电磁辐射检测探头、装置以及系统
技术领域
本实用新型涉及线缆辐射检测领域，尤其涉及一种电磁辐射检测探头、装置以及系统。
背景技术
对带有屏蔽层的线缆需要检测线缆上屏蔽层的完整性，若屏蔽层出现破损，则线缆向空间发射的电磁辐射将增加，泄露的电磁辐射可能对线缆附近的电子设备正常工作带来影响。另外，通过外部设备采集泄露的电磁辐射，可获取线缆上传输信号的信息，从而导致信息泄露。
目前对线缆屏蔽层破损的检测方法，主要是手工拿着近场探头靠近线缆表皮，沿电缆线逐点探测表面电磁场强度，通过探头连接的频谱仪将采集到的电磁场信号进行处理并显示在仪器屏幕上，当读取频谱仪上信号幅度明显增加，则说明此次处线缆的屏蔽层可能存在破损，这种检测方式存在以下问题：
1)近场探头和频谱仪均为专业电磁兼容用设备，售价较高，难以在普通的工业现场普及使用。
2)探头和线缆表皮之间的距离影响电磁场强度检测的准确性，距离越大探头检测到的电磁场强度越小，手持探头在线缆表皮一定距离运动时无法准确控制探头与线缆表皮之间的距离，导致检测到的电磁场强度不准确，造成误判。
3)因线缆屏蔽层为沿线缆360°包裹线性的结构，单个探头不仅要沿线缆铺设方向探测，还需要环绕线缆轴向360°方向上探测，探测效率低，且容易因遗漏检测点而导致破损的屏蔽层未被发现。
4)当线缆较长时，此方式工作量巨大，且人工操作效率低下，线缆检测的人工成本较高，加之检测设备的成本高，使得线缆屏蔽层破损的总体检测成本很高，无法在大多数现场普及使用，比如已铺设好的电力电缆、铁路用电缆、工业信号传输线缆等。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有的需要手工操作的近场探头存在的诸多缺陷，提供一种可以对线缆进行全角度、全长度的电磁场检测的电磁辐射检测探头、装置以及系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电磁辐射检测探头，包括探头壳体、旋转装置和检测头，所述探头壳体具有一线缆过孔，所述旋转装置安装在所述探头壳体内且所述旋转装置可围绕所述线缆过孔旋转，所述检测头固定安装在旋转装置上，且所述检测头垂直指向所述线缆过孔的中心轴线，所述检测头可在所述旋转装置的带动下绕所述线缆过孔中的线缆旋转以对所述线缆的周向进行电磁检测。
优选地，所述检测头的数量为多个，多个所述检测头环绕所述线缆过孔均匀布置。
优选地，还包括与所述检测头对应的径向移动机构，每一所述检测头通过对应的径向移动机构固定到所述旋转装置上，所述径向移动机构用于驱动所述检测头沿与所述检测头的指向方向平行的方向移动以适应线缆的线径。
优选地，所述旋转装置包括第一齿轮、第二齿轮以及电动机，所述第一齿轮的中间开设有齿轮孔，所述齿轮孔的中心轴线与所述线缆过孔的中心轴线重合，且所述齿轮孔的孔径大于或者等于所述线缆过孔的孔径，所述检测头固定安装在所述第一齿轮的与齿轮孔的中心轴线垂直的侧壁上，所述第二齿轮与第一齿轮啮合，且所述第二齿轮由所述电动机驱动转动并带动所述第一齿轮旋转。
优选地，所述探头壳体包括相互对接的第一盒体和第二盒体，所述线缆过孔由所述第一盒体和第二盒体对接后围合形成，所述第一齿轮由两个弧形齿轮对接形成。
优选地，所述第一盒体和第二盒体均由上盖板、下盖板扣合形成，所述第一盒体和第二盒体两者的下盖板分别设置向上突起的弧形板，所述第一盒体和第二盒体两者的弧形板对接形成所述线缆过孔，所述两个弧形齿轮组成的所述第一齿轮套在对接的两个所述弧形板外；
所述两个弧形齿轮与两个所述弧形板之间设置用于减小所述第一齿轮与所述弧形板之间的摩擦力的多个第一滚珠；所述两个弧形齿轮与下盖板之间设置有减小所述第一齿轮与所述下盖板之间的摩擦力多个第二滚珠。
