CN113516827A - 一种作业车辆临近线路预警装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种作业车辆临近线路预警装置和方法，包括：布设于作业车辆吊臂前端的预判模块1和通讯模块2以及报警模块3；预判模块1，包括：感应电极11、信号调理电路12和信号处理电路13；其中，信号调理电路12，用于实时将感应电极上产生的感应电荷转换为电压信号；信号处理电路13，用于当信号调理电路输出的电压信号达到预判条件时给出预警指令；通讯模块2，用于通过无线传输方式向报警模块传输信号处理电路发出的预警指令；报警模块3，用于在收到预警指令时发出报警信号。本发明采用感应电极11获取接近输电导线时的电压信号，在电压信号首次经过零点时给出预警，避免出现触电伤害施工人员等事件，保障现场作业机械及人员的安全。

Description

一种作业车辆临近线路预警装置和方法

技术领域

本发明涉及输电线路监测与作业安全防护技术领域，具体涉及一种作业车辆临近线路预警装置及方法。

背景技术

城市规模的扩大及基建项目加速实施导致原本远离市区的线路走廊成为了施工热点区域。吊车等大型工程机械在线路走廊下方进行施工时，常会因为赶工期等原因忽视现场安全工作规范，越过安全施工距离，导致机械触碰输电线路，造成线路跳闸、短路、导线损伤等，甚至发生现场人员触电身亡等事故。

线路外破事故频发已严重影响电网及现场施工人员生命安全的问题，外力破坏已经成为影响输电线路安全可靠运行的主要因素之一，据统计数据显示，由外力破坏所导致的电网事故比例约占线路故障总数的30％，其中大型机械违规作业导致的故障又占外力破坏总数的 60％左右。由此可见，线路走廊内大型机械的施工监控应该成为重点关注及防范目标。

目前外力破坏仍依赖于人工巡视，感知手段匮乏。监测手段方面，普遍采取的措施分为两类，一是由工作人员定期巡线、划出保护区范围、悬挂安全警示牌、在施工现场对操作人员进行安全培训等，该方式存在人员需求量大、人力成本高、人员无法监督等问题。二是通过在现场布设网络摄像头，通过3G/4G/5G等手段将视频数据实时传回监控中心，工作人员通过实时观看或图像处理算法等对外破事故进行判断，该方式存在易受天气影响，且受摄像头角度影响无法对外破进行及时预警等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种作业车辆临近线路预警装置，包括：

