本发明专利技术涉及一种基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置及方法，属于带电作业安全预警技术领域。该装置包括拾音器、模拟信号处理电路、模数转换电路、主控制器、存储器、蜂鸣器、报警指示灯、电源模块和电池；拾音器、模拟信号处理电路、模数转换电路、主控制器顺序连接；电池与电源模块相连；电源模块分别与模拟信号处理电路、模数转换电路、主控制器、存储器、蜂鸣器、报警指示灯相连；主控制器还分别与蜂鸣器、报警指示灯相连。本发明专利技术装置结构简单，使用方便，基于声学检测原理，不易受电磁场的干扰，可有效降低误报的概率，除了判断安全间距外，还可自动识别设备类型及电压等级，预警信息更全面，易于推广应用。
【技术实现步骤摘要】
一种基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置及方法
本专利技术属于带电作业安全预警
，特别属于基于设备噪音识别的带电作业安全预警
，具体涉及一种基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置及方法。
技术介绍
随着电网覆盖范围的不断完善以及用电需求的不断增加，为了提高电力输送的效率，降低沿途损耗，目前普遍采用高压输电的方式进行电力传输，包括常用的10kV、35kV、110kV、220kV、1000kV交流输电以及500kV、800kV直流输电。随着输电电压的不断提高，在改善电力输送效率的同时，也增加了带电作业的危险性，使得带电作业过程中必须预留更大的安全间距，才能保证作业人员的人身安全。但由于电力作业现场环境的多样性，涵盖了室内和室外作业场景，甚至包括野外作业环境，这就为带电作业安全间距的判断和标示带来了困难。针对电力生产作业过程中带电作业安全间距的判断和标示问题，目前采取的措施主要包括以下几种：对于作业现场环境条件相对好的场景，比如变电站或室内环境，可采用在地面和带电设备上刷涂标志线、悬挂警示牌的方式对作业安全间距进行被动提醒；可采用专业的电场强度检测设备对作业现场的电场分布进行测定；可采用基于电磁场感应原理的传感器对作业现场的电场强度进行粗略测量，以判断作业人员所处位置是否在安全范围内。但上述方法尚存在一些不足：通过刷涂标志线、悬挂警示牌的方式对作业安全间距进行被动提醒虽然比较简单直观，但是该方法对于野外作业环境不适用，且标志线和警示牌容易受老化或积垢的影响而导致难以辨识；采用专业的电场强度检测设备具有较高的测量精度，但这类设备体积较大，价格较昂贵，难以广泛应用；采用基于电磁场感应原理的传感器虽然可以方便地集成到可穿戴式设备中，但是对于变电站等复杂的电磁场环境，传感器容易受到外部噪声场的影响而导致误报。因此如何克服现有技术的不足是目前带电作业安全预警
亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置及方法，通过检测电力设备工作过程中产生的噪音，并与不同设备不同工作电压等级下的工作噪音特征数据进行对比，通过频谱对比的方式实现对设备类型和设备工作电压等级的识别，然后根据声波在空气中传播的强度衰减公式实现对作业人员与电力设备之间间距的计算，以判断作业人员是否处于安全间距范围内，并通过声光报警的方式进行安全预警。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置，包括拾音器、模拟信号处理电路、模数转换电路、主控制器、存储器、蜂鸣器、报警指示灯、电源模块和电池；所述的拾音器、模拟信号处理电路、模数转换电路、主控制器顺序连接；电池与电源模块相连；电源模块分别与模拟信号处理电路、模数转换电路、主控制器、存储器、蜂鸣器、报警指示灯相连；主控制器还分别与存储器、蜂鸣器、报警指示灯相连；拾音器用于采集电力作业现场的设备工作噪音；模拟信号处理电路用于对拾音器采集到的电力作业现场的设备工作噪音进行处理，以放大信号幅值并滤除高频谐波噪声，得到模拟音频信号；模数转换电路用于将模拟信号处理电路处理后的模拟音频信号转换为数字音频信号；存储器用于保存不同电压等级下不同设备的工作噪音特征数据及安全间距阈值；主控制器用于对模数转换电路传来的数字音频信号进行分析处理并与存储器内存储的不同电压等级下不同设备的工作噪音特征数据进行对比，根据噪音的频谱特征实现对设备类型、工作电压等级的判断并计算作业人员与设备之间间距，当间距低于存储器内存储的相应的安全间距阈值时，控制蜂鸣器和报警指示灯工作报警；电源模块用于对电池的电压进行变换，以适合模拟信号处理电路、模数转换电路、主控制器、存储器、蜂鸣器、报警指示灯对于工作电压的需求。