一种三维电磁场平移扫描光学测量系统及电磁场测定方法技术方案

本发明专利技术公开了属于空间电磁场检测技术领域的一种三维电磁场平移扫描光学测量系统及电磁场测定方法。三维电磁场平移扫描光学测量系统包括三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统；三维电磁场平移扫描光学测量系统测定电磁场的方法包括三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统测定磁场的方法和三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统测定电场的方法。采用三维磁光效应和三维电光效应，能够在三维上同时测量空间磁场和电场，实现了空间电磁场的三维重现，并且能够测量微小点的磁场和电场。

【技术实现步骤摘要】
一种三维电磁场平移扫描光学测量系统及电磁场测定方法
本专利技术属于空间电磁场检测
，尤其是涉及一种三维电磁场平移扫描光学测量系统及电磁场测定方法。
技术介绍
电力系统的安全生产关乎到国家的经济建设和国家安全，而电力系统的生产安全决定于电气设备的运行状况。通过电磁场三维移动扫描可以对电气设备故障电流和电压所形成的空间电磁场进行检测，获得电气设备的故障特征信息，从而判断出电气设备的故障位置和故障类型。在电气设备故障检测技术中，准确获得电流和电压所形成的空间电磁场信息，是故障定位的核心技术之一。现有的空间电磁场检测技术是，通过空心线圈感应出空间磁场信号，将信号输入到一个滤波器中，通过模拟电路进行信号幅度的检测，然后显示到数码管或者液晶显示器上，该现有技术存在仅能测量一维磁场；磁场测量值是对于穿过空心线圈空间磁场的面积分，无法实现对微小点的磁场和电场测量；无法实现三维电磁场的重现的技术不足。本专利技术提出了一种三维电磁场平移扫描光学测量系统及方法，提供了一种三维磁光效应和电光效应为特征的空间电磁场检测系统，采用磁光效应和电光效应的三维矩阵通道光学测量，通过与位置数据实时结合实现对空间电磁场信息的三维重现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对目前空间电磁场检测技术只能测量一维磁场，无法实现对微小点的磁场和电场测量以及无法实现三维电磁场重现的问题，提出一种三维电磁场平移扫描光学测量系统及电磁场测定方法。本专利技术提出一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，包括：三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统，其特征在于，三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统为三维磁场矩阵通道光学传感单元23安置于三维移动和位置数据输出平台25的光学传感支撑杆26上，三维磁场矩阵通道光学传感单元23在零磁场屏蔽空腔24内进行磁场测量的零位整定，工业控制机计算机35通过控制三维移动和位置数据输出平台25进行三维空间位置的精确平移和定位，并记录空间位置数据，三维磁场矩阵通道光学传感单元23通过X轴、Y轴和Z轴的光学传感矩阵通道测量磁场，通过三维电磁场光学信息处理单元15进行信息处理后传输到工业控制机计算机35，工业控制机计算机35根据三维磁场矩阵通道光学传感单元23所测量的磁场数据和三维移动和位置数据输出平台25输出的三维空间位置数据进行磁场反演计算，得到三维坐标下的磁场信息。所述三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统中，智能调制功率光源14通过一束光纤束将光强基本相同的光发送到X轴向矩阵通道输入准直器17、Y轴向矩阵通道输入准直器19和Z轴向矩阵通道输入准直器21，光束分别在X轴、Y轴和Z轴方向依次通过X轴向起偏器1、Y轴向起偏器3和Z轴向起偏器5后分别在在X轴、Y轴和Z轴方向通过磁光传感立方体7，再经过X轴向检偏器2、Y轴向检偏器4和Z轴向检偏器6通过X轴向矩阵通道输出准直器18、Y轴向矩阵通道输出准直器20和Z轴向矩阵通道输出准直器22，经由光纤束将在三维磁场中感应后的光信号输出到三维电磁场光学信息处理单元15；X轴向矩阵通道输入准直器17、Y轴向矩阵通道输入准直器19和Z轴向矩阵通道输入准直器21以及X轴向矩阵通道输出准直器18、Y轴向矩阵通道输出准直器20和Z轴向矩阵通道输出准直器22都是由N×N或者N×M个准直器以矩阵方式排列组成的准直器组，N×N或者N×M个准直器之间的相对位置固定，各个准直器的出光端面处于同一个平面内，各个准直器的轴线相互平行；N×N或者N×M个准直器中任意两个相邻准直器轴线的距离相等；X轴向矩阵通道输入准直器17中的各个准直器与X轴向矩阵通道输出准直器18中对应的各个准直器的中心轴线处于同一条直线上，Y轴向矩阵通道输入准直器19中的各个准直器与Y轴向矩阵通道输出准直器20中对应的各个准直器的中心轴线处于同一条直线上，Z轴向矩阵通道输入准直器21中的各个准直器与Z轴向矩阵通道输出准直器22中对应的各个准直器的中心轴线处于同一条直线上。