优选地，每一所述弧形齿轮由上半齿轮和下半齿轮组成，所述下半齿轮设置在所述下盖板上方，所述上半齿轮叠放于所述下半齿轮上方，所述上半齿轮和下半齿轮的内周壁均凹陷形成凹槽，所述上半齿轮和下半齿轮两者叠放后两者的所述凹槽共同定位所述第一滚珠。
优选地，所述第一盒体的上盖板、下盖板均包括把手部和与把手部连接的弧形部，所述第一齿轮位于所述上盖板、下盖板的弧形部扣合形成的空间内，所述第二齿轮位于所述上盖板、下盖板的把手部扣合形成的空间内，所述下盖板开设有电机轴过孔，所述电动机的电机轴穿过所述电机轴过孔后与所述第二齿轮连接。
本实用新型另一方面一种线缆电磁辐射检测系统，包括控制单元、信号采集单元、如前所述的线缆电磁辐射检测装置；所述信号采集单元用于对所述电磁辐射检测探头采集的信号进行处理；所述控制单元用于控制所述移动机械臂的移动以及所述电磁辐射检测探头的旋转，并根据所述信号采集单元采集的信号确定电磁辐射检测结果。
本实用新型的电磁辐射检测探头、装置以及系统，具有以下有益效果：本实用新型的探头中的检测头可以绕线缆旋转，从而实现对线缆的周向进行电磁检测，而且将该探头配合轨道、移动机械臂使用，可以通过机械臂的移动带动探头移动，进而实现对所述线缆的轴向进行电磁检测，也就是说探头可以旋转步进，对线缆进行全角度、全长度的电磁场检测，相比于既有的探测方式，本实用新型具有以下优点：
1)效率高：相比人工的单个测头逐点检测，由于探头可绕线缆轴向旋转、可沿线缆轴向移动，可以实现全角度、长距离检测，检测效率极大提高。
2)成本低：相比原近场探头配置频谱仪等检测设备，本实用新型的硬件成本更低，功能使用率更高，人工成本大大降低。
3)检测准确度高：相对人工手持近场探头，可确保与线缆的间距、可规律的移动、可将检测位置与该位置的电磁场强度一一对应，极大提高了电磁场的检测精度及屏蔽层破损位置的定位精度。
4)用途广：不仅可用于屏蔽电缆的屏蔽层破损检测，还可应用于对不同屏蔽电缆屏蔽层的屏蔽性能进行比较。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是本实用新型的电磁辐射检测探头的结构示意图；
图2是旋转装置的示意图；
图3是电磁辐射检测探头打开的示意图；
图4是电磁辐射检测探头的剖视图；
图5是第一滚珠的布置示意图；
图6是第二滚珠的布置示意图；
图7是本实用新型的线缆电磁辐射检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有的需要手工操作的近场探头存在的诸多缺陷，本实用新型旨在提供一种可以对线缆进行全角度、全长度的电磁场检测的电磁辐射检测探头、装置以及系统，本实用新型总的思路是：一方面，检测头可以绕线缆旋转，从而实现对线缆的全角度检测，另一方面，整个探头可以沿线缆轴向移动，从而实现对线缆的全长度检测，两方面双管齐下，可以实现对线缆进行全角度、全长度的电磁场检测，而且整个检测过程效率高、装置成本低、检测准确度高。
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本实用新型的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。
参考图1，本实用新型的电磁辐射检测探头100，包括探头壳体1、旋转装置和检测头3，探头壳体1的材质为非金属材料，使得线缆辐射出的电磁场可顺利进入探头内部。所述探头壳体1具有一线缆过孔101，所述旋转装置安装在所述探头壳体1内且所述旋转装置可围绕所述线缆过孔101旋转，所述检测头3固定安装在旋转装置上，且所述检测头3垂直指向所述线缆过孔101的中心轴线，所述检测头3可在所述旋转装置的带动下绕所述线缆过孔101中的线缆旋转以对所述线缆的周向进行电磁检测。
