穿戴式多功能验电器设计

马迪

大连理工大学

摘要：在高电压检修中，每年因疏忽或检修不当造成大量触电身亡事故，因此验电器在高压检修中扮演着举足轻重的角色。但目前应用广泛的接触式验电器体积笨重，灵敏度不高，存在误报警、拒报警等问题，非接触式高压验电器成为当前的研究热点。同时对验电器小型化和功能多样化的需求越发显著。因此，研制一种能够实时监测、轻巧便携、功能丰富的验电器，对操作人员的安全保障具有重要意义。　　

本文首先研究验电、心率测量、计步的工作原理，通过对球型传感器、平板电容型传感器和单极子天线传感器的理论分析，确定采用单极子天线作为电场传感器；通过研究不同负载下传感器的输出特性，确定传感装置的电路参数，并设计单极子天线的材料和尺寸。确定采用光电容积脉搏波描记法测量心率，采用平滑滤波与小波变换法相结合的心率信号滤波处理方法。选择FFT结合峰值检测进行步伐的判断。其次完成系统总体框架，以及各模块电路设计并完成验电器硬件制作和软件编写。在信号调理电路中，单极子天线输出电场强度信号经过滤波、精密整流、程控放大等处理，送至由 STM32 为核心的最小系统模块；经过对采集到信号进行计算比较，验电器判断是否输出警示操作人员的报警信号。为方便检修作业监护，验电器具备无线通信功能，可通过蓝牙将数据上传至监护监测平台APP，操作人员通过APP查看实时数据，此外，APP可以查看操作人员的心率和步数，充分了解操作人员的身体状态。　　最后对所设计验电器进行三项实验，分别是功能性测试实验、校正实验和高压实验。其中，功能性测试实验包括信号调理电路功能测试、心率测量和计步测量实验；高压实验包括线性度实验和距离变化实验。信号调理电路功能测试实验结果表明信号调理电路线性度良好，心率实验相对误差小于5%，计步实验精确度在93%以上，可以满足设计要求。通过校正实验得到校正系数为40.686；距离变化实验结果表明，在10kV电压等级环境中，验电器在安全距离0.7m处能够及时报警，实现对操作人员的安全警示作用。　　

综上，所设计的验电器可以实现近电预警、心率测量、计步测量以及手机端 APP监护监测功能，满足了对便携式验电器小型化、低功耗、功能多的要求，达到预期的目的与要求，能为高电压环境中的操作人员提供主动、有效的电力安全防护。

关键词：验电器结构设计单极子天线平滑滤波小波变换

授予学位：硕士

学科专业：电气工程

导师姓名：王宁

学位年度：2022

语种：中文

分类号：TM933.23(电气测量技术及仪器)TM930.2(电气测量技术及仪器)