一种数字式电场传感器制造技术

本发明专利技术提供一种数字式电场传感器，包括：电场感应系统：将高压直流输电线路下的合成电场转化为感应电流输出给被测信号输入通道；参考信号产生系统：产生与感应电流同频同相的方波信号作为参考信号输出给参考信号输入通道；被测信号输入通道：将感应电流进行放大、滤波和AD采样后输出给微处理模块；参考信号输入通道：AD采样参考信号后，输出给微处理模块；微处理模块，用两个相敏检波器对输入的离散序列和同步参考信号序列进行相敏检波后，计算高压直流输电线路下合成电场的幅值和相位。本发明专利技术提供的技术方案可完全克服传统模拟式电场传感器存在的输出漂移、传感特性不一致等缺陷，极大提高了测量精确性和长期使用的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电场传感器，具体讲涉及一种适用于高压直流输电线路下地面合成电场测量的数字式电场传感器。
技术介绍
伴随着我国特高压输电工程的蓬勃开展，输电线路周边的电磁环境问题日益引起人们重视。在日趋严格的环保形势下，输电线路的电磁环境将成为影响其应用和发展的重要因素之一，是线路设计和运行中必须考虑的重大技术问题。电场强度是电磁环境的一个重要参数，对其进行准确检测具有重要意义。传统的模拟式直流电场传感器基于锁定放大器的原理实现，锁定放大器能将电场传感器检测到的微弱信号进行提取和放大，从而在噪声中识别有用信号。而相敏检波是实现锁定放大的核心，一方面，将输入信号与同频的参考信号进行相关运算，得到只和被测信号以及被测信号同频的噪声分量有关的相关运算结果。大部分噪声因与之不相关，从而被极大的抑制，提高检测的信噪比。另一方面，相敏检波实现了对被测电场方向的鉴别，起鉴相器的作用。目前模拟式电场传感器锁定放大器的结构如图1所示，由测量输入信号通道部分，参考信号输入通道部分以及模拟式相关器三部分组成。测量输入信号通道对输入的正弦信号进行放大，再经带通滤波器滤除部分干扰和噪声，以提高相敏检测的动态范围。参考信号选择正弦信号或方波信号，与被测信号同频同相。参考信号输入通道对参考信号进行放大或衰减，以适应相敏检测器对幅度的要求。模拟相关器由模拟式相敏检波器(APSD)和模拟式低通滤波器(ALPF)构成，相敏检波器对输入信号和参考信号做乘法运算并输出。低通滤波环节滤除相敏检波输出中的非直流分量，使输出为稳定的直流。在模拟式电场传感器中，输入测量信号m(t)为正弦波，参考信号r(t)为方波，设方波的幅度为Vr，正弦波的幅度为Vm，两者角频率相等，均为ω0，θ和φ分别为输入测量信号和参考信号的初相位。则输入测量信号可表示为：m(t)＝Vmsin(ω0t+θ)；将参考信号方波r(t)进行傅立叶级数展开，可表示为：通过相敏检波器后，x(t)和r(t)乘积up(t)为：up(t)=2VmVrπΣn=1∞(-1)n+12n-1cos[(2n-2)ω0t-(θ-φ)]-2VmVrπΣn=1∞(-1)n+12n-1cos(2nω0t+θ+φ)]]>经过模拟式低通滤波器后，上式中n＞1的差频项及所有和频项被滤除，只保留n＝1的差频项，也就是直流量，最后输出uo为：一般情况下，通过调节滑动变阻器使参考信号r(t)和输入测量信号m(t)的相位差θ-φ等于零，从而得到最大的输出此时传感器具有最大灵敏度，该过程一般由人工调节移相电路完成。但由于人为操作误差，将相位差准确地调节为零有较大困难。人为误差导致的相位差异性，造成传感器的灵敏度具有分散性。此外，相位的调节是通过滑动变阻器来实现的，而滑动变阻器本身存在漂移特性，长时间使用会造成相角的漂移，使传感器的灵敏度发生偏移，造成测量误差。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提供一种适用于高压直流输电线路下合成电场测量的数字式电场传感器，以提高高压直流输电线路下合成电场测量的数据精确度。