理论上只要旋转装置能围绕线缆360旋转，一个检测头3就足以对线缆进行全角度的检测，但是为了提高检测效率以及检测精度，优选地，所述检测头3的数量为多个，多个所述检测头3环绕所述线缆过孔101均匀布置，检测时线缆的中心轴线处在多个所述检测头3所确定的圆形的圆心上。具体的，本实施例中，所述检测头3的数量为四个，相邻的两个所述检测头3的指向之间的夹角为90°。旋转装置可以向顺时针、逆时针两个方向旋转的角度之和达到90°(比如本实施例中是向顺、逆时针各绕线缆旋转45°)，则四个检测头3就可覆盖线缆表面的360°角度范围的检测。旋转装置还可以向一个方向旋转90°，则四个检测头3就可覆盖线缆表面的360°角度范围的检测。
优选地，本实施例中检测探头100还包括与所述检测头3对应的径向移动机构4，每一所述检测头3通过对应的径向移动机构4固定到所述旋转装置上，所述径向移动机构4用于驱动所述检测头3沿与所述检测头3的指向方向平行的方向移动以适应线缆的线径，通过移动检测头3的位置确保在测试过程中线缆的中心轴线始终处于四个检测头3所确定的圆形的圆心上，使得检测头3与线缆之间间距相对恒定，确保检测头3的移动(将整个探头100配合轨道、移动机械臂实现，后文将详细阐述)和旋转不影响对线缆电磁场辐射的检测精度。其中，径向移动机构4可以采用数控电动滑台，还可以是小型精密气缸等。
参考图2，本实施例中，所述旋转装置包括第一齿轮21、第二齿轮22以及电动机7，所述第一齿轮21的中间开设齿轮孔，齿轮孔的中心轴线与所述线缆过孔101的中心轴线重合，且所述齿轮孔的孔径大于或者等于所述线缆过孔101的孔径，径向移动机构4固定安装在所述第一齿轮21的与齿轮孔的中心轴线垂直的侧壁上，所述第二齿轮22与第一齿轮21啮合，所述第二齿轮22与电动机7连接，所述第二齿轮22由电动机7驱动转动并带动所述第一齿轮21旋转。
考虑到有时候线缆已经安装好，比如说对在使用的线缆进行电磁检测，则不方便穿过线缆过孔101，为了便于将线缆安装到线缆过孔101中，优选地，参考图3，所述探头壳体1可以是包括相互对接的第一盒体11和第二盒体12，所述线缆过孔101由所述第一盒体11和第二盒体12对接后围合形成。由于探头壳体1是由相互对接的第一盒体11和第二盒体12组成，则相应的，所述第一齿轮21由两个弧形齿轮211、212对接形成，本实施例中两个弧形齿轮211、212是完全相同的结构，两者都是半圆形的齿轮。
理论上第一盒体11和第二盒体12可以是完全独立的两个结构，要对接时，将第一盒体11的第一端和第二盒体12的第一端连接，同时将第一盒体11的第二端和第二盒体12的第二端连接即可。但是为了使用方便，本实施例中第一盒体11的第一端与第二盒体12的第一端可拆卸锁紧，比如说可以利用螺栓等连接件锁紧，也可以利用卡扣结构等实现锁紧，所述第一盒体11的第二端与第二盒体12的第二端活动连接，以便在所述第一盒体11的第一端与第二盒体12的第一端解锁后可打开所述第一盒体11和第二盒体12放入线缆至所述线缆过孔101中，活动连接的具体连接方式不做限制，比如可以是利用转轴实现的铰接，还可以配合扭簧实现复位。
继续参考图4，为了组装方便，所述第一盒体11由上盖板11a、下盖板11b扣合形成，第二盒体12由上盖板12a、下盖板12b扣合形成。所述第一盒体11和第二盒体12两者的上盖板11a、12a对接后形成孔径大于所述线缆过孔101的圆孔，第一齿轮21的安装径向移动机构4的侧壁从该圆孔裸露。所述第一盒体11和第二盒体12两者的下盖板11b、12b分别设置向上突起的弧形板，下盖板11b、12b上的弧形板对接形成提供所述线缆过孔101，所述两个弧形齿轮211、212组成的所述第一齿轮21套在对接的两个所述弧形板外。
