專利名稱：一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于空間電磁波信號檢測領域，特別是一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，其主要是用于測定雷電探測器的背景電磁波噪聲強度。
背景技術：
雷電探測器是一種用于探測雷電電磁波信號的自動化電子設備，為使雷電探測器具有良好的信號識別能力，通常，雷電探測器對工作環(huán)境的背景電磁波噪聲強度有嚴格的要求，因此，在雷電探測器使用前，需要對其實際工作環(huán)境的背景電磁波噪聲進行預先測定，以判定是否符合雷電探測器放置條件?，F有使用的背景電磁波噪聲強度檢測裝置其測定方法是采用模擬電子技術，以基準電壓為參考，將感應到的電磁波信號強度進行對比，通過指示燈的方式判斷當前背景噪聲是否超標，其不足之處是1、強度指示不直觀，需要一定的經驗來判定噪聲水平；2、基準參數設置不便；3、電磁場檢測通道有限，無法完成對電場信號檢測；4、模擬電路工作參數易受環(huán)境條件的影響；5、功耗較高。此外，中國專利文獻CN 97226742. 5公開的《手持式場強儀》，主要用于有線電視信號的測量。該手持式場強儀由殼體和內部電路組成，內部電路由微處理器、衰減網絡、調諧電路、混頻電路、整流檢波對數放大電路、音頻輸出電路、信號輸出顯示電路、供電電源電路及輸入鍵盤組成，其中混頻電路、整流檢波對數放大電路由特定型號的芯片構成。該手持式場強儀具有全數字顯示、可連續(xù)調諧、電池欠壓監(jiān)測、節(jié)能和便攜的特點。中國專利文獻CN00262814. 7公開的《50Hz工頻電場場強儀》屬于50Hz工頻電場強度的測量裝置。該測量裝置的實現必須解決以下技術問題，一是需要制作一種適合測量 50Hz工頻電場的電場傳感器，二是要求該測量裝置操作簡便，安全性好，而且測量數據準確和數碼顯示清晰。該測量裝置的電子電路采用模擬集成電路和數字集成電路等元件設計， 并使用液晶數碼顯示50Hz工頻電場強度。該測量裝置由絕緣棒支撐，操作者手持絕緣棒尾部就能進行50Hz工頻電場空間場強分布的非接觸性懸置測量。該測量裝置適用于電力系統(tǒng)、變電站、發(fā)電廠和大型輸電單位，對高低壓輸電線路和輸電設備周圍空間50Hz工頻電場強度的測量。此外，其也可用于60Hz工頻電場強度的測量。中國專利文獻CN02259029. 3公開的《低頻時碼信號場強儀》它包括低頻時碼接收電路和用于對整機進行控制的控制電路，低頻時碼接收電路的輸出端接控制電路。其采用單頻接收，液晶顯示，能自動記錄長時間測量的數據和定位數據，避免了指針儀表帶來的人為誤差和讀數麻煩。該低頻時碼信號場強儀主要是對時碼電波信號進行檢測，測量帶寬窄，
測量信號單一。中國專利文獻CN 02113101. 5公開的《移動式空間電磁環(huán)境測定與分析方法》和中國專利文獻CN 200410013862. 4公開的《空間電磁環(huán)境移動式測定與分析的方法》是一種將全向天線、電磁場強儀(頻譜分析)、地理空間定位儀、電磁場強儀數據轉換插卡、空間電磁環(huán)境基礎數據存儲器、地理信息系統(tǒng)GIS集成在移動載體如車輛上，實現空間電磁環(huán)境移動式測定與分析。將空間電磁環(huán)境測量分析與地理空間定位技術相結合，動態(tài)采集電
3磁環(huán)境輻射空間分布的基本數據，并用地理信息系統(tǒng)GIS處理，以電子地圖方式顯示。該技術方便對空間電磁環(huán)境的測量、分析、處理與管理，以及電磁環(huán)境數據的使用如查詢、顯示。中國專利文獻CN 200910019496. 6公開的《一種基于GIS的電磁波自動監(jiān)測與分析系統(tǒng)》包括電磁波場強儀數據采集處理模塊、手動輸入模塊、GPS數據采集處理模塊、實時曲線模塊、數據庫模塊、電子地圖展示模塊、數據展示模塊、等值線模塊和覆蓋分析模塊。該發(fā)明實現了電磁信號的實時接收以及覆蓋分析，能夠完成場強數據和空間定位數據的實時采集處理，繪制場強隨時間變化的實時曲線，監(jiān)測車輛行駛軌跡顯示以及場強覆蓋圖的繪制。將場強監(jiān)測設備和地理信息及數據庫集成在監(jiān)測車輛上，完成信息的自動實時采集和分析工作，大大縮短了數據采集時間和繪圖的精確度，而且便于歷史數據的比對和查詢工作。據申請人所知，上述現有技術涉及的電磁波信號強度探測裝置是以某一特定頻段 (限于50Hz工頻及50Hz以上頻率)的電磁波信號為檢測對象，探測頻率寬度較窄，無法滿足對低頻/甚低頻電磁波信號范圍的有效覆蓋。而寬頻帶或者全頻帶電磁波檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)設備眾多，測量系統(tǒng)結構復雜，以車載方式移動，不便于局部或特定區(qū)域的電磁波信號強度的測量，特別是針對雷電定位系統(tǒng)站址附近背景噪聲的檢測更為不便，例如建筑物樓頂、 鐵塔等。另一方面，現有裝置主要是單路通道檢測電磁場強度，無法同時提供電場、磁場分量強度的檢測，如需獲得多種信息需添置更多設備。