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[摘 要]针对电网作业安全防护技防手段匮乏，安全防护措施实施困难的特点，通过将先进的闭环自激式微型电场传感器集成到智能手环这种全新高科技产品上，实现为电网作业人员在带电作业时智能感知和安全防护。
[关键词]智能穿戴；防护手环；电场传感器；
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0103-01
1 引言
带电作业是电力设备测试、检修、改造的重要手段，通过电场传感器准确判断作业人员所处的位置、电压等级、安全距离，实现作业人员智能识别带电物体，超过安全距离自动形成预警防护信息，及时提醒作业人员，为作业现场安全防护提供技术支撑，提高作业现场危险预知能力。本文将现有电场传感器进行了超小型、并吸收了可穿戴理念，设计手环式电场传感器设备用于作业人员带电作业，能够有效提高作业人员安全防范意识，提高现场作业安全保障。
2 现状及发展趋势
可穿戴技术目前在国外工业应用领域已有一些应用。在工业领域，可穿戴设备及技术主要用途：（1）提供技术信息辅助；（2）提供操作训练和绩效支持；（3）进行环境及设备监控；（4）提供专家指导和团队协作支持。
可穿戴设备主要由国外一些知名大企业发起研究，中国消费者对于可穿戴设备的认知度不高，很多人甚至从未听说过，目前的应用体验也不甚理想。国内目前专门开展可穿戴技术研究的单位还比较少。但据权威机构预测，未来五年，国内可穿戴设备市场将迎来高速增长期，可以预见，可穿戴相关的技术研究国内也会迅速跟进[1]。
有关变电站可穿戴巡检装备，除了头戴式可见光、红外热成像检测外，国内外相关应用报道很少。即使一些变电站的可穿戴巡检装备，也仅仅是实现了巡检装备表面的可穿戴，并没有解决其核心问题，即：信息交互、智能感知。分离式的可穿戴巡检装备还未形成小型化、集成化、低功耗设计。通讯和供电是其薄弱环节。
3 实施方案
3.1微型电场传感器实施方案
对当前最先进的微型电场传感器进行改进设计，根据不同电压等级安全距离进行电场标定，判断人体可承受的电场强度，取最小安全值作为报警阈值。提高机械部分传动频率，准确描述当前交变电场变化曲线，提高设备传感精确度。根据智能手环的需求对电场传感器进行小型化封装。
3.2安全防护智能手环集成方案
安全防护智能手环需要集中解决电场传感器、通信装置、显示装置以及电源的集成化处理，整体技术路线如图1所示。
4 工业化实现
4.1 微型电场传感器实现方案
闭环自激式驱动原理的微型电场传感器测试精度高[2]，集成了当前最尖端的技术，将其进行适应性改进，集成到安全防护智能手环，为最优方案。
4.1.1 传感器结构
微型电场传感器系统结构如图2所示。
4.1.2 工艺设计
由于闭环自激式微型电场传感器的结构较为特殊，采用了较为独特的加工工艺。整个加工过程可分为三部分：硅芯片加工、结构组合和结构释放。硅芯片加工工艺流程如下：采用硅片作为制作两组梳齿电极的材料， 如图3所示。采用正胶反刻工艺， 在其表面蒸铝并定义出梳齿结构的图形；深刻蚀刻穿， 形成梳齿电极以及支撑固定结构。至此硅片加工工艺完成， 两梳齿电极由支撑固定结构保持相对位置的固定。
当硅芯片加工完成以后， 即可进行结构组合及释放步骤。首先将硅芯片粘到基底上， 并将芯片上的电极与对应焊盘用引线连接。然后用低应力胶粘剂将压电陶瓷梁的一端固定在硅芯片梳齿电极上， 另一端固定在基底上。接下来在压电陶瓷梁不受外力作用的情况下， 使胶粘剂在常温下固化， 以确保在胶粘剂固化后压电陶瓷梁内没有或仅有极小的残余应力。用压焊机压断支撑固定结构与梳齿电极间用以固定梳齿电极相对位置的连接结构， 至此传感器器件部分的制作全部完成。
4.2 安全防护智能手环实现方案
结构类部件（表壳，表带，表扣等），主要通过注塑、注射，金属成形和表面处理等工艺实现；
电子类组件，主要包括 PCBA，各类传感器，电池，震动马达，OLED 屏等。
智能手环类产品工艺实现流程[3]，主要包括：SMT，PCBA 功能测试，装配，焊接，半成品、整机功能测试，水密/防尘测试，镭射，外观检验，关键制程以及测试数据记录，包装出货等，安全防护智能手环工艺流程如图4所示。
5 结论
采用闭环自激式电场传感器对带电现场进行电场检测，提高了传感灵敏度，实现了安全距离智能感知。首次可穿戴智能手环技术应用于带电作业安全防护领域，能够有效提高作业人员安全防范意识，通过智能报警装置，能够实时提醒作业人员远离危险区域，提高现场作业安全保障。
参考文献
[1] 阙星文.智能穿戴设备突飞猛进中的启示[J].互联网周刊，2013.8.5.