优选地，所述两个弧形齿轮211、212与两个所述弧形板之间设置用于减小所述第一齿轮21与弧形板之间的摩擦力的多个第一滚珠5。为了便于安装第一滚珠5，弧形齿轮211、212分别由上半齿轮211a、212a和下半齿轮211b、212b组成，所述下半齿轮211b、212b设置在所述下盖板11b、12b上方，所述上半齿轮211a、212a叠放于所述下半齿轮211b、212b上方，上半齿轮211a、212a和下半齿轮211b、212b的内周壁均凹陷形成多个凹槽，上半齿轮211a、212a和下半齿轮211b、212b两者叠放后两者的所述凹槽共同定位所述第一滚珠5。参考图5，示意了弧形齿轮212的上半齿轮212a和下半齿轮212b两者叠放后两者的三个凹槽共同定位三个第一滚珠5。
同理，优选地，下半齿轮211b、212b与下盖板11b、12b之间设置有减小所述第一齿轮21与所述下盖板11b、12b之间的摩擦力多个第二滚珠6。参考图6，示意了去除第一齿轮21后所展示出来的六个第二滚珠6。
继续参考图3-4，第二盒体12的上盖板12a、下盖板12b都是呈弧形，第一盒体11的上盖板11a、下盖板11b均包括把手部和与把手部连接的弧形部，第一齿轮21位于上盖板11a、下盖板11b的弧形部扣合形成的空间内，第二齿轮22位于上盖板11a、下盖板11b的把手部扣合形成的空间内，下盖板11b开设有电机轴过孔，所述电动机7的电机轴穿过所述电机轴过孔后与所述第二齿轮22连接。
以上，本实用新型的探头100可以实现对线缆的周向全角度的检测，而且检测过程中无需人工操作，只要通过外部电路控制数控电动滑台、电动机7的工作以及采集检测头3反馈的信号，即可实现自动检测。为了实现全长度的检测，进一步地，本实用新型还构造了一种线缆电磁辐射检测装置以及线缆电磁辐射检测系统。
参考图7，线缆电磁辐射检测系统包括控制单元51、信号采集单元52和线缆电磁辐射检测装置。线缆电磁辐射检测装置包括轨道300、移动机械臂200、如上所述的电磁辐射检测探头100。所述电磁辐射检测探头100安装于所述移动机械臂200上，所述移动机械臂200可沿所述轨道300移动(比如，移动机械臂200可以通过电动滚轮在导轨300上移动)以带动所述电磁辐射检测探头100对线缆400的轴向进行电磁检测。
其中，所述信号采集单元52用于对所述电磁辐射检测探头100采集的信号进行处理；所述控制单元51用于控制所述移动机械臂200的移动以及所述电磁辐射检测探头100的旋转，并根据所述信号采集单元52采集的信号确定电磁辐射检测结果。
本实施例中，信号采集单元52包括模拟放大器521、检波器522、AD转换器523，模拟放大器521与检测头3连接，模拟放大器521、检波器522、AD转换器523依次连接。控制单元51包括处理器511、输入模块152、显示模块153、控制器514、驱动器515，输入模块152、显示模块153、控制器514分别连接处理器511，驱动器515连接控制器514，驱动器515分别连接移动机械臂200、电动机7、径向移动机构4。
其中，模拟放大器521用于对检测头3输出的模拟信号进行放大处理，本实施例中模拟放大器521由四个HMC580低噪声放大器组成，分别对四个检测头3的信号进行放大。
其中，检波器522负责从模拟放大器521输出的信号进行检波处理。本实施例中检波器522由四个AD8307对数检波芯片组成，分别对四路放大后的信号进行检波处理，即将检测头3采集到的电磁场功率信号转换为电压信号，便于后续的数字采样和处理。
其中，AD转换器523负责对检波器522输出的信号进行AD转换后送往处理器511进行数据处理。本实施例中AD转换器523是一个ADS1115实现，此芯片可对四路电压信号进行采样并转换为数字信号，供后续电路处理。