一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，包括：三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统，其特征在于，三维光学单通道磁场移动扫描测量系统为三维磁场单通道光学传感单元16安置于三维移动和位置数据输出平台25的光学传感支撑杆26上，三维磁场单通道光学传感单元16在零磁场屏蔽空腔24内进行磁场测量的零位整定，工业控制机计算机35通过控制三维移动和位置数据输出平台25进行三维空间位置的精确平移和定位，并记录空间位置数据，三维磁场单通道光学传感单元16通过X轴、Y轴和Z轴的光学传感矩阵通道测量磁场，通过三维电磁场光学信息处理单元15进行信息处理后传输到工业控制机计算机35，工业控制机计算机35根据三维磁场单通道光学传感单元16所测量的磁场数据和三维移动和位置数据输出平台25输出的三维空间位置数据进行磁场反演计算，得到三维坐标下的磁场信息。所述三维光学单通道磁场移动扫描测量系统中，智能调制功率光源14通过一束光纤束将光强基本相同的光发送到X轴向单通道输入准直器8、Y轴向单通道输入准直器10和Z轴向单通道输入准直器12，光束分别在X轴、Y轴和Z轴方向依次通过X轴向起偏器1、Y轴向起偏器3和Z轴向起偏器5后分别在在X轴、Y轴和Z轴方向通过磁光传感立方体7，再经过X轴向检偏器2、Y轴向检偏器4和Z轴向检偏器6通过X轴向单通道输出准直器9、Y轴向单通道输出准直器11和Z轴向单通道输出准直器13，经由光纤束将在三维磁场中感应后的光信号输出到三维电磁场光学信息处理单元15；X轴向单通道输入准直器8与X轴向单通道输出准直器9的中心轴线处于同一条直线上，Y轴向单通道输入准直器10与Y轴向单通道输出准直器11的中心轴线处于同一条直线上，Z轴向单通道输入准直器12与Z轴向单通道输出准直器13的中心轴线处于同一条直线上；这三条轴线在空间有一个共同的交汇点。一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，包括：三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统，其特征在于，三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统为三维电场矩阵通道光学传感单元40安置于三维移动和位置数据输出平台25的光学传感支撑杆26上，三维电场矩阵通道光学传感单元40在零电场屏蔽空腔41内进行电场测量的零位整定，工业控制机计算机35通过控制三维移动和位置数据输出平台25进行三维空间位置的精确平移和定位，并记录空间位置数据，三维电场矩阵通道光学传感单元40通过X轴、Y轴和Z轴的光学传感矩阵通道测量电场，通过三维电磁场光学信息处理单元15进行信息处理后传输到工业控制机计算机35，工业控制机计算机35根据三维电场矩阵通道光学传感单元40所测量的磁场数据和三维移动和位置数据输出平台25输出的三维空间位置数据进行电场反演计算，得到三维坐标下的电场信息。所述三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统中，智能调制功率光源14通过一束光纤束将光强基本相同的光发送到X轴向矩阵通道输入准直器17、Y轴向矩阵通道输入准直器19和Z轴向矩阵通道输入准直器21，光束分别在X轴、Y轴和Z轴方向依次通过X轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，包括：三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统，其特征在于，三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统为三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)安置于三维移动和位置数据输出平台(25)的光学传感支撑杆(26)上，三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)在零磁场屏蔽空腔(24)内进行磁场测量的零位整定，工业控制机计算机(35)通过控制三维移动和位置数据输出平台(25)进行三维空间位置的精确平移和定位，并记录空间位置数据，三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)通过X轴、Y轴和Z轴的光学传感矩阵通道测量磁场，通过三维电磁场光学信息处理单元(15)进行信息处理后传输到工业控制机计算机(35)，工业控制机计算机(35)根据三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)所测量的磁场数据和三维移动和位置数据输出平台(25)输出的三维空间位置数据进行磁场反演计算，得到三维坐标下的磁场信息。

【技术特征摘要】
