本实用新型涉及高压放电在线监测技术领域，特别涉及一种高压电晕放电实验在线监测系统。
背景技术：
随着我国对电力能源需求的不断增大，我国电网的电压等级也越来越高，传输距离越来越远，但是伴随着的也有高压输电对环境的影响，如噪声感染、电磁波干扰、臭氧气体污染、氮氧化物污染等，当架空输电线路表面场强达到一定值时，便会使导线周围的空气发生电离，发生电晕放电现象，噪声、臭氧、氮氧化物便是电晕放电的其中产物，伴随着电晕放电的还有电晕损耗，电压等级越高，电晕放电越强，线路损耗越大，而这也将影响到整个高压甚至特高压输电的效率。
目前研究架空输电线路电晕多是从放电强度角度考虑，通过红外成像技术、紫外成像技术、超声波探测技术等进行数据采集分析，现有技术中实验装置复杂、实验成本高，操作繁琐等缺点。
技术实现要素：
针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种高压电晕放电实验的监测系统，从研究电晕放电产物的角度进行放电实验的监测。
为实现上述目的，本实用新型提供一种高压电晕放电实验的监测系统，其包括电源单元、传感器单元、电气量检测单元、转换单元、中央控制处理单元、通讯单元、显示及监控单元；所述电源单元向所述传感器单元、所述电气量检测单元、所述中央控制处理单元和所述通讯单元进行供电；所述传感器单元和所述电气量检测单元的输出端与所述转换单元的输入端相连，所述传感器单元用于采集电晕放电实验生成物的数据信息和环境参量；所述电气量检测单元用于获取高压电晕放电实验的施加电压值和电晕电流；所述转换单元的通过串口与所述中央控制处理单元实现双向通信；所述中央控制处理单元通过所述通讯单元与显示及监控单元实现数据交互。
如上所述的高压电晕放电实验的监测系统，进一步地，所述传感器单元包括臭氧传感器、氮氧化物传感器、噪音传感器和温湿度传感器。
如上所述的高压电晕放电实验的监测系统，进一步地，所述电气量检测单元包括试验电压检测电路和电晕电流检测电路；所述电压检测电路和所述电晕电流检测电路通过光耦隔离电路与所述转换单元相连。
如上所述的高压电晕放电实验的监测系统，进一步地，所述中央控制处理单元的型号为stm32f407zet6。
如上所述的高压电晕放电实验的监测系统，进一步地，其特征在于，所述中央控制处理单元上搭载freertos实时操作系统。
如上所述的高压电晕放电实验的监测系统，进一步地，所述显示及监控单元包括本地显示单元和上位机监控单元。
本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：
1、本实用新型的高压电晕放电实验监测系统具有多实验数据采集功能，可以检测实验过程中关注的物理量，同时温湿度传感器用来记录实验实施的环境条件，电晕放电受到环境温度和湿度的影响，因此记录该数据对后续的实验数据分析中可以作为环境变量进行分析，同时传感器单元具有可替换性，单元模块扩展能力强，降低了成本；
2、使用armcortex-m4内核架构的stm32f4系列芯片作为处理器，其自身具有丰富的外设接口，如果adc、usart等，相比专用dsp处理器而言，系统开发更简单并且依靠st公司创造的生态系统使得系统的可编程性也更强；
3、利用串口和无线通信子单元，中央处理器将处理后的传感器信号传输到本地显示单元和上位机监控单元，实验人员可以实时监控实验状态，并且可以从显示数据中或者实验是否异常，提供了实验人员的操作安全性；
4、实验人员可以直接在上位机监控单元的软件上操作进行数据保存工作，避免了人工记录数据的不准确性，同时上位机监控系统还具有报警提示功能，当实验施加的试验电压和实验过程中产生的电晕电流超过设定阈值时会产生声光报警效果，保证实验的安全性；本地显示单元和上位机单元可以协同工作，也可以单独工作。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的高压电晕放电实验在线监测系统的电路原理图；
图2为高压电晕放电实验在线监测系统优选实施例的电路原理图；
图3为中央控制处理单元的任务分配图；
