输入信号进行测量，获取实际信号变化量；具体为：采用实时零点校正技术，在小电流信号输入与电流/电压转换间接入一个程序控制的高速开关，控制输入信号的输入和断开；当开关处于断开状态时，输入信号为零，整个信号处理电路获取零点处的AD转换值；当开关处于闭合状态时，信号正常输入，获取正常状态下的AD转换值与零点时的AD转换值的差值即为实际信号变化量；将该实际信号变化量标定至实际合成场强和离子流密度水平中，获取实际信号变化量对应的场强和离子流密度。进一步地，所述输出统计结果包括：PC端实时显示从各探头传输来的实际信号变化量对应的场强和离子流密度，前10个探头为合成场强测量结果，后10个探头为离子流密度测量结果；测量完成后，采用PC端应用程序将实际信号变化量按顺序排序，通过所述应用程序包含的特征值窗口自动输出统计结果。与现有技术相比，本专利技术达到的有益效果是：本专利技术的系统主要采用低功耗微处理器和元件，由锂电池供电，可采用平板电脑控制，便于长时间野外测量和携带，由于采用无线通讯，省去了20多个测量单元与上位机之间的连接线，测量布置和测点位置调整时都非常方便，极大的提高了工作效率减小了劳动强度。可实现多台、高精度地同步测量直流合成场强、离子流密度，真实反映直流合成场强和离子流密度的水平与分布，可为超/特高压直流工程电磁环境的监测、评价和影响研究提供重要依据。本专利技术采用全数字化显示，具有友好的人机界面，能便捷、有效、准确地测量直流输电工程的合成场强和离子流密度。根据超、特高压直流输电工程现场实测表明，采用本专利技术提出的同步测量系统可为高压直流工程的电磁环境的监测和评价提供重要依据。本专利技术的成果可应用于今后高压直流输电工程领域的合成场强与离子流密度的监测、环保验收和研究中，推广价值高，应用前景广。附图说明图1为本专利技术的测试系统结构示意图；图2为测试信号的输入输出流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的详细说明。如图1所示，一种基于无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统，所述系统至少包括10个直流合成场强探头、10个离子流密度探头、上位机和PC端；所述直流合成场强探头、离子流密度探头和上位机均采用内置的锂电池供电；每个直流合成场强和离子流密度探头分别无线通讯模块与上位机建立无线通讯，所述上位机与PC端之间通过USB连接线相连。直流合成场强探头，包括场磨式电场仪；所述离子流密度探头，包括威尔逊板(一般为1m2)和nA级微电流计。无线通讯模块为nrf905无线模块，用于短距离无线通讯；或者采用运营商的通讯网络，以实现远距离无线通讯。直流合成场强探头，用于对叶片旋转产生交变的小电流信号进行电流/电压变换，并利用运算放大器将其放大至毫伏级以上；通过带通滤波器进行滤波，将交流信号经相敏整流后转化为直流信号；并将所述直流信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号；离子流密度探头，通过对威尔逊板采集的小电流信号进行电流/电压变换，利用运算放大器放大至毫伏级以上；采用低通滤波器滤波后，将所述信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号。直流合成场强探头由直流带电导体上电荷产生的场和导体电晕引起的离子共同作用产生，而离子流密度受风速等气象因素影响经常在变化，风速较大时每一时刻合成场强和离子流密度测量结果都不一样，传统的测量方法合成场强和离子流密度是两套独立的系统，难以实现测量时刻的同步，从而无法真实反映离子流密度、合成场强的变化规律，以及离子流密度变化对合成场强的影响。本专利技术直流合成场强探头和离子流密度探头的信号检测和数据上传，由上位机和PC端统一控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统，其特征在于，所述系统至少包括10个直流合成场强探头、10个离子流密度探头、1台上位机和1个PC端；所述直流合成场强探头、离子流密度探头和上位机均采用内置的锂电池供电；每个直流合成场强和离子流密度探头通过无线通讯模块与上位机建立无线通讯，所述上位机与PC端之间通过USB连接线相连。

【技术特征摘要】
1.一种无线通讯的直流合成场强、离子流密度同步测量系统，其特征在于，所述系统至少包括10个直流合成场强探头、10个离子流密度探头、1台上位机和1个PC端；所述直流合成场强探头、离子流密度探头和上位机均采用内置的锂电池供电；每个直流合成场强和离子流密度探头通过无线通讯模块与上位机建立无线通讯，所述上位机与PC端之间通过USB连接线相连。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流合成场强探头，包括场磨式电场仪；所述离子流密度探头，包括威尔逊板和nA级微电流计。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线通讯模块为nrf905无线模块，用于短距离无线通讯；或者采用运营商的通讯网络，以实现远距离无线通讯。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流合成场强探头，用于对叶片旋转产生交变的小电流信号进行电流/电压变换，并利用运算放大器将其放大至毫伏级以上；通过带通滤波器进行滤波，将交流信号经相敏整流后转化为直流信号；并将所述直流信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号；所述离子流密度探头，通过对威尔逊板采集的小电流信号进行电流/电压变换，利用运算放大器放大至毫伏级以上；通过低通滤波后，将所述信号进行A/D转换，储存转化后的数字信号。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述同步测量系统的操作过程包括：实际测量时，将多个直流合成场强探头和离子流密度探头设置在不同位置，每个直流合成场强探头和离子流密度探头一一对应分布于相同位置，每个探头均标有不同的地址编码；当上位机通过广播指令发出数据上传命令时，所有直流合成场强探头和离子流密度探头对当前测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张业茂，倪园，刘健犇，李妮，刘兴发，万皓，王延召，谢辉春，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11