1.一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，包括：三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统，其特征在于，三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统为三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)安置于三维移动和位置数据输出平台(25)的光学传感支撑杆(26)上，三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)在零磁场屏蔽空腔(24)内进行磁场测量的零位整定，工业控制机计算机(35)通过控制三维移动和位置数据输出平台(25)进行三维空间位置的精确平移和定位，并记录空间位置数据，三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)通过X轴、Y轴和Z轴的光学传感矩阵通道测量磁场，通过三维电磁场光学信息处理单元(15)进行信息处理后传输到工业控制机计算机(35)，工业控制机计算机(35)根据三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)所测量的磁场数据和三维移动和位置数据输出平台(25)输出的三维空间位置数据进行磁场反演计算，得到三维坐标下的磁场信息。2.根据权利要求1所述一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，其特征在于，所述三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统中，智能调制功率光源(14)通过一束光纤束将光强基本相同的光发送到X轴向矩阵通道输入准直器(17)、Y轴向矩阵通道输入准直器(19)和Z轴向矩阵通道输入准直器(21)，光束分别在X轴、Y轴和Z轴方向依次通过X轴向起偏器(1)、Y轴向起偏器(3)和Z轴向起偏器(5)后分别在在X轴、Y轴和Z轴方向通过磁光传感立方体(7)，再经过X轴向检偏器(2)、Y轴向检偏器(4)和Z轴向检偏器(6)通过X轴向矩阵通道输出准直器(18)、Y轴向矩阵通道输出准直器(20)和Z轴向矩阵通道输出准直器(22)，经由光纤束将在三维磁场中感应后的光信号输出到三维电磁场光学信息处理单元(15)；X轴向矩阵通道输入准直器(17)、Y轴向矩阵通道输入准直器(19)和Z轴向矩阵通道输入准直器(21)以及X轴向矩阵通道输出准直器(18)、Y轴向矩阵通道输出准直器(20)和Z轴向矩阵通道输出准直器(22)都是由N×N或者N×M个准直器以矩阵方式排列组成的准直器组，N×N或者N×M个准直器之间的相对位置固定，各个准直器的出光端面处于同一个平面内，各个准直器的轴线相互平行；N×N或者N×M个准直器中任意两个相邻准直器轴线的距离相等；X轴向矩阵通道输入准直器(17)中的各个准直器与X轴向矩阵通道输出准直器(18)中对应的各个准直器的中心轴线处于同一条直线上，Y轴向矩阵通道输入准直器(19)中的各个准直器与Y轴向矩阵通道输出准直器(20)中对应的各个准直器的中心轴线处于同一条直线上，Z轴向矩阵通道输入准直器(21)中的各个准直器与Z轴向矩阵通道输出准直器(22)中对应的各个准直器的中心轴线处于同一条直线上。3.一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，包括：三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统，其特征在于，三维光学单通道磁场移动扫描测量系统为三维磁场单通道光学传感单元(16)安置于三维移动和位置数据输出平台(25)的光学传感支撑杆(26)上，三维磁场单通道光学传感单元(16)在零磁场屏蔽空腔(24)内进行磁场测量的零位整定，工业控制机计算机(35)通过控制三维移动和位置数据输出平台(25)进行三维空间位置的精确平移和定位，并记录空间位置数据，三维磁场单通道光学传感单元(16)通过X轴、Y轴和Z轴的光学传感矩阵通道测量磁场，通过三维电磁场光学信息处理单元(15)进行信息处理后传输到工业控制机计算机(35)，工业控制机计算机(35)根据三维磁场单通道光学传感单元(16)所测量的磁场数据和三维移动和位置数据输出平台(25)输出的三维空间位置数据进行磁场反演计算，得到三维坐标下的磁场信息。4.根据权利要求3所述一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，其特征在于，所述三维光学单通道磁场移动扫描测量系统中，智能调制功率光源(14)通过一束光纤束将光强基本相同的光发送到X轴向单通道输入准直器(8)、Y轴向单通道输入准直器(10)和Z轴向单通道输入准直器(12)，光束分别在X轴、Y轴和Z轴方向依次通过X轴向起偏器(1)、Y轴向起偏器(3)和Z轴向起偏器(5)后分别在在X轴、Y轴和Z轴方向通过磁光传感立方体(7)，再经过X轴向检偏器(2)、Y轴向检偏器(4)和Z轴向检偏器(6)通过X轴向单通道输出准直器(9)、Y轴向单通道输出准直器(11)和Z轴向单通道输出准直器(13)，经由光纤束将在三维磁场中感应后的光信号输出到三维电磁场光学信息处理单元(15)；X轴向单通道输入准直器(8)与X轴向单通道输出准直器(9)的中心轴线处于同一条直线上，Y轴向单通道输入准直器(10)与Y轴向单通道输出准直器(11)的中心轴线处于同一条直线上，Z轴向单通道输入准直器(12)与Z轴向单通道输出准直器(13)的中心轴线处于同一条直线上；这三条轴线在空间有一个共同的交汇点。5.