电磁信号监测装置
阅读说明：本技术 电磁信号监测装置 (Electromagnetic signal monitoring device ) 是由 辛中华 张勇 刘涛 苏珂嘉 赵英 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本公开提出一种电磁信号监测装置,具体实现方案为：井下监测主机的防爆壳体确保了在井下恶劣环境中工作的安全性,电源模块为井下监测主机工作时提供转换电压,通过天线和探测器接收环境中各种频率范围的电磁信号,控制模块在地面上的井上监测主机的控制下设置频域信号采集模块和时域信号采集模块的触发条件和采样参数,并存储时域信号采集模块根据对应的触发条件和采样参数采集的时域信号,和频域信号采集模块根据对应的触发条件和采样参数采集的频域信号,实现了同时采集时域信号和频域信号,防爆壳体满足了井下恶劣环境中电磁信号的采集需求,接口设计使井上监测主机对获取到的时域信号和频域信号进行分析,满足了远距离传输和分析的需求。(The utility model provides an electromagnetic signal monitoring devices, concrete implementation scheme does: the explosion-proof shell of the underground monitoring host ensures the safety of working in a severe underground environment, the power supply module provides conversion voltage for the underground monitoring host when working, receives electromagnetic signals in various frequency ranges in the environment through the antenna and the detector, the control module sets the triggering conditions and sampling parameters of the frequency domain signal acquisition module and the time domain signal acquisition module under the control of the underground monitoring host on the ground, stores the time domain signal acquired by the time domain signal acquisition module according to the corresponding triggering conditions and the sampling parameters, and realizes the simultaneous acquisition of the time domain signal and the frequency domain signal according to the frequency domain signal acquired by the frequency domain signal acquisition module according to the corresponding triggering conditions and the sampling parameters, the explosion-proof shell meets the acquisition requirement of the electromagnetic signals in the severe underground environment, and the interface design ensures that the underground monitoring host analyzes the acquired time domain signal and the acquired frequency domain signal, the requirements of long-distance transmission and analysis are met.)