本专利技术提供的技术方案是：一种数字式电场传感器，其改进之处在于，所述电场传感器包括电场感应系统、参考信号产生系统、被测信号输入通道、参考信号输入通道和微处理模块；其中：电场感应系统，其输出端与被测信号输入通道相连，用于测量高压直流输电线路下的合成电场，并将所述合成电场转化为频率和幅值稳定的感应电流m(t)后传输给所述被测信号输入通道；参考信号产生系统，其输出端与参考信号输入通道相连，用于产生与所述感应电流m(t)同频同相的方波信号作为参考信号r(t)，并将所述参考信号r(t)传输给参考信号输入通道；被测信号输入通道，其输出端与微处理模块相连，用于将所述感应电流m(t)进行放大、滤波和AD采样后，输出离散序列m(k)给所述微处理模块；参考信号输入通道，其输出端与微处理模块相连，用于对所述参考信号r(t)进行AD采样后，输出同步参考信号序列s(k)给所述微处理模块；微处理模块，用两个相敏检波器对离散序列m(k)和同步参考信号序列s(k)进行相敏检波后，计算高压直流输电线路下合成电场的幅值和相位。优选的，所述电场传感器还包括无线射频模块，所述无线射频模块的输入端与所述微处理模块相连，用于将所述高压直流输电线路下合成电场的幅值和相位实时发送给上位机进行显示。优选的，所述电场感应系统包括电动机和依次安装在所述电动机电机轴上的光电码盘、感应叶片和屏蔽叶片；所述屏蔽叶片跟随所述电机轴做周期旋转，对固定不动的所述感应叶片上的电场进行周期性屏蔽；所述感应叶片产生频率和幅值稳定的感应电流m(t)，传输给所述被测信号输入通道。进一步，参考信号产生系统包括安装所述光电码盘上的光电开关和连接所述光电开关输出端的整形电路，所述整形电路与所述参考信号输入通道相连；所述光电码盘跟随所述电机轴旋转；所述光电开关产生脉冲信号，通过脉冲信号检测所述光电码盘的转动速度，并通过所述整形电路产生标准方波信号r(t)作为参考信号传输给所述参考信号输入通道。进一步，所述电动机同与供电系统连接的电机控制电路连接；所述供电系统输出3.3V稳压电源给所述电机控制电路供电，所述电机控制电路的稳压芯片upc1470控制所述电动机转速。优选的，所述被测信号输入通道包括依次连接的放大器、滤波器和第一AD采样器，所述放大器放大感应电流m(t)后输出给所述滤波器；所述滤波器对所述感应电流进行滤波后，输出给第一AD采样器；所述第一AD采样器对接收到的感应电流进行AD采样后，输出离散序列m(k)给所述微处理模块。优选的，所述参考信号输入通道包括第二AD采样器，所述第二AD采样器对所述参考信号r(t)进行AD采样后输出同步参考信号序列s(k)给所述微处理模块；所述第二AD采样器在每个周期内的采样数为4的整数倍。优选的，所述微处理模块包括移相器、第一相敏检波器、第二相敏检波器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、电场幅值计算模块和电场方向计算模块；所述参考信号输入通道的输出端分别连接所述移相器的输入端和所述第一相敏检波器的输入端；所述被测信号输入通道的输出端分别连接所述第一相敏检波器的另一输入端和所述第二相敏检波器的输入端；所述移相器的输出端连接所述第二相敏检波器的另一输入端；所述第一相敏检波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字式电场传感器，其特征在于，所述电场传感器包括电场感应系统、参考信号产生系统、被测信号输入通道、参考信号输入通道和微处理模块；其中：电场感应系统，其输出端与被测信号输入通道相连，用于测量高压直流输电线路下的合成电场，并将所述合成电场转化为频率和幅值稳定的感应电流m