一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，包括：三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统，其特征在于，三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统为三维电场矩阵通道光学传感单元(40)安置于三维移动和位置数据输出平台(25)的光学传感支撑杆(26)上，三维电场矩阵通道光学传感单元(40)在零电场屏蔽空腔(41)内进行电场测量的零位整定，工业控制机计算机(35)通过控制三维移动和位置数据输出平台(25)进行三维空间位置的精确平移和定位，并记录空间位置数据，三维电场矩阵通道光学传感单元(40)通过X轴、Y轴和Z轴的光学传感矩阵通道测量电场，通过三维电磁场光学信息处理单元(15)进行信息处理后传输到工业控制机计算机(35)，工业控制机计算机(35)根据三维电场矩阵通道光学传感单元(40)所测量的磁场数据和三维移动和位置数据输出平台(25)输出的三维空间位置数据进行电场反演计算，得到三维坐标下的电场信息。6.根据权利要求5所述一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，其特征在于，所述三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统中，智能调制功率光源(14)通过一束光纤束将光强基本相同的光发送到X轴向矩阵通道输入准直器(17)、Y轴向矩阵通道输入准直器(19)和Z轴向矩阵通道输入准直器(21)，光束分别在X轴、Y轴和Z轴方向依次通过X轴向起偏器(1)、Y轴向起偏器(3)和Z轴向起偏器(5)后分别在在X轴、Y轴和Z轴方向通过磁光传感立方体(7)，经过X轴向四分之一波片(37)、Y轴向四分之一波片(38)和Z轴向四分之一波片(39)，再经过X轴向检偏器(2)、Y轴向检偏器(4)和Z轴向检偏器(6)通过X轴向矩阵通道输出准直器(18)、Y轴向矩阵通道输出准直器(20)和Z轴向矩阵通道输出准直器(22)，经由光纤束将在三维磁场中感应后的光信号输出到三维电磁场光学信息处理单元(15)。7.一种三维电磁场平移扫描光学测量系统测定电磁场的方法，包括：三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统测定磁场的方法和三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统测定电场的方法，其特征在于，三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统测定磁场的方法，包含如下步骤：步骤1：三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)安置于三维移动和位置数据输出平台(25)的光学传感支撑杆(26)上，将智能调制矩阵功率光源(14)通过光纤连接到三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)上，将三维电磁场光学信息处理单元(15)连接到三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)上，将三维电磁场光学信息处理单元(15)通过USB接口连接到工业控制计算机(35)的USB接口上，构成三维磁场平移扫描矩阵光学测量系；步骤2：将三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)中X轴向矩阵通道输出准直器(18)、Y轴向矩阵通道输出准直器(20)和Z轴向矩阵通道输出准直器(22)输出的光信号与三维电磁场光学信息处理单元(15)所输出的各路模拟量采集数据一一对应，定义X轴向矩阵通道输出准直器(18)输出光信号所对应的电信号为一个矩阵形式：定义Y轴向矩阵通道输出准直器(20)输出光信号所对应的电信号为一个矩阵形式：定义Z轴向矩阵通道输出准直器(22)输出光信号所对应的电信号为一个矩阵形式：M、N分别表示X轴向、Y轴向和Z轴向矩阵通道输出准直器以矩阵方式排列组成准直器组的行数与列数；步骤3：将放置了三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)的三维移动和位置数据输出平台(25)整体移动，使得三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)中的磁光传感立方体(7)的右下角与被测磁场的原点重合；步骤4：将零磁场屏蔽空腔(24)置于空腔支撑座(42)上，调节空腔支撑座(42)的位置和高度使得零磁场屏蔽空腔(24)套在三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)上，且与三维磁场矩阵通道光学传感单元(23)不接触，零磁场屏蔽空腔(24)的位置在被测磁场之外，零磁场屏蔽空腔(24)的空腔口边缘与被测磁场边界重合；步骤5：打开智能调制矩阵功率光源(14)，静置一段时间，时间长度为大于5分钟，工业控制计算机(35)记录X轴向矩阵通道输出准直器(18)输出信号为：Y轴向矩阵通道输出准直器(20)输出信号为：

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩松，刘君，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11