低壓用戶串戶及共零檢測裝置的制作方法

本發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：

近年來，為履行對社會服務承諾，構建高質量的供電網絡，供電部門對低壓部分的接戶線、表箱、表計、低壓線路等低壓系統的改造工作不斷深入開展，改造的數量相當龐大，在改造工作任務進行管理過程中，發現了一些涉及工程質量及工程安全生產的問題，如：

1.1用戶表計“串戶”，引起計量出錯，用戶投訴，引發社會矛盾；

1.2老舊小區因原零線共用無法排查，致使無法按智能表箱配置進行兩相接入，而還是單相火線接入，引起供電穩定及現場操作安全問題，年度內也曾發生一起因小區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險和操作風險極大，必須消除。

如何對老舊小區的“共零”或“串戶”排查？傳統的解決方法是，拆除智能表箱內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線空開，在然后用萬用表、試驗燈泡或低壓線路載波分析方式再來一一對應。這種方法能直接測試出導線首末關系，但因現實生活中，供電部門想隨時進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，需花費大量時間去進行戶表對應。故傳統方法理論上行得通，但現實生產中卻做不到。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，而提供一種一種基于無線發送接收，不用入戶就能準確定位表計“串戶”或戶表對應關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射機和接收機兩部分，所述的超低頻信號發射機包括有人機接口、微控制器、載波信號發生器、功率放大器、輸出保護電路、電源和天線，電源給人機接口、微控制器、載波信號發生器、功率放大器及輸出保護電路供電，人機接口、微控制器、載波信號發生器、功率放大器、輸出保護電路及天線依次連接，用戶通過人機接口設置分頻控制，微控制器通過預先編制好的協議，從人機接口接收到設定值，然后把數據編好碼，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，天線接收發射機發送的信號，信號經前置放大放大，帶通濾波器將輸入音頻信號中的設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行采樣，然后計算信號強度，并且實現解碼，顯示器顯示。

本發明通過采用發射機給供電線路加載超低頻信號于供電線纜中，使用無線接收機在線纜沿途和線纜入戶處，接收到發射機發送的經過編碼的信號，由接收機解調出有效信號。完成確定發射機與接收機一一對應的線纜關系，從而達到快速準確判定串戶與共零現象是否存在，和發生串戶的具體位置。

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

發射機從輸入設備接收到信息，對信源數據進行編碼和對輸出通道進行編碼，為實現多通道同時檢測，發射機預留下多通道數據調制發送。同時控制信號的頻率、信道、工作時間、間隙時間等

接收機通過線圈接收空間無線電信號，經過第一級放大后，接入一個8階帶通濾波器，然后再進入低頻信號放大器，由計算機ad進行采樣，解調出有效信號，還原出發射機的編碼，并在顯示器上顯示出信號強度，并預留出信道編號。

所述的功率放大器工作在d類狀態。

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

所述的發射機的天線采用電力線纜。

所述的發射機包含有初始化模塊、數據接收解析模塊、編碼模塊及定時模塊，用于負責設置arm各外設功能模塊的初始值，裝置在上電后的默認狀態；數據接收解析模塊由cpu根據接收到的設置參數進行解析，按照裝置工作方式進行解析，確定載波中心頻率，調制信號，工作、間歇時間參數；所述的編碼模塊負責將讀取的數據進行適當的編碼；所述的定時模塊根據設定的參數，確定裝置工作與間歇時間。

所述的接收機的天線采用特高頻天線。

所述的接收機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，本發明相比現有技術如下優點：

采用本發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質量8.2施工改造建設中，可在送電前先行進行運行驗收或自檢，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進場，耗時耗人工且危險，降低工程建設成本。同時解決老舊小區低壓用戶的歷史“共零”問題，戶表關系能對應，首先能提高用戶搶修的工作效率，節約公司搶修成本，第二能提高運行維護或搶修人員的操作安全，人身安全方面，其經濟效益無法估量。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，其經濟損失更是巨大。