技术领域
本公开涉及电磁信号监测技术领域，尤其涉及一种电磁信号监测装置。
背景技术
矿井下的情况非常复杂，在矿井下狭窄空间中用电设备繁多，各种变压器、开关电源、变频装置、采掘设备、通风设备、运输设备等大功率设备产生的传导电磁干扰非常严重，导致井下电磁环境恶化，会对控制监测等设备产生干扰，进而影响到在此环境中运行的设备。
掌握井下电磁环境情况对各类产品、设备设计应用具有重要的参考价值。矿井下的测试环境非常恶劣，测试的条件也很苟刻，对测试仪器的体积、电气性能、工作持续时间等都有要求，相关的测试仪器无法满足上述全部要求。
发明内容
本公开提供了一种电磁信号监测装置。
根据本公开的一方面，提供了一种电磁信号监测装置，
包括：井上监测主机、井下监测主机，所述井下监测主机包含天线、探测器、防爆壳体，以及设置于所述防爆壳体内部的频域信号采集模块、时域信号采集模块、控制模块和电源模块。
其中，所述天线，设置于所述防爆壳体外，用于接收环境中的电磁信号；
所述探测器，设置于所述防爆壳体外，用于采集环境中的电磁信号；
所述频域信号采集模块，和所述天线连接，用于将所述天线接收的环境中的电磁信号转换为频域信号；
所述时域信号采集模块，和所述探测器连接，用于将所述探测器采集的环境中的电磁信号转换为时域信号；
所述井上监测主机，用于控制所述控制模块设置触发条件，以及控制所述控制模块设置所述频域信号采集模块的第一采样参数和所述时域信号采集模块的第二采样参数，并对获取到的所述时域信号和所述频域信号进行分析；
所述控制模块，和所述频域信号采集模块连接，用于在所述井上监测主机的控制下设置所述频域信号采集模块采集频域信号的触发条件和第一采样参数，并存储和上传所述频域信号至所述井上监测主机；
所述控制模块，还与所述时域信号采集模块连接，用于设置所述时域信号采集模块采集时域信号的触发条件和第二采样参数，并存储和上传所述时域信号至所述井上监测主机；
所述电源模块，和所述控制模块、所述频域信号采集模块和所述时域信号采集模块连接，用于将井下电源的交流电压转换为所述控制模块、所述频域信号采集模块和所述时域信号采集模块对应的直流电压。
本公开实施例提供的技术方案包含如下的有益效果：
井下监测主机的防爆壳体确保了在井下恶劣环境中工作的安全性，电源模块为井下监测主机在井下工作时提供转换电压，通过天线和探测器接收环境中各种频率范围的电磁信号，控制模块在地面上的井上监测主机的控制下设置频域信号采集模块和时域信号采集模块的触发条件和对应的采样参数，并存储时域信号采集模块根据对应的触发条件和第二采样参数采集的时域信号，和频域信号采集模块根据对应的触发条件和第二采样参数采集的频域信号，实现了同时采集时域信号和频域信号，防爆壳体满足了井下潮湿、粉尘等恶劣环境中电磁信号的采集需求，同时接口设计，使得井上监测主机对获取到的时域信号和频域信号进行分析,满足了远距离传输和分析的需求。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
图1为本公开实施例提供的一种电磁信号监测装置的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的另一种电磁信号监测装置的结构示意图；
图3为本公开实施例提供的另一种电磁信号监测装置的结构示意图。
图4为本公开实施例提供的另一种电磁信号检测装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
下面参考附图描述本公开实施例的电磁信号监测装置。
图1为本公开实施例提供的一种电磁信号监测装置的结构示意图。
如图1所示，该装置包括：井下监测主机1000和井上监测主机2000。
井下监测主机1000,用于在井下监测电磁信号。
井下监测主机1000，包含天线1100、探测器1200、防爆壳体1300，以及设置于防爆壳体1300内部的频域信号采集模块1310、时域信号采集模块1320、控制模块1330和电源模块1340。
天线1100，设置于防爆壳体1300外部，放置在需要采集电磁环境的地点，通过电缆经过防爆外壳的喇叭口进入壳体内与频域信号采集模块相连，用于采集环境中的电磁信号。
探测器1200，设置于防爆壳体1300外，放置在需要采集电磁环境的地点，通过电缆经过防爆外壳的喇叭口进入壳体内与时域信号采集模块相连，用于采集信号。作为一种实现方式，探测器1200可以为探头或互感器。
