电场测量的方法及其测量系统涉及一种具有微型探头的适用于高强度电场测量的方法及其数字式测量系统，适用于DC到AC、电器表面空间电场到环境空间电场的测量。本发明专利技术测量系统由电场传感器、数据处理系统、通信系统、定位系统、校正系统和电源组成，通信系统端口分别与定位系统端口、校正系统端口、数据处理系统端口、电场传感器端口相连；所述数据处理系统通过通信系统从电场传感器、校正系统、定位系统获取数字信息或向电场传感器、校正系统、定位系统发送指令；所述定位系统通过对被测对象和电场传感器的定位检测获取被测对象和电场传感器的位子及外形几何信息。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】电场测量的方法及其测量系统涉及一种具有微型探头的适用于高强度电场测量的方法及其数字式测量系统，适用于DC到AC、电器表面空间电场到环境空间电场的测量。本专利技术测量系统由电场传感器、数据处理系统、通信系统、定位系统、校正系统和电源组成，通信系统端口分别与定位系统端口、校正系统端口、数据处理系统端口、电场传感器端口相连；所述数据处理系统通过通信系统从电场传感器、校正系统、定位系统获取数字信息或向电场传感器、校正系统、定位系统发送指令；所述定位系统通过对被测对象和电场传感器的定位检测获取被测对象和电场传感器的位子及外形几何信息。【专利说明】电场测量的方法及其测量系统
本专利技术涉及一种电场测量的方法及其测量系统，特别涉及一种具有微型探头的适用于高强度电场测量的方法及其数字式测量系统，适用于DC到AC、电器表面空间电场到环境空间电场的测量。
技术介绍
现有技术下,有很多环境空间电场测量系统，但没有一款可用于带电电器表面空间电场测量的电场测量系统(现有电场测量系统电场传感器探头包含较多的金属部件，易畸变原有电场，使得测量电场为实际电场的畸变电场)。因此在现有技术下，多数电器产品关于表面电场的优化设计是基于计算机仿真结果。此外，现有的DC/AC电场测量方法主要包括:粒子漂移法、小球法(球隙法)、电位平衡法、感应电荷法、电荷捕捉法、应变光学材料法。这些方法各具优点但同时存在一些不足之处。I)粒子漂移法测量精度高但测量范围窄，不能用于强电场测量。2)小球法因受影响因素多，稳定性差且精度低。3)电位平衡法操作复杂，且精度差。4)电容充电法和电荷捕捉法因具有大体积的金属探头对原有电场畸变影响大，不适用于超高电场强度(10~6kV/m以上)测量。5)应变光学材料法易受诸如温度湿度等环境因素影响。
技术实现思路
本专利技术就是针对上述问题，提供一种测量精度高、可采集测量点相对位置的适用于高强度电场测量的方法及其数字式测量系统。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，本专利技术测量系统由电场传感器、数据处理系统、通信系统、定位系统、校正系统和电源组成，通信系统端口分别与定位系统端口、校正系统端口、数据处理系统端口、电场传感器端口相连。所述数据处理系统通过通信系统从电场传感器、校正系统、定位系统获取数字信息或向电场传感器、校正系统、定位系统发送指令。所述定位系统通过对被测对象和电场传感器的定位检测获取被测对象和电场传感器的位子及外形几何信息，并将信息传回数据处理系统。所述数据处理系统向校正系统发出充电或校正指令，校正系统对电场传感器充电或校正，并将电压数据传回数据处理系统。所述数据处理系统向电场传感器发出测量指令，电场传感器对电场进行测量，并将电场信息传回数据处理系统。作为一种优选方案，本专利技术所述电场传感器包括探头、摄像机、激光背板、激光枪和机架，探头设置在机架横向前侧中部；探头包括透明壳体包裹的真空室，真空室内设置有绝缘杆、探测球和平面镜，平面镜竖直设置在真空室的后侧，平面镜中间与绝缘杆一端连接，绝缘杆另一端与真空室前侧的探测球相连，绝缘杆与金属线垂直连接，金属线两端与真空室上下壁连接，探测球下方的壳体为波纹管结构，波纹管与竖杆充电电极相连，充电电极穿通波纹管结构，上端位置相应于探测球设置；所述激光背板相应于平面镜设置在机架的后侧上部，激光枪相应于探头设置在机架的后侧下部，摄像机设置在激光背板后方的机架上。作为另一种优选方案，本专利技术所述壳体下部前侧设置有与机架连接的活动拆装部件(便于探头的拆装)。作为另一种优选方案，本专利技术所述探测球、平面镜、绝缘杆组合体重心与金属线重心重合。作为另一种优选方案，本专利技术所述探测球为表面喷金的塑胶球。作为另一种优选方案，本专利技术所述的校正系统包含平板电极、棒电极、可编程直流电源，平板电极和棒电极分别连接于可编程直流电源两输出端。其次，本专利技术所述的定位系统包含APS-GPS定位系统和激光定位系统。另外，本专利技术所述的通信系统包括光纤通信接口、远程无线网络通信接口和近程无线通信接口 ；通信系统通过光纤通信接口分别与校正系统、电场传感器、定位系统相连，通信系统通过远程无线网络通信接口和近程无线通信接口与数据处理系统相连。本专利技术测量的方法包括充电、校验、定位、测量、验正五个步骤。充电步骤。I)将探头置于自然环境中。2)将校正系统的平板电极紧贴着探头真空室的上表面。3)将校正系统的棒电极与探头的充电电极相连，并使充电电极与测量小球接触。4)调节可编程直流电源电压至U1，使探测球与平板电极组成的球-板电容系统充电。5)T1时间后，保持Ul不变，快速使充电电极与探测球分离，并快速断开棒电极。6)继续保持Ul不变，快速断开平板电极，探测球带Ql的电量。7)调节可编程直流电源电压至0，移除平板电极。校验步骤。I)将探头置于自然环境中。2)将校正系统的棒电极接地。3)将校正系统的平板电极紧贴于探头真空室的侧表面。4)使可编程直流电源输出有效值为U2，频率与被测工频电场频率一致的正弦波。5)在U2的作用下，探测球处的空间产生电场Ε2，激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量。6)将摄像机设置于拍照模式，对激光背板进行拍照。