布设于作业车辆吊臂前端的预判模块1和通讯模块2以及布设于作业车辆上的作业人员操作室的报警模块3；

所述预判模块1，包括：感应电极11、信号调理电路12和信号处理电路13；

其中，所述信号调理电路12，用于实时将感应电极11上产生的感应电荷转换为电压信号；

所述信号处理电路13，用于当信号调理电路12输出的电压信号达到预判条件时给出预警指令；

所述通讯模块2，用于通过无线传输方式向报警模块3传输信号处理电路13发出的预警指令；

所述报警模块3，用于在收到预警指令时发出报警信号。

优选的，所述信号调理电路12，包括：采样电阻121，以及依次连接的差分放大器122、第一放大电路123和第二放大电路124；

所述采样电阻121一端接地、另一端与感应电极11连接；

所述第二放大电路124与信号处理电路13连接；

其中，所述差分放大器122用于将采样电阻121两端的电压差进行放大。

优选的，所述信号处理电路13，包括：依次连接的滤波电路、AD转换电路和微处理器；

所述滤波电路与信号调理电路12连接；

其中，所述微处理器用于实时监测AD转换电路输出的电压波形，并在所述电压波形达到预判条件时，向通讯模块2发出的预警指令。

优选的，所述预判条件为：

经过滤波和AD转换之后，电压信号幅值首次经过0点。

优选的，所述预判模块1、所述通讯模块2和所述报警模块3均通过电池供电；

所述通讯模块2利用天线21进行无线传输；

所述报警信号包括声音报警信号和光报警信号。

优选的，所述感应电极11由高导电金属及高阻非金属粘合而成。

优选的，所述感应电极11中的高导电金属选材为铜，所述高阻非金属选材为聚四氟乙烯。

进一步的，所述采样电阻121选材为玻璃釉电阻，阻值为10GΩ～1TΩ；

所述差分放大器122选择AD620；

所述第一放大电路123和第二放大电路124的放大倍数相同，增益为200～300倍。

进一步的，所述滤波电路的截止频率为100Hz。

基于同一种发明构思，本发明还提供一种作业车辆临近线路预警方法，包括：

预判模块1中信号调理电路12将预判模块1中感应电极11上产生的感应电荷转换为电压信号；

当信号调理电路12输出的电压信号达到预判条件时，预判模块1中信号处理电路13给出预警指令；

通讯模块2通过无线传输方式向报警模块3传输信号处理电路13发出的预警指令；

报警模块3在收到预警指令时发出报警信号。

进一步的，所述预判条件为：

经过滤波和AD转换之后，电压信号幅值首次经过0点。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供一种作业车辆临近线路预警装置及方法，包括：布设于作业车辆吊臂前端的预判模块1和通讯模块2以及布设于作业车辆上的作业人员操作室的报警模块3；所述预判模块1，包括：感应电极11、信号调理电路12和信号处理电路13；其中，所述信号调理电路12，用于实时将感应电极11上产生的感应电荷转换为电压信号；所述信号处理电路13，用于当信号调理电路12输出的电压信号达到预判条件时给出预警指令；所述通讯模块2，用于通过无线传输方式向报警模块3传输信号处理电路13发出的预警指令；所述报警模块3，用于在收到预警指令时发出报警信号。本发明提供的技术方案，采用感应电极11获取接近输电导线时的电压信号，并在电压信号首次经过零点时给出预警，避免出现触电伤害施工人员等事件，保障现场作业机械及人员的安全。

附图说明

图1为本发明提供的一种作业车辆临近线路预警装置结构图；

图2为本发明实施例中预判模块的布设示意图；

图3为本发明实施例中预判模块内剖图；

图4为本发明实施例中感应电极及信号调理电路原理示意图；

图5为本发明实施例中电压信号波形示意图；

图6为本发明提供的一种作业车辆临近线路预警方法流程图。

附图标记：

1.预判模块；2.通讯模块；3.报警模块；11.感应电极；12.信号调理电路；13.信号处理电路；14.电池；121.采样电阻；122.差分放大器；123.第一放大电路；124.第二放大电路；21. 天线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明提供了一种作业车辆临近线路预警装置，如图1所示，包括：布设于作业车辆吊臂前端的预判模块1、通讯模块2以及布设于作业人员操作室的报警模块3；

其中，所述预判模块1的布设示意图如图2所示，所述预判模块1的内剖图如图3所示；

所述预判模块1包括：感应电极11、信号调理电路12、信号处理电路13和电池14；

其中，信号调理电路12，用于实时将感应电极11上产生的感应电荷转换为电压信号，并将所述电压信号进行放大；

由如图4所示的感应电极11和信号调理电路12的工作原理示意图中可看出，信号调理电路12由采样电阻121、差分放大器122、第一放大电路123、第二放大电路124组成。

感应电极11经过采样电阻121接地，当感应电极11接近输电导线时，输电导线产生的电场会导致感应电极11上出现感应电荷，感应电荷通过采样电阻121流入大地，产生流过采样电阻121的感应电流，并在采样电阻121两端产生电压差。

差分放大器122将采样电阻121两端的电压差进行放大，并传送至第一放大电路123进行一级放大，之后经过第二放大电路124对电压信号进行二级放大，两级放大后的电压信号输出至信号处理电路13；

信号处理电路13用于当信号调理电路12输出的电压信号达到预判条件时给出预警指令；

信号处理电路13，包括：滤波电路、AD转换电路和微处理器；

所述滤波电路对信号进行低通滤波，去除高频噪声干扰；

所述AD转换电路将滤波电路输出的模拟电压信号转换为数字信号并传输给微处理器；

所述微处理器实时监测电压信号幅值，微处理器对幅值进行判别，当信号首次通过0点时给出预警指令；用如图5所示的接近220kV导线时得到电压曲线图进行举例说明，在2.5S 时电压信号首次通过0点(0点为装置报警阈值点)，此时微处理器应发出预警指令；

所述电池14为信号调理电路12和信号处理电路13供电。

另外，所述通讯模块2，用于通过无线传输方式向报警模块3传输信号处理电路13发出的预警指令；

其中，通讯模块2可以利用天线21进行无线传输；

另外，所述报警模块3，用于在收到预警指令时发出报警信号。

其中，所述报警信号包括声音预警及光预警，以提示操作人员停止作业，操作作业臂尽快远离输电导线；

为使预警装置的效果更好，预警装置中设备给出如下选型；

所述感应电极中11中的高导电金属优选铜，所述高阻非金属优选聚四氟乙烯；

所述信号调理电路12中的采样电阻121优选玻璃釉电阻，阻值可选10GΩ～1TΩ；

所述信号调理电路12中的差分放大器122优选AD620；

所述第一放大电路123、第二放大电路124放大倍数相同，增益为200～300倍，且二者须具有相同的放大参数、带宽等，优选OPA277；

所述滤波电路截止频率为100Hz。

实施例2：

本发明提供一种作业车辆临近线路预警方法，如图6所示，所述方法包括：

步骤s1:预判模块1中信号调理电路12将预判模块1中感应电极11上产生的感应电荷转换为电压信号；

步骤s2:当信号调理电路12输出的电压信号达到预判条件时，预判模块1中信号处理电路13给出预警指令；

步骤s3:通讯模块2通过无线传输方式向报警模块3传输信号处理电路13发出的预警指令；

步骤s4:报警模块3在收到预警指令时发出报警信号。

具体的，所述预判条件为：

经过滤波和AD转换之后，电压信号幅值首次经过0点。

其中，所述步骤S1中感应电极11在靠近输电线路时会产生感应电荷，因为感应电极11 经过采样电阻121接地，所以感应电荷通过采样电阻121流入大地，产生流过采样电阻121 的感应电流，并在采样电阻121两端产生电压差；