申請人在研究中發(fā)現，現有的電磁波信號強度探測裝置由于其性能所限，結構設計不盡合理，使用環(huán)境受到限制，難以滿足雷電探測站選址的需要，而要準確了解雷電探測站預選站址的電磁場背景噪聲強度，包括電場分量和磁場分量信息，需要對現有裝置進行改進。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是，針對上述裝置的不足，進行改進，提出一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，其是一種數字式的、具備多路信號采集、顯示輸出和參數設置等功能的低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置。本發(fā)明的技術解決方案是采用天線、前端信號處理單元、A/D采樣單元、中央處理單元、顯示單元、信號指示單元、輸入單元、通信接口和電源單元，其特征在于，天線的輸出端與前端信號處理單元的輸入端相連，前端信號處理單元的輸出端與A/D采樣單元的輸入端相連，A/D采樣單元的輸出端與中央處理單元的信號輸入端相連，中央處理單元的輸出端分別與顯示單元、信號指示單元相連接，中央處理單元與通信接口相連，輸入單元的輸出口與中央處理單元的輸入口相連。 其特征在于，天線包含電場天線和磁場天線。其特征在于，電場天線采用平板電容式電場天線。其特征在于，磁場天線采用正交型框型天線。其特征在于，信號指示單元包括信號指示燈單元和蜂鳴器單元。其特征在于，前端信號處理單元包含三路輸入端和三路輸出端。其特征在于，通信接口可配接外圍擴展設備。其特征在于，外圍擴展設備采用GPS單元。其特征在于，中央處理單元配接有存儲單元。
本發(fā)明的優(yōu)點是設計合理，結構新穎，可實現對低頻/甚低頻電磁波信號范圍的有效覆蓋，可直觀顯示當前時間段內背景電磁場信號強度，并可根據需要靈活設置強度顯示類型；具備三路信號實時同步檢測能力；基準參數可靈活設置，具有多種信號提示或指示功能；由于采用了數字信號實現方式，使得本發(fā)明的環(huán)境穩(wěn)定性高，且能通過通信接口實現數據擴展，功耗低。


圖1、本發(fā)明的基本結構示意2、本發(fā)明的優(yōu)選的結構示意圖
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明由天線、前端信號處理單元3、A/D采樣單元4、中央處理單元 5、顯示單元6、信號指示單元、輸入單元9、通信接口 10和電源單元11組成。其中，天線包括有電場天線1和磁場天線2。電場天線1和磁場天線2分別與前端信號處理單元3配接。 電場天線1采用平板電容式電場天線，空間電磁場產生的電場變化會在電場天線1的兩個極板間產生變化的電場信號，電場天線1的輸出端將此信號輸出至前端信號處理單元3的電場信號輸入端。磁場天線2采用正交型框型天線，空間電磁場產生的磁場變化會在兩個正交的框型線圈中產生兩路正交的感應電動勢，磁場天線2的輸出端分別將上述兩路信號輸出至前端信號處理單元3的兩路磁場信號輸入端。前端信號處理單元3的輸出端與A/D采樣單元4的輸入端相連。前端信號處理單元3是一種能將三路信號并行處理的模擬信號處理部件，其主要作用是對輸入來的三路信號進行放大、濾波處理，并將信號調理至所設定的動態(tài)范圍內。前端信號處理單元3的有效工作頻段處于低頻/甚低頻段，可有效提高目標信號的信噪比。經過前端信號處理單元3處理后的三路模擬信號將由前端信號處理單元3的輸出端輸出至A/D采樣單元4的輸入端。A/D采樣單元4的輸出端與中央處理單元5的信號輸入端相連，A/D采樣單元4是一個模數轉換單元，其作用是將前端信號處理單元3傳送過來的模擬信號轉變?yōu)榭捎糜跀底中盘柼幚淼臄底中盘枴？紤]到信號處理的實時性和同步性，本發(fā)明采用的是并行處理方式。經過A/D采樣單元4處理后的三路數字信號將由A/D采樣單元4的輸出端輸出至中央處理單元5的信號輸入端。中央處理單元5的輸出端分別與顯示單元6、信號指示單元相連接。中央處理單元5是本發(fā)明中的核心部件，其作用是對輸入的三路數字信號通過算法進行處理、分析和比較，并根據使用需要輸出至顯示單元6上。同時，可根據設置，將指示性信息通過信號指示單元送出。本發(fā)明的信號指示單元包括信號指示燈單元7和蜂鳴器單元8，由信號指示燈單元7和蜂鳴器單元8將指示性信息送出，也可單獨使用信號指示燈單元7或者蜂鳴器單元8。通過顯示單元6，使用者可方便讀出當前信號強度、平均信號強度、單位時間噪聲次數等參數。使用者也可通過預先設定好的參數，通過指示燈單元7或者蜂鳴器單元8的提示進行判斷。對于經驗使用者來說，通過信號指示燈單元7或者蜂鳴器單元8的提示進行判斷可提高現場固定參數的測定效率。中央處理單元5與通信接口 10相連，輸入單元9的輸出口與中央處理單元5的輸入口相連。輸入單元9是外部輔助人機對話輸入界面，使用者可通過對輸入單元9的操作，將相關參數輸入至中央處理單元5內，中央處理單元5可根據輸入參數進行狀態(tài)調整和數據輸出。通信接口 10是外部數據輸入輸出接口，通過通信接口 10可實現與中央處理單元 5之間的數據交換和功能擴展。電源單元11為基礎硬件單元，提供電源支持。