7)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取U2产生的电场Ε2的比例幅值Α2等信息，记此比例参数集为G2。8)根据Α2的值来预估探测球的充电量是否属于合理范围；若是，则调节可编程直流电源电压至0，移除平板电极，并进行下一个步骤；若不能，则重复充电步骤和校验步骤，直至是为止。定位步骤。I)将探头4置于需要测量电场的位置，用APS-GPS系统测量出探测系统的大致位置，坐标记录为PG1，PG2，…PGN。2)用激光定位系统测量出探头与参照物、被测对象与参照物、探头与被测对象之间的相对位置关系，并分别记录为P11，P12，…P1N;P21，P22，...P2N ;P31，P32，…P3N。测量步骤。I)将探头置于被测量工频电场E3中。2)激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量。3)将摄像机设置于拍照模式，对激光背板进行拍照。4)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取E3的比例幅值A3等信息，记此比例参数集为G3。 5)比较被测电 场E3参数集G3与已知电场E2参数集G2中的信息，得到被测电场E3的实际参数。验证步骤。I)将探头置于自然环境中。2)将校正系统的棒电极接地。3)将校正系统的平板电极紧贴于探头真空室的侧表面。4)使可编程直流电源输出有效值为U2频率与被测工频电场频率一致的正弦波。5)在U2的作用下，探测球处的空间产生电场E2，激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量。6)将摄像机设置于拍照模式，然后对激光背板进行拍照。7)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取U2此时产生的电场E4的比例幅值A4等信息，记此比例参数集为G4 ；比较G4与G2，若相同参数变化在合理范围内，则视测量步骤所得参数集G3正确；否则重复上述充电、校验、定位、测量四个步骤，直至正确为止。作为一种优选方案，本专利技术Tl时间大于Is ;摄像机拍照曝光时间大于15ms，小于35ms ο作为另一种优选方案，本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
电场测量的方法，其特征在于包括充电、校验、定位、测量、验正五个步骤；充电步骤：1） 将探头置于自然环境中；2） 将校正系统的平板电极紧贴着探头真空室的上表面；3） 将校正系统的棒电极与探头的充电电极相连，并使充电电极与测量小球接触；4） 调节可编程直流电源电压至U1，使探测球与平板电极组成的球‑板电容系统充电；5） T1时间后，保持U1不变，快速使充电电极与探测球分离，并快速断开棒电极；6） 继续保持U1不变，快速断开平板电极，探测球带Q1的电量；7） 调节可编程直流电源电压至0，移除平板电极；校验步骤：1） 将探头置于自然环境中；2） 将校正系统的棒电极接地；3） 将校正系统的平板电极紧贴于探头真空室的侧表面；4） 使可编程直流电源输出有效值为U2，频率与被测工频电场频率一致的正弦波；5） 在U2的作用下，探测球处的空间产生电场E2，激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量；6） 将摄像机设置于拍照模式，对激光背板进行拍照；7） 将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取U2产生的电场E2的比例幅值A2等信息，记此比例参数集为G2；8） 根据A2的值来预估探测球的充电量是否属于合理范围；若是，则调节可编程直流电源电压至0，移除平板电极，并进行下一个步骤；若不能，则重复充电步骤和校验步骤，直至是为止；定位步骤：1） 将探头4置于需要测量电场的位置，用APS‑GPS系统测量出探测系统的大致位置，坐标记录为PG1，PG2，…PGN；2） 用激光定位系统测量出探头与参照物、被测对象与参照物、探头与被测对象之间的相对位置关系，并分别记录为P11，P12，…P1N；P21，P22，…P2N；P31，P32，…P3N；测量步骤：1）将探头置于被测量工频电场E3中；2）激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量；3）将摄像机设置于拍照模式，对激光背板进行拍照；4）将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取E3的比例幅值A3等信息，记此比例参数集为G3；5）比较被测电场E3参数集G3与已知电场E2参数集G2中的信息，得到被测电场E3的实际参数；验证步骤：1） 将探头置于自然环境中；2） 将校正系统的棒电极接地；3） 将校正系统的平板电极紧贴于探头真空室的侧表面；4） 使可编程直流电源输出有效值为U2频率与被测工频电场频率一致的正弦波；5） 在U2的作用下，探测球处的空间产生电场E2，激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量；6） 将摄像机设置于拍照模式，然后对激光背板进行拍照；7） 将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取U2此时产生的电场E4的比例幅值A4等信息，记此比例参数集为G4；比较G4与G2，若相同参数变化在合理范围内，则视测量步骤所得参数集G3正确；否则重复上述充电、校验、定位、测量四个步骤，直至正确为止。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐叶飞，刘晓明，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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