附圖說明

圖1是本發明的發射機的原理框圖。

圖2是本發明的發射機的控制系統圖。

圖3是本發明的發射機流程圖。

圖4本發明的發射機的硬件框圖。

圖5是接收機的原理框圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進行更詳細的描述。

實施例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射機和接收機兩部分：

所述的發射機包括有

1)一個人機接口，用來設置發射機工作的頻率、信道。

2)微控制器輸出經過編碼的調制信號。

3)高穩的石英晶體振蕩器、分頻器構成超低頻載波信號。

4)功率放大器。

5)輸出保護。

6)電源。

發射機硬件電路總的說來分為數字電路模塊，和模擬電路模塊。

數字電路模塊按照經典的nano102小型系統來設計，設計簡潔，性能穩定，誤碼率低，符合整機設計要求。

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

編碼信號由arm直接輸出，載波信號由石英晶體振蕩器經分頻器產生，分頻控制由用戶通過人機接口設置，cpu解析，gpio控制。

調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。

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

電源。發射裝置電源采用14ah鋰離子電池，充電器外界，采用標準的miniusb接口，可以跟普通手機充電器呼喚。標準品，維修更換簡單。逆變器為自行設計，并帶有充放電保護。

天線。裝置天線采用電力線纜，長度范圍1米～5000米。

圖3的發射機的工作流程為(補充描述下流程圖)

接收機包括：

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實現的數字解調)。

6)顯示器。

7)電源。

1)天線。無法按照常規超長波接收天線的尺寸去設計制作，但因為接收機距離天線非常接近，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計要求。

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行放大，放大到cpu的ad能采樣的信號。

5)微控制器。cpu采用發射機相同的nuvoton公司的專門針對電池供電系統的m0型arm—nano102.接收機中的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行采樣，然后計算信號強度，并且實現解碼，顯示器顯示。

6)顯示器。顯示信號強度。

7)電源。采用14ah鋰離子電池，充電器外界，采用標準的miniusb接口，可以跟普通手機充電器呼喚。標準品，維修更換簡單。逆變器為自行設計，并帶有充放電保護。

本項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，當頻率f＝625～5khz，磁偶極子的輻射公式，我們可以知道發射機在一個波長之外的發射功率為零。由于我們的研究范圍比較小，所以我們接下來研究發射機附近的情況。

根據天線的理論知識，我們利用關系式：

求得偶極子產生的磁場為：

式中：s為等效電流環的面積，i為電流環的電流，k為傳播常數。

又因為求得電流環產生的電場為：

由此可見，電流環產生的磁場為te的波。又因為，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可用下式計算：

由上可知，在磁偶極子附近，平均波印廷矢量sav＝0。這一結果標明，從電磁場、電磁波的觀點來看，目前研究的超低頻發射機，由于頻率特別低，可以近似地認為，發射機不往外發射能量，所以超低頻發射機的功率不能按無線電輻射功率的計算方法來進行計算。發射機與接收機之間的聯系是它們共同所在的、發射機通過電力線纜產生的空間電磁場。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系起來，傳遞信號。從這樣的機理出發，設計接收天線。

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系式可得：

因為r*k<<1,所以磁場矢量可以用下式計算：

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

er為r方向單位向量

eθ為θ方向單位向量

作為電磁能量轉換用的電感元件，在電路中經常使用，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算帶來困難。至今還沒有一個穩妥的、準確的通用計算公式。

實踐證明，空心線圈的電感量的計算公式不能用于含有磁芯的螺線管電感量的計算。因此必須從實際出發，探討當前比較符合實際的計算方法。

為了得到較為實用的公式，特作如下假定：

1)螺線管磁芯的相對導磁率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。空心螺線管插入磁芯后，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，和內徑為2d0的空心多層螺線管。

4)根據第三條假設，先對有磁芯的螺線管進行尺寸等效，然后計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

根據磁通、電感量、等效直徑，磁場強度就能計算出來：

接收機的天線置于發射機通過線纜產生的電磁場中，從天線上感應的電動勢：

用有效值表示：

式中：n為接收天線的匝數

s為磁芯截面面積

b為磁芯中的感應強度

從天線中感應到的電磁場信號，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輸入型運放，ne5532。開環放大倍數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：

其頻率特性為：

其幅頻特性：

從而得到增益特性的表達式：

帶通濾波器要求的增益頻率特性：

在帶寬范圍內，h(s)增益接近1，在帶寬范圍外，應迅速衰減為零。

同時還應該看到，增益特性與品質因數有關，應盡可能選擇品質因數高的濾波器。

我們在接收機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射機一致，在此不再贅述。

不同之處在于接收機還需要用ad，對輸入信號進行采樣，根據采樣結果，計算電磁場強度，同時對輸入信號進行解碼。并驅動顯示器顯示測量與分析結果。

電源。與發射機相同，不再贅述。

本實施例未述部分與現有技術相同。