频域信号采集模块1310，和天线1100连接，用于将天线1100接收的环境中的电磁信号转换为频域信号。
时域信号采集模块1320，和探测器1200连接，用于将探测器1200采集的环境中的电磁信号转换为时域信号。
控制模块1330，和频域信号采集模块1310连接，用于在井上监测主机2000的控制下设置频域信号采集模块1310采集频域信号的触发条件和第一采样参数，并存储和上传频域信号至井上监测主机2000。
控制模块1330，还与时域信号采集模块1320连接，用于设置时域信号采集模块1320采集时域信号的触发条件和第二采样参数，并存储和上传时域信号至井上监测主机2000。
电源模块1340，和控制模块1330、频域信号采集模块1310和时域信号采集模块1320连接，用于将井下电源的交流电压转换为控制模块1330、频域信号采集模块1310和时域信号采集模块1320对应的直流电压。
井上监测主机2000，用于控制控制模块设置触发条件，以及控制控制模块设置频域信号采集模块1310的第一采样参数和时域信号采集模块1320的第二采样参数，并对获取到的时域信号和频域信号进行分析，以输出分析结果，便于查看。
其中，触发条件，可以是设置的时间触发条件，例如，20分钟，即频域信号采集模块1310和时域信号采集模块1320，每20分钟采集一次。触发条件，也可以是突然产生的电磁干扰、线路上的电压骤升、骤降、电流变化等。
需要说明的是，频域信号采集模块1310和时域信号采集模块1320采集信号的触发条件，可以相同，也可以不同，本实施例中不进行限定。
本公开实施例中，井下监测主机1000，配置防爆壳体1300，防爆壳体实现了井下监测主机1000在井下工作时压力较大，环境恶劣的情况下的防爆要求。其中，由于井下环境的特殊性，无法提供采集设备通用的AC220V电压，而本公开中的电源模块1340，可将井下电源的交流电压转换为控制模块1330、频域信号采集模块1310和时域信号采集模块1320工作时需要的直流电压。天线1100接收空间环境中的电磁环境信号，通过电缆传输到频域信号采集模块1310，而探测器1200拾取空间环境中的电磁环境信号，通过电缆传输到时域信号采集模块1320，频域信号采集模块1310通过控制模块1330设置的频域信号采集的第一采样参数，从天线1100上获取频域信号，以及时域信号采集模块1320通过控制模块1330设置的时域信号采集的第二采样参数，从探测器1200上获取相应的时域信号，实现了可以同时采集时域和频域信号，并对采集的电磁信号数据进行存储和分析，以发现矿井下实际电磁环境，可以针对性的加强矿井下各类设备在相应电磁环境下的抗干扰性，提高各类设备工作的可靠性。
作为一种实现方式，第一采样参数包括采样频率和幅度信息，根据第一采样参数，频域信号采集模块1310从天线1100上获取相应频率和幅度信息的频域信号。第二采样参数包含采样时间和幅度信息，根据第二采样参数，时域信号采集模块1320从探测器1200上获取相应采样时间和幅度信息的时域信号。基于上述实施例，本实施例提供了另一种电磁信号监测装置，图2为本公开实施例提供的另一种电磁信号监测装置的结构示意图，如图2所示，天线1100为多个，井下监测主机1100，包含射频开关1350。电源模块1340，包含电源保护模块1341和电源变换模块1342；
电源变换模块1342，用于将井下127V或660V的交流电压转换为控制模块1330、频域信号采集模块1310和时域信号采集模块1320对应的直流电压。
电源保护模块1341，用于对电压变换模块1342进行隔爆保护，以适应井下高压力的恶劣环境，提高了井下监测主机11工作的稳定性。
射频开关1350，和多个天线1100连接，用于选择不同天线1100接收的电磁信号。其中，图2中仅示例性画出3个天线1100，实际应用中，天线1100的数量，可以根据需求进行设定，本实施例中不进行限定。
本公开实施例中，矿井下工作环境较为复杂，单个天线频段范围较窄，通过增加多个天线，以增加采集的电磁信号的频段范围，本实施例中，增加射频开关1350，作为一种实现方式，射频开关1350为一个，射频开关1350可切换至和不同的天线1100对应，以获取对应天线1100接收的电磁信号；作为另一种实现方式，射频开关1350为多个，射频开关1350和天线1100具有对应关系，通过切换相应的射频开关1350和对应的天线1100，以获取对应天线1100接收的电磁信号，提高了电磁信号采集的灵活性，并增加了电磁信号采集频段的范围。