如圖2所示，本發(fā)明提出的另一實施例采用的優(yōu)選方案是，由天線、前端信號處理單元3、A/D采樣單元4、中央處理單元5、顯示單元6、信號指示單元、輸入單元9、通信接口 10、GPS單元12、存儲單元13和電源單元11組成。其中，天線包括有電場天線1和磁場天線2。電場天線1和磁場天線2分別與前端信號處理單元3配接。電場天線1采用平板電容式電場天線。磁場天線2采用正交型框型天線。前端信號處理單元3的輸出端與A/D采樣單元的輸入端相連。A/D采樣單元4的輸出端與中央處理單元5的信號輸入端相連，中央處理單元5的輸出端分別與顯示單元6、信號指示單元、存儲單元13相連接。信號指示單元包括信號指示燈單元7和蜂鳴器單元8。通信接口 10的外部接口和GPS單元12的輸入輸出端之間進行連接，通過GPS單元12，中央處理單元5可獲取GPS坐標數據和準確的授時。 存儲單元13是本優(yōu)選方案所采用的部件，存儲單元13與中央處理單元5相連，從而實現大量數據的本地記錄存儲。結合GPS單元12，低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置可方便記錄大量檢測的坐標信息和對應時間段的背景信號強度信息，方便工程師后期數據分析統(tǒng)計。本發(fā)明的二個實施例中，電源單元11為基礎硬件單元，為構成本發(fā)明的有用電需求的部件提供電源支持?？紤]到本發(fā)明的便攜性，電源單元11宜采用直流電池。
權利要求
1.一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，采用天線、前端信號處理單元、 A/D采樣單元、中央處理單元、顯示單元、信號指示單元、輸入單元、通信接口和電源單元，其特征在于，天線的輸出端與前端信號處理單元(3)的輸入端相連，前端信號處理單元(3) 的輸出端與A/D采樣單元(4)的輸入端相連，A/D采樣單元(4)的輸出端與中央處理單元 (5)的信號輸入端相連，中央處理單元(5)的輸出端分別與顯示單元(6)、信號指示單元相連接，中央處理單元(5)與通信接口(10)相連，輸入單元(9)的輸出口與中央處理單元(5) 的輸入口相連。
2.根據權利要求1所述的一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，其特征在于，天線包含電場天線(1)和磁場天線O)。
3.根據權利要求1所述的一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，其特征在于，電場天線(1)采用平板電容式電場天線。
4.根據權利要求1所述的一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，其特征在于，磁場天線(2)采用正交型框型天線。
5.根據權利要求1所述的一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，其特征在于，信號指示單元包括信號指示燈單元(7)和蜂鳴器單元(8)。
6.根據權利要求1所述的一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，其特征在于，前端信號處理單元C3)包含三路輸入端和三路輸出端。
7.根據權利要求1所述的一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，其特征在于，通信接口(10)可配接外圍擴展設備。
8.根據權利要求7所述的一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，其特征在于，外圍擴展設備采用GPS單元(12)。
9.根據權利要求1所述的一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，特征在于，中央處理單元( 配接有存儲單元(13)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種便攜式低頻/甚低頻電磁波信號強度檢測裝置，由天線、前端信號處理單元、A/D采樣單元、中央處理單元、顯示單元、信號指示單元、輸入單元、通信接口和電源單元組成。天線與前端信號處理單元相連，前端信號處理單元與A/D采樣單元相連，A/D采樣單元的輸出端與中央處理單元相連，中央處理單元分別與顯示單元、信號指示單元相連接，中央處理單元與通信接口相連，輸入單元與中央處理單元相連。優(yōu)點是，設計合理，結構新穎，可實現對低頻/甚低頻電磁波信號范圍的有效檢測；可直觀顯示當前時間段內背景電磁場信號強度，并可靈活設置強度顯示類型；具備三路信號實時同步檢測能力；有多種信號提示或指示功能；能通過通信接口實現數據擴展。
文檔編號G01R29/08GK102279321SQ20111011571
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權日2011年5月6日
發(fā)明者馮萬興, 向念文, 吳彪, 康文斌, 方玉河, 汪俊雄, 許遠根, 陳揚 申請人:國網電力科學研究院, 國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司