进一步，优选的是，模拟信号处理电路由放大电路和滤波电路构成。其中放大电路采用由高速运算放大器搭建的负反馈运算放大电路，放大增益可通过主控制器进行调整控制，单位增益带宽不低于1MHz，用于对拾音器所采集到的噪音信号进行幅值放大；滤波电路可采用无源低通滤波方式或有源低通滤波方式，用于滤除高频谐波噪声。进一步，优选的是，主控制器采用工业级微控制器，主频不低于100MHz，工作温度下限不高于-40℃，工作温度上限不低于+85℃。进一步，优选的是，存储器采用EEPROM、FLASH或FRAM型存储芯片作为存储介质。进一步，优选的是，工作噪音特征数据包括噪音频谱、工作电压等级以及对应工作电压等级下设备本体所处位置的噪音强度。进一步，优选的是，所述的带电作业安全预警装置安装或集成在带电作业现场的作业人员的安全头盔或衣服外表面上。本专利技术同时提供一种基于设备噪音识别的带电作业安全预警方法，采用上述基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置，包括如下步骤：步骤（1），利用拾音器采集电力作业现场的设备工作噪音；步骤（2），模拟信号处理电路将采集到的电力作业现场的设备工作噪音进行处理，以放大信号幅值并滤除高频谐波噪声，得到模拟音频信号，之后，模数转换电路将模拟信号处理电路处理后的模拟音频信号转换为数字音频信号；步骤（3），主控制器对数字音频信号进行分析处理，获得数字音频信号中的噪音频谱及不同频率成分的噪音强度；步骤（4），主控制器将获得的数字音频信号中的噪音频谱与存储器中所保存的不同电压等级下不同设备的工作噪音特征数据库进行频谱比对，从而确定设备的类型和工作电压等级；步骤（5），主控器读取存储器中所保存的工作噪音特征数据库中所保存的对应工作电压等级下设备本体所处位置的噪音强度，并根据声波在空气中传播的强度衰减公式，计算作业人员与设备之间的间距；步骤（6），当工作人员与设备之间的间距小于存储器中所保存的安全间距阈值时，主控制器控制蜂鸣器和报警指示灯工作，实现对工作人员的安全预警提示。进一步，优选的是，步骤（3）中，主控制器对数字音频信号进行分析处理是采用FFT算法对数字音频信号进行离散傅里叶变换处理。本专利技术模数转换电路优选采用高速差分模数转换芯片搭建，采样速率不低于1MSPS，分辨率不低于16位。所述电源模块可采用DC-DC或LDO芯片进行搭建。请给出本专利技术采用的声波在空气中传播的强度衰减公式可以为哪些（建议给出参考文献）声波在空气中传播的强度衰减公式为其中I0为声源处的声波强度，x为声波的传播距离，α为声波的衰减系数，I为声波传播x距离后的强度，e为自然常数。参考文献：《超声手册》，冯若主编，南京大学出版社出版，1999年10月第1版本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：（1）本专利技术提出的一种基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置和方法，基于声学检测原理，不易受电磁场的干扰，可有效降低误报的概率；（2）本专利技术装置结构简单，可方便地集成到工作包、工作服、安全头盔等各类可穿戴式配件中；（3）本专利技术除了判断安全间距外，还可自动识别设备类型及电压等级，预警信息更全面。