图4为传感器单元、中央控制处理单元和显示及监控单元优选实施例的电路原理图；
图5为优选实施例的电路原理图的具体实施流程图。
其中：1、传感器单元；2、电气量检测单元；3、转换单元；4、中央控制处理单元；5、通讯单元；6、显示及监控单元；7、电源单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。
实施例：
参见图1至图5，一种高压电晕放电实验的监测系统，其包括电源单元7、传感器单元1、电气量检测单元2、转换单元3、中央控制处理单元4、通讯单元5、显示及监控单元6；电源单元7向传感器单元1、电气量检测单元2、中央控制处理单元4和通讯单元5进行供电；传感器单元1和电气量检测单元2的输出端与转换单元3的输入端相连，传感器单元1用于采集电晕放电实验生成物的数据信息和环境参量；电气量检测单元2用于获取高压电晕放电实验的施加电压值和电晕电流；转换单元3的通过串口与中央控制处理单元4实现双向通信；中央控制处理单元4通过通讯单元5与显示及监控单元6实现数据交互。在本实施例中，传感器单元1用于采集电晕放电生成物的数据信息和环境参量；电气量检测单元2用于获取高压电晕放电实验的施加电压值已经产生的电晕电流。转换单元3用于转换和输送传感器单元1及电气量检测单元2产生的数据到中央控制处理单元4，中央控制处理单元4通过通讯单元5实现与显示及监控单元6的数据交互。本实用新型的高压电晕放电实验监测系统，具有多实验数据采集功能，可以检测和采集电晕放电生成物的数据信息和环境参量，同时传感器单元1具有可替换性，单元模块扩展能力强，降低了装置的制造成本；实验人员可以通过显示及监控单元6实时监控实验状态，有效提高了实验人员的操作安全性。
进一步地，在本优选实施例中，传感器单元1包括臭氧传感器、氮氧化物传感器、噪音传感器和温湿度传感器，其中，臭氧传感器、氮氧化物传感器、噪音传感器分别用于采集o3、nox、噪音强度等非电气量；温湿度传感器用于采集温度和湿度两种基本环境参量。
进一步地，在本优选实施例中，电气量检测单元2包括试验电压检测电路和电晕电流检测电路；电压检测电路和电晕电流检测电路通过光耦隔离电路与转换单元3相连；电气量检测单元2主要采集外部高压和大电流信号，光耦隔离电路起到隔离高压、传输数据作用。图2为高压电晕放电实验在线监测系统优选实施例的电路原理图，在上述选实施例中，电气量检测单元主要采集外部高压和大电流信号，变送器起到隔离高压、传输数据作用；转换单元由处理器的通用输入输出端口(gpio)组成，通讯单元由处理器自带的通讯接口组成。进一步地，在本优选实施例中，中央控制处理单元4的型号为stm32f407zet6；使用armcortex-m4内核架构的stm32f4系列芯片作为处理器，其自身具有丰富的外设接口，如adc、usart等，相比专用的dsp处理器而言，系统开发更简单并且依靠st公司创造的生态系统使得系统的可编程性也更强。参见图3，上述实施例中，中央控制处理单元4上搭载freertos实时操作系统；stm32f4处理器采用了开源免费的freertos实时操作系统作为该监测系统各项任务执行的底层平台，依托freertos构建了4个任务进行处理，分别是：(1)传感器信号采集与处理；(2)试验电压与电晕电流信号采集与处理；(3)串口与无线连接本地与远程上位机通信；(4)声光报警任务。与传统顺序执行程序不同，使用任务进程的方法可以使的处理器的运算效率最大化，同时每个任务可以独立运行，不依赖于其他任务的执行情况，系统稳定性增强。
进一步地，在本优选实施例中，显示及监控单元6包括本地显示单元和上位机监控单元；本地显示单元通过串口通信与通讯单元5连接；上位机监控单元通过无线通信与通讯单元5连接，其中，无线通信可以有多种方式，如基于tcp/ip协议的因特网/局域网通信、蓝牙无线通信、zigbee无线通信等，具体地，本地显示单元采用lcd液晶显示器，显示界面实时显示高压电晕放电实验数据；上位机监控单元为pc端实时显示和监控高压电晕放电实验数据，且在实验过程中有声光报警功能。