(t)后传输给所述被测信号输入通道；参考信号产生系统，其输出端与参考信号输入通道相连，用于产生与所述感应电流m(t)同频同相的方波信号作为参考信号r(t)，并将所述参考信号r(t)传输给参考信号输入通道；被测信号输入通道，其输出端与微处理模块相连，用于将所述感应电流m(t)进行放大、滤波和AD采样后，输出离散序列m(k)给所述微处理模块；参考信号输入通道，其输出端与微处理模块相连，用于对所述参考信号r(t)进行AD采样后，输出同步参考信号序列s(k)给所述微处理模块；微处理模块，用两个相敏检波器对离散序列m(k)和同步参考信号序列s(k)进行相敏检波后，计算高压直流输电线路下合成电场的幅值和相位。

【技术特征摘要】
1.一种数字式电场传感器，其特征在于，所述电场传感器包括电场感应系统、参考信号
产生系统、被测信号输入通道、参考信号输入通道和微处理模块；其中：
电场感应系统，其输出端与被测信号输入通道相连，用于测量高压直流输电线路下的合
成电场，并将所述合成电场转化为频率和幅值稳定的感应电流m(t)后传输给所述被测信号输
入通道；
参考信号产生系统，其输出端与参考信号输入通道相连，用于产生与所述感应电流m(t)
同频同相的方波信号作为参考信号r(t)，并将所述参考信号r(t)传输给参考信号输入通道；
被测信号输入通道，其输出端与微处理模块相连，用于将所述感应电流m(t)进行放大、
滤波和AD采样后，输出离散序列m(k)给所述微处理模块；
参考信号输入通道，其输出端与微处理模块相连，用于对所述参考信号r(t)进行AD采
样后，输出同步参考信号序列s(k)给所述微处理模块；
微处理模块，用两个相敏检波器对离散序列m(k)和同步参考信号序列s(k)进行相敏检波
后，计算高压直流输电线路下合成电场的幅值和相位。
2.根据权利要求1所述的一种数字式电场传感器，其特征在于：
所述电场传感器还包括无线射频模块，所述无线射频模块的输入端与所述微处理模块相
连，用于将所述高压直流输电线路下合成电场的幅值和相位实时发送给上位机进行显示。
3.根据权利要求1所述的一种数字式电场传感器，其特征在于：
所述电场感应系统包括电动机和依次安装在所述电动机电机轴上的光电码盘、感应叶片
和屏蔽叶片；
所述屏蔽叶片跟随所述电机轴做周期旋转，对固定不动的所述感应叶片上的电场进行周
期性屏蔽；所述感应叶片产生频率和幅值稳定的感应电流m(t)，传输给所述被测信号输入通
道。
4.根据权利要求3所述的一种数字式电场传感器，其特征在于：
所述参考信号产生系统包括安装所述光电码盘上的光电开关和连接所述光电开关输出端
的整形电路，所述整形电路与所述参考信号输入通道相连；
所述光电码盘跟随所述电机轴旋转；所述光电开关产生脉冲信号，通过脉冲信号检测所
述光电码盘的转动速度，并通过所述整形电路产生标准方波信号r(t)作为参考信号传输给所
述参考信号输入通道。
5.根据权利要求3或4所述的一种数字式电场传感器，其特征在于：
所述电动机同与供电系统连接的电机控制电路连接；所述供电系统输出3.3V稳压电源给

\t所述电机控制电路供电，所述电机控制电路的稳压芯片upc1470控制所述电动机转速。
6.根据权利要求1所述的一种数字式电场传感器，其特征在于：
所述被测信号输入通道包括依次连接的放大器、滤波器和第一AD采样器，所述放大器放
大感应电流m(t)后输出给所述滤波器；所述滤波器对所述感应电流进行滤波后，输出给第一
AD采样器；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵录兴，崔勇，陆家榆，鞠勇，袁海文，吴桂芳，谢莉，刘元庆，吕建勋，陈凯，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11