附图说明图1是基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置的结构示意图；其中，1、拾音器；2、模拟信号处理电路；3、模数转换电路；4、主控制器；5、存储器；6、蜂鸣器；7、报警指示灯；8、电源模块；9、电池；图2是本专利技术实施例所采用的模拟信号处理电路的电路图；图3为本专利技术实施例所采用的模数转换本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置，其特征在于：包括拾音器（1）、模拟信号处理电路（2）、模数转换电路（3）、主控制器（4）、存储器（5）、蜂鸣器（6）、报警指示灯（7）、电源模块（8）和电池（9）；所述的拾音器（1）、模拟信号处理电路（2）、模数转换电路（3）、主控制器（4）顺序连接；电池（9）与电源模块（8）相连；电源模块（8）分别与模拟信号处理电路（2）、模数转换电路（3）、主控制器（4）、存储器（5）、蜂鸣器（6）、报警指示灯（7）相连；主控制器（4）还分别与存储器（5）、蜂鸣器（6）、报警指示灯（7）相连；拾音器（1）用于采集电力作业现场的设备工作噪音；模拟信号处理电路（2）用于对拾音器（1）采集到的电力作业现场的设备工作噪音进行处理，以放大信号幅值并滤除高频谐波噪声，得到模拟音频信号；模数转换电路（3）用于将模拟信号处理电路（2）处理后的模拟音频信号转换为数字音频信号；存储器（5）用于保存不同电压等级下不同设备的工作噪音特征数据及安全间距阈值；主控制器（4）用于对模数转换电路（3）传来的数字音频信号进行分析处理并与存储器（5）内存储的不同电压等级下不同设备的工作噪音特征数据进行对比，根据噪音的频谱特征实现对设备类型、工作电压等级的判断并计算作业人员与设备之间间距，当间距低于存储器（5）内存储的相应的安全间距阈值时，控制蜂鸣器和报警指示灯工作报警；电源模块（8）用于对电池（9）的电压进行变换，以适合模拟信号处理电路（2）、模数转换电路（3）、主控制器（4）、存储器（5）、蜂鸣器（6）、报警指示灯（7）对于工作电压的需求。...
【技术特征摘要】
1.一种基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置，其特征在于：包括拾音器（1）、模拟信号处理电路（2）、模数转换电路（3）、主控制器（4）、存储器（5）、蜂鸣器（6）、报警指示灯（7）、电源模块（8）和电池（9）；所述的拾音器（1）、模拟信号处理电路（2）、模数转换电路（3）、主控制器（4）顺序连接；电池（9）与电源模块（8）相连；电源模块（8）分别与模拟信号处理电路（2）、模数转换电路（3）、主控制器（4）、存储器（5）、蜂鸣器（6）、报警指示灯（7）相连；主控制器（4）还分别与存储器（5）、蜂鸣器（6）、报警指示灯（7）相连；拾音器（1）用于采集电力作业现场的设备工作噪音；模拟信号处理电路（2）用于对拾音器（1）采集到的电力作业现场的设备工作噪音进行处理，以放大信号幅值并滤除高频谐波噪声，得到模拟音频信号；模数转换电路（3）用于将模拟信号处理电路（2）处理后的模拟音频信号转换为数字音频信号；存储器（5）用于保存不同电压等级下不同设备的工作噪音特征数据及安全间距阈值；主控制器（4）用于对模数转换电路（3）传来的数字音频信号进行分析处理并与存储器（5）内存储的不同电压等级下不同设备的工作噪音特征数据进行对比，根据噪音的频谱特征实现对设备类型、工作电压等级的判断并计算作业人员与设备之间间距，当间距低于存储器（5）内存储的相应的安全间距阈值时，控制蜂鸣器和报警指示灯工作报警；电源模块（8）用于对电池（9）的电压进行变换，以适合模拟信号处理电路（2）、模数转换电路（3）、主控制器（4）、存储器（5）、蜂鸣器（6）、报警指示灯（7）对于工作电压的需求。2.根据权利要求1所述的基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置，其特征在于：模拟信号处理电路（2）由放大电路和滤波电路构成。3.根据权利要求1所述的基于设备噪音识别的带电作业安全预警装置，其特征在于：主控制器（4）采用工业级微控制器，主频不低于100MHz，工作温度下限不高于-40℃，工作温度上...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨家崇，何俊，金伟，孙潍，
申请(专利权)人：云南兆讯科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：云南,53
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