[2] 彭春荣，刘世国，张海岩，等.新型推挽激励的谐振式微机械静电场传感器[J].納米技术与精密工程，2010，8（4） ： 341-345.
[关键词]智能穿戴；防护手环；电场传感器；
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0103-01
1 引言
带电作业是电力设备测试、检修、改造的重要手段，通过电场传感器准确判断作业人员所处的位置、电压等级、安全距离，实现作业人员智能识别带电物体，超过安全距离自动形成预警防护信息，及时提醒作业人员，为作业现场安全防护提供技术支撑，提高作业现场危险预知能力。本文将现有电场传感器进行了超小型、并吸收了可穿戴理念，设计手环式电场传感器设备用于作业人员带电作业，能够有效提高作业人员安全防范意识，提高现场作业安全保障。
2 现状及发展趋势
可穿戴技术目前在国外工业应用领域已有一些应用。在工业领域，可穿戴设备及技术主要用途：（1）提供技术信息辅助；（2）提供操作训练和绩效支持；（3）进行环境及设备监控；（4）提供专家指导和团队协作支持。
可穿戴设备主要由国外一些知名大企业发起研究，中国消费者对于可穿戴设备的认知度不高，很多人甚至从未听说过，目前的应用体验也不甚理想。国内目前专门开展可穿戴技术研究的单位还比较少。但据权威机构预测，未来五年，国内可穿戴设备市场将迎来高速增长期，可以预见，可穿戴相关的技术研究国内也会迅速跟进[1]。
有关变电站可穿戴巡检装备，除了头戴式可见光、红外热成像检测外，国内外相关应用报道很少。即使一些变电站的可穿戴巡检装备，也仅仅是实现了巡检装备表面的可穿戴，并没有解决其核心问题，即：信息交互、智能感知。分离式的可穿戴巡检装备还未形成小型化、集成化、低功耗设计。通讯和供电是其薄弱环节。
3 实施方案
3.1微型电场传感器实施方案
对当前最先进的微型电场传感器进行改进设计，根据不同电压等级安全距离进行电场标定，判断人体可承受的电场强度，取最小安全值作为报警阈值。提高机械部分传动频率，准确描述当前交变电场变化曲线，提高设备传感精确度。根据智能手环的需求对电场传感器进行小型化封装。
3.2安全防护智能手环集成方案
安全防护智能手环需要集中解决电场传感器、通信装置、显示装置以及电源的集成化处理，整体技术路线如图1所示。
4 工业化实现
4.1 微型电场传感器实现方案
闭环自激式驱动原理的微型电场传感器测试精度高[2]，集成了当前最尖端的技术，将其进行适应性改进，集成到安全防护智能手环，为最优方案。
4.1.1 传感器结构
微型电场传感器系统结构如图2所示。
4.1.2 工艺设计
由于闭环自激式微型电场传感器的结构较为特殊，采用了较为独特的加工工艺。整个加工过程可分为三部分：硅芯片加工、结构组合和结构释放。硅芯片加工工艺流程如下：采用硅片作为制作两组梳齿电极的材料， 如图3所示。采用正胶反刻工艺， 在其表面蒸铝并定义出梳齿结构的图形；深刻蚀刻穿， 形成梳齿电极以及支撑固定结构。至此硅片加工工艺完成， 两梳齿电极由支撑固定结构保持相对位置的固定。
当硅芯片加工完成以后， 即可进行结构组合及释放步骤。首先将硅芯片粘到基底上， 并将芯片上的电极与对应焊盘用引线连接。然后用低应力胶粘剂将压电陶瓷梁的一端固定在硅芯片梳齿电极上， 另一端固定在基底上。接下来在压电陶瓷梁不受外力作用的情况下， 使胶粘剂在常温下固化， 以确保在胶粘剂固化后压电陶瓷梁内没有或仅有极小的残余应力。用压焊机压断支撑固定结构与梳齿电极间用以固定梳齿电极相对位置的连接结构， 至此传感器器件部分的制作全部完成。
4.2 安全防护智能手环实现方案
结构类部件（表壳，表带，表扣等），主要通过注塑、注射，金属成形和表面处理等工艺实现；
电子类组件，主要包括 PCBA，各类传感器，电池，震动马达，OLED 屏等。
智能手环类产品工艺实现流程[3]，主要包括：SMT，PCBA 功能测试，装配，焊接，半成品、整机功能测试，水密/防尘测试，镭射，外观检验，关键制程以及测试数据记录，包装出货等，安全防护智能手环工艺流程如图4所示。
5 结论
采用闭环自激式电场传感器对带电现场进行电场检测，提高了传感灵敏度，实现了安全距离智能感知。首次可穿戴智能手环技术应用于带电作业安全防护领域，能够有效提高作业人员安全防范意识，通过智能报警装置，能够实时提醒作业人员远离危险区域，提高现场作业安全保障。
参考文献
[1] 阙星文.智能穿戴设备突飞猛进中的启示[J].互联网周刊，2013.8.5.
[2] 彭春荣，刘世国，张海岩，等.新型推挽激励的谐振式微机械静电场传感器[J].納米技术与精密工程，2010，8（4） ： 341-345.