本公开实施例的一种实现方式中，通过多个天线1100可接收环境中7KHz直到20GHz的电磁信号的波形数据，以及线缆上的微秒级别的信号，即线缆上时间周期大于等于微秒级别的信号，增加了电磁信号采集频段的范围。
另外，为了满足井下设备散热的要求，本公开实施例中，时域采集模块1320和频域采集模块1310，均设置了金属外壳，金属外壳紧贴防爆外壳113，使得时域采集模块1320和频域采集模块1310在工作时产生的热量可通过金属外壳传导至和金属外壳连接的防爆外壳，由于金属外壳紧贴防爆外壳1300，增加了传导面积，提高了散热的效果。
基于上述实施例，本公开实施例提供了另一种电磁信号监测装置，图3为本公开实施例提供的另一种电磁信号监测装置的结构示意图，如图3所示，井上监测主机2000，包含显示器2100和上位机2200。
显示器2100，用于对井下监测主机1000采集的频域信号和时域信号进行显示。
上位机2200，设置于井上，也就是地面上，通过软件控制井下监测主机1000的控制模块1300，设置触发条件、第一采样参数和第二采样参数，并对井下监测主机1000上传的时域信号和频域信号进行分析。
本公开实施例中，上位机2200中设置有应用程序，通过应用程序控制井下监测主机1000，可以对采集信号频段、时间参数、触发条件等进行设置，具体来说，通过该应用程序发送指令给控制模块1330，以使得控制模块1330控制井下监测主机中的时域信号采集模块1320和频域信号采集模块1310进行数据采集的触发条件，以及第一采样参数和第二采样参数，其中，触发条件例如为设定时段，以使得时域信号采集模块1320在设定时段内按照第二采样参数进行电磁信号采集，以及使得频域信号采集模块1310在设定时段内按照第一采样参数进行电磁信号采集，实现了自动化的采集井下电磁信号，同时，控制模块对时域信号采集模块1320采集的时域信号和频域信号采集模块1310采集的频域信号进行本地存储后通过传输接口变为光信号，并通过连接光缆传送到井上监测主机2000中。进而，井上监测主机2000根据设置的应用程序，对从井下监测主机1000中获取到的数据进行分析，并通过显示器2100进行显示，以便于对测试记录的电磁环境信号进行查看和分析。
需要说明的是，控制模块1330包含存储单元和通信单元，用于存储时域信号采集模块1320采集到的时域信号和频域信号采集模块1310采集得到的频域信号，并在数据处理后，通过设置于防爆壳体1300中的传输接口1360转变为光信号，并连接光缆将光信号传送到井上监测主机2000中。其中，传输接口1360为输出光口或网口，可进行长距离传输到地面上的井上监测主机2000中，例如，传输几十公里，相比于常规的USB传输或网线传输，可实现远距离传输。可选地，也可以把传输接口1360设置在控制模块1330中。
本公开实施例的电磁信号监测装置，可测试井下空间环境中和电缆上的电磁信号，具有高速数据采集存储处理能力，配接不同天线可接收空间7KHz直到20GHz的电磁环境信号的波形数据和线缆上微秒μs级的信号。本公开实施例的电磁信号监测装置是隔爆兼本安型设备，可以应用于煤矿等有爆炸性气体的环境，同时体积小、发热量小、采集电磁环境信号频带宽、实时性好，可以应用到煤矿井下等场所。本装置同时可捕捉并记录瞬态干扰，包括环境中突然产生的电磁干扰、线路上的电压骤升、骤降、电流变化等数据，并且通过井上监测主机中的软件，可设置触发条件以触发井下监测主机进行测量和记录，另外，本公开的电磁信号监测装置符合隔爆兼本安型设备安全标准要求，可在煤矿等有爆炸性气体环境下使用。
图4本公开实施例提供的另一种电磁信号检测装置的结构示意图，本公开实施例中，为适应矿井下的恶劣环境，外壳采用了隔爆兼本安型式，并提高了井下监测主机的密封设计，避免水汽、灰尘进入。其中，进出防爆外壳的电缆接口都采用塑胶材质密封块进行全密封安装。为在密闭环境中工作，选用了低功耗的时域信号采集模块和频域信号采集模块，为其设计了金属散热外壳，并使其紧贴隔爆外壳。为符合井下隔爆电气设备要求，设置了电源开关箱，用于远程控制井下监测主机的电源开启，为电源设计了隔爆的电源保护模块，为适应井下供电电压，设计了电源变换模块，对电压进行转换。
需要说明的是，前述对电磁信号检测装置中井下监测主机和井上监测主机的说明，也适用于本实施例，此处不再赘述。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。