所述电压差经差分放大器122放大后，又经过第一放大电路123、第二放大电路124进行放大，得到的电压信号输出给信号处理电路13；

其中，步骤S2中滤波电路对所述电压信号进行低通滤波，去除高频噪声提高信号信噪比；

AD转换电路将滤波电路输出的模拟电压信号转换为数字信号并传输给微处理器；

所述微处理器实时监测电压信号幅值，微处理器对幅值进行判别，当信号首次通过0点时给出预警指令；

因为感应电流为感应电荷的微分，感应电荷量与场强成正比，故感应电流与场强变化量成正比，当吊臂前端接近输电线路过程中，距离输电线路最近点场强变化最大，故感应电流在该处产生最大变化，且在远离时，场强方向发生变化，故0点为距离线路最近点。

步骤S2中预警包括光预警和声音预警，步骤s3是以预警方式提示操作人员停止作业，操作作业臂尽快远离输电导线。

本发明提供的技术方案，采用感应电极11获取接近输电导线时的电压信号，并基于电压信号给出预警，该种方式具有全天候、无方向性、检测精度高等特点，能够可靠有效地在作业车辆吊臂距离输电导线的距离越过安全距离时给出预警，保障现场作业机械及人员的安全。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和 /或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种作业车辆临近线路预警装置，其特征在于，所述装置包括：布设于作业车辆吊臂前端的预判模块(1)和通讯模块(2)以及布设于作业车辆上的作业人员操作室的报警模块(3)；

所述预判模块(1)，包括：感应电极(11)、信号调理电路(12)和信号处理电路(13)；

其中，所述信号调理电路(12)，用于实时将感应电极(11)上产生的感应电荷转换为电压信号；

所述信号处理电路(13)，用于当信号调理电路(12)输出的电压信号达到预判条件时给出预警指令；

所述通讯模块(2)，用于通过无线传输方式向报警模块(3)传输信号处理电路(13)发出的预警指令；

所述报警模块(3)，用于在收到预警指令时发出报警信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号调理电路(12)，包括：采样电阻(121)，以及依次连接的差分放大器(122)、第一放大电路(123)和第二放大电路(124)；

所述采样电阻(121)一端接地、另一端与感应电极(11)连接；

所述第二放大电路(124)与信号处理电路(13)连接；

其中，所述差分放大器(122)用于将采样电阻(121)两端的电压差进行放大。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理电路(13)，包括：依次连接的滤波电路、AD转换电路和微处理器；

所述滤波电路与信号调理电路(12)连接；

其中，所述微处理器用于实时监测AD转换电路输出的电压波形，并在所述电压波形达到预判条件时，向通讯模块(2)发出的预警指令。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预判条件为：

经过滤波和AD转换之后，电压信号幅值首次经过0点。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预判模块(1)、所述通讯模块(2)和所述报警模块(3)均通过电池供电；

所述通讯模块(2)利用天线(21)进行无线传输；

所述报警信号包括声音报警信号和光报警信号。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述感应电极(11)由高导电金属及高阻非金属粘合而成。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述感应电极(11)中的高导电金属选材为铜，所述高阻非金属选材为聚四氟乙烯。

8.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述采样电阻(121)选材为玻璃釉电阻，阻值为10GΩ～1TΩ；

所述差分放大器(122)选择AD620；

所述第一放大电路(123)和第二放大电路(124)的放大倍数相同，增益为200～300倍。

9.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述滤波电路的截止频率为100Hz。

10.如权利要求1到9任一项所述的一种作业车辆临近线路预警装置的预警方法，其特征在于，所述方法包括：

预判模块(1)中信号调理电路(12)将预判模块(1)中感应电极(11)上产生的感应电荷转换为电压信号；

当信号调理电路(12)输出的电压信号达到预判条件时，预判模块(1)中信号处理电路(13)给出预警指令；

通讯模块(2)通过无线传输方式向报警模块(3)传输信号处理电路(13)发出的预警指令；

报警模块(3)在收到预警指令时发出报警信号。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述预判条件为：

经过滤波和AD转换之后，电压信号幅值首次经过0点。

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