其中，控制器514负责驱动器的控制，驱动器515负责移动机械臂200、电动机7、径向移动机构4的驱动。
其中，处理器511负责将AD转换后的数字信号进行运算处理，同时向控制器512发出指令，协调移动机械臂200的移动及探头100中电动机7的旋转、径向移动机构4的移动，将线缆400的位置与该位置下检测到的电磁场强度信号对应送入显示模块153进行可视化处理，若配置存储和传输模组，还可将相关监测数据进行本地存储或远程传输至指定位置。
其中，显示模块153主要功能为将线缆位置、该位置检测到的线缆辐射电磁场强度、结果判断等信息显示出来，并提供人机交互界面。
其中，输入模块152主要是负责实现人机交互功能，如控制系统自动运行、电动、参数设置等。比如整个装置的上电，再比如线缆的径向尺寸也可以输入，径向移动机构4可以根据输入的线缆的径向尺寸确定伸出的距离，其中，移动机械臂200的移动速度以及电动机7的旋转方向、角度、速度，可以在控制器514中预先设定。
本实施例对屏蔽线缆的屏蔽层破损进行检测的原理是：每个检测头3的结构相同，相互之间围绕被测线缆环形对称放置且相邻探头夹角为90°，可探测线缆表面与轴向垂直平面的4个点，加上检测头3可在机械结构控制下向顺、逆时针环各绕线缆400旋转45°，所以可覆盖线缆400表面的360°角度范围，旋转动作由驱动器515驱动，由控制器514进行控制。探头100整体安装在机械臂200上，所以探头100可沿线缆400移动、可绕线缆400旋转，因此可检测线缆各个长度位置的各个角度位置的电磁场强度，其旋转和沿线缆移动均由控制器514控制。而且探头100的径向移动机构4的存在，使其可自适应线缆400的线径，通过移动检测头3的位置确保在测试过程中线缆的中心轴线始终处于四个检测头3所确定的圆形的圆心上，使得检测头3与线缆之间间距相对恒定，确保检测头3的移动和旋转不影响对线缆电磁场辐射的检测精度。探头100检测到的信号被送入模拟放大器521放大和检波器522进行检波，检波后输出的模拟电压信号正比于探头100探测到的电磁场强度信号。模拟电压信号经过AD转换送入处理器511处理，同时处理器511可生成运动相关指令控制机械臂200及探头100的动作，最终输出线缆400各点位置与电磁场强度的对应关系，通过显示模块513显示出电磁场强度数值，根据对各点电磁场强度的比较，即可判断线缆屏蔽层是否存在泄漏以及泄漏点的相关定位和泄露量大小等信息。
本实用新型的系统不仅可对屏蔽线缆的屏蔽层破损进行检测，同时还可对屏蔽线缆的屏蔽性能进行测试，方法为：将屏蔽线缆的屏蔽层剥去，通以相同正弦波信号，分别探测带屏蔽层和不带屏蔽层时线缆的电磁场辐射量，即可计算出屏蔽性能。另外还可以对不同屏蔽线缆的屏蔽性能进行比对，方法为：将通有相同正弦波信号的不同屏蔽线缆分别进行测试，根据测试结果即可判断线缆屏蔽效能优劣。
总而言之，本实用新型具有如下有益效果：
1)效率高：相比人工的单个测头逐点检测，由于探头可绕线缆轴向旋转、可沿线缆轴向移动，可以实现全角度、长距离检测，检测效率极大提高。
2)成本低：相比原近场探头配置频谱仪等检测设备，本实用新型的硬件成本更低，功能使用率更高，人工成本大大降低。
3)检测准确度高：相对人工手持近场探头，可确保与线缆的间距、可规律的移动、可将检测位置与该位置的电磁场强度一一对应，极大提高了电磁场的检测精度及屏蔽层破损位置的定位精度。
4)用途广：不仅可用于屏蔽电缆的屏蔽层破损检测，还可应用于对不同屏蔽电缆屏蔽层的屏蔽性能进行比较。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