图4为传感器单元1、中央控制处理单元4和显示及监控单元6优选实施例的电路原理图，在本优选实施例中，型号为thd11的温湿度传感器采用单总线协议与stm32f407zet6进行数据传输，stm32f407zet6发起开始信号后从机返回应答信号，主机接收并处理应答信号获取温湿度数据；型号为mq-131的臭氧传感器数据输出类型为电压模拟量，通过连接至stm32f407zet6的模数转换转换通道1(引脚adc1)转换之后进行电压模拟量采集，再进一步转化为数字量；型号为g302的nox传感器支持通过串口方式输出数据，连接至stm32f407zet6的引脚uart1，编程时设定与传感器相一致的波特率、校验位等参数便能进行信号采集及传输；型号为byz08-zy的噪声传感器采用iic/rs485通信协议与stm32f407zet6的引脚uart2进行信号采集和传输；各传感器获取信号后经过处理器运算处理得到所测物理量的数值，然后经过两种方式将数据供操作者交互式显示：一种是通过串口传输的方式传输到本地显示单元，本地显示单元由可触摸液晶显示器组成，优选型号为tcj4024t032_011rn；另一种是通过无线传输方式将信号传输到pc端的上位监控系统，该无线传输方式包括蓝牙、zigbee、wifi等，分别可通过在中央处理器单元外接无线传输模块实现，具体模块型号蓝牙为hc-06、zigbee为cc2530、wifi为esp8266。上位机监控系统的上位机软件是利用qt5为平台编写的gui程序，程序可以根据用户使用的不同系统平台，如win/mac/linux系统，而构建可以运行在不同系统平台下的上位机软件具有具有信息记录、监控报警的功能。
图5为优选实施例的电路原理图的具体实施流程图，本实用新型的在线监测系统工作流程如下：在线监测系统上电初始化以后，由freertos构建的各个任务驱动各单元工作，系统启动之后便开始实验数据的保存，同时实验数据实时显示在本地显示单元和上位机监控单元，如果在实验过程中试验电压或者电晕电流超出设定阈值，上位机监控单元便会发生指令让中央控制处理单元4执行声光报警动作，以此保障实验的安全性。
上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本
技术实现要素：
的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
1.一种高压电晕放电实验在线监测系统，其特征在于，包括电源单元(7)、传感器单元(1)、电气量检测单元(2)、转换单元(3)、中央控制处理单元(4)、通讯单元(5)、显示及监控单元(6)；所述电源单元(7)向所述传感器单元(1)、所述电气量检测单元(2)、所述中央控制处理单元(4)和所述通讯单元(5)进行供电；所述传感器单元(1)和所述电气量检测单元(2)的输出端与所述转换单元(3)的输入端相连，所述传感器单元(1)用于采集电晕放电实验生成物的数据信息和环境参量；所述电气量检测单元(2)用于获取高压电晕放电实验的施加电压值和电晕电流；所述转换单元(3)的通过串口与所述中央控制处理单元(4)实现双向通信；所述中央控制处理单元(4)通过所述通讯单元(5)与显示及监控单元(6)实现数据交互。
2.根据权利要求1所述的高压电晕放电实验在线监测系统，其特征在于，所述传感器单元(1)包括臭氧传感器、氮氧化物传感器、噪音传感器和温湿度传感器。
3.根据权利要求1所述的高压电晕放电实验在线监测系统，其特征在于，所述电气量检测单元(2)包括试验电压检测电路和电晕电流检测电路；所述电压检测电路和所述电晕电流检测电路通过光耦隔离电路与所述转换单元(3)相连。
4.根据权利要求1所述的高压电晕放电实验在线监测系统，其特征在于，所述中央控制处理单元(4)的型号为stm32f407zet6。
5.根据权利要求4所述的高压电晕放电实验在线监测系统，其特征在于，所述中央控制处理单元(4)上搭载freertos实时操作系统。
6.根据权利要求1所述的高压电晕放电实验在线监测系统，其特征在于，所述显示及监控单元(6)包括本地显示单元和上位机监控单元。
技术总结