一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器制造技术

本发明专利技术提出了一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器。该装置基于一维场磨式电场测量结构，采用万向节分别连接电机和圆形金属屏蔽片，使电机将动力变角度传递给圆形金属屏蔽片，以实现圆形金属屏蔽片与固定的圆形金属感应片同轴的转动，通过圆形金属屏蔽片周期性地遮挡圆形金属感应片，在圆形金属感应片上产生感应电流。最终，在三维方向分别设置三组相同的万向节传动结构，获得与三维方向分别对应的感应电流，并合成三维方向的感应电流，从而换算出三维待测电场强度。从而换算出三维待测电场强度。从而换算出三维待测电场强度。

【技术实现步骤摘要】
一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器


[0001]本专利技术属于检测技术与自动化装置领域，具体涉及一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器，包含该装置的结构和实现原理，专利技术适用于测量存在三维电场的待测电场环境。

技术介绍

[0002]随着国家电网技术的不断发展，特高压输电线路在整个输电电网系统中的地位也越来越重要。特高压输电线路的实施较现有的超高压输电线有更高可靠性，然而，特高压输电线路有着电磁环境污染和强电晕放电等问题，对广大人民群众的生产和生活可能带来不良的影响，这就要求我们完善对输电线路周围电场环境的精准检测，以保证线路的稳定运行和对周围电场环境安全的精准把控。因此如何检测特高压输电线路周围的电场环境是一个值得研究的问题。
[0003]传统的电场测量传感器一般只能测量一个维度的电场环境，从而难以全面感知真实三维环境中的多维电场，这使得测量会存在一定的缺陷。为了解决此问题，三维电场传感器相继得到了发展，但是传统的三维电场传感器大多存在体积大以及可能在雨天因雨水沉积而影响传感器运行等问题。在现代电场测量中，传感器往往在一些狭小环境中难以获得待测电场，这使得传感器的小型化显得尤为重要。与此同时，在我国部分地区存在连年多雨的情况，这使得保证传感器在雨天正常运行也变得尤为重要。因此为了精准分析不同复杂环境中的三维电场强度，所采用的电场传感器的设计方案需要全面考虑多种实际因素的影响。

技术实现思路

[0004]针对以上提到的问题，本专利技术设计了一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器，分析了传感器结构和测量原理，实现了电场传感器在复杂环境下对三维电场的测量。
[0005]本专利技术具体采用以下技术方案：
[0006]一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器。由一维测量单元1、一维测量单元2、一维测量单元3、万向节1、万向节2、万向节3、电机1、电机2和电机3构成一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器。一维测量单元1由圆形金属屏蔽片1、圆形金属感应片1和光电码盘1构成；一维测量单元2由圆形金属屏蔽片2、圆形金属感应片2和光电码盘2构成；一维测量单元3由圆形金属屏蔽片3、圆形金属感应片3和光电码盘3构成。所述一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器和信号处理单元构成完整的测量系统。根据一维测量单元1、一维测量单元2和一维测量单元3所感知的x、y和z方向的电场强度，根据高斯定理可得出对应的x、y和z方向上的感应电流。再根据矢量叠加原理在信号处理单元中合成x、y和z方向的感应电流，可以得到总的感应电流，
并通过高斯定理的原理得到最终总的待测电场强度。其特征在于：
[0007]所述一维测量单元1、一维测量单元2和一维测量单元3固定于一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器的三个互相垂直的正方体金属外壳面上。所述一维测量单元1、一维测量单元2和一维测量单元3中用来连接圆形金属屏蔽片1和光电码盘1、圆形金属屏蔽片2和光电码盘2以及圆形金属屏蔽片3和光电码盘3的转轴分别分别与万向节1、万向节2以及万向节3的一个端子相连接。所述电机1、电机2和电机3分别固定于相异于一维测量单元1、一维测量单元2和一维测量单元3的正方体金属外壳面上，且电机1与一维测量单元1、电机2与测量单元2以及电机3与测量单元3所固定金属面不为对面。所述电机1、电机2和电机3分别与万向节1、万向节2和万向节3的另一个端子相连接，使得万向节1、万向节2和万向节3的两个端子轴心呈现90度的夹角，使得电机1、电机2和电机3不存在于圆形金属感应片1、圆形金属感应片2和圆形金属感应片3的同轴方向，从而可以实现传感器尺寸的小型化以及电机不积水。
[0008]所述圆形金属感应片1、圆形金属感应片2和圆形金属感应片3通过轴承和绝缘套嵌套于带动圆形金属屏蔽片1、圆形金属屏蔽片2和圆形金属屏蔽片3转动的转轴上，并作为定子固定于一维测量单元1、一维测量单元2和一维测量单元3对应固定的金属外壳面上。所述光电码盘1、光电码盘2和光电码盘3固定于带动圆形金属屏蔽片1、圆形金属屏蔽片2和圆形金属屏蔽片3转动的转轴上。所述圆形金属感应片1、圆形金属感应片2、圆形金属感应片3、光电码盘1、光电码盘2和光电码盘3分别通过信号线与信号处理单元相连，并通过信号处理单元实现对待测三维电场强度的模值和相角的分析及计算。
[0009]本专利技术具有以下技术效果：
[0010]1、通过圆形金属屏蔽片1、圆形金属屏蔽片2和圆形金属屏蔽片3的转动周期性地遮挡圆形金属感应片1、圆形金属感应片2和圆形金属感应片3，具有能分别且同时感知来自x、y和z方向电场强度的能力，并且可以产生与电场强度相对应的感应电流的特点，具有三维电场测量能力。
[0011]2、由于传统的场磨型三维电场传感器的带动屏蔽片旋转的旋转轴，为完全垂直于屏蔽片表面的竖直轴，若使一维测量单元1、一维测量单元2和一维测量单元3相切安装，则三个分别带动圆形金属屏蔽片1、圆形金属屏蔽片2和圆形金属屏蔽片3的旋转轴，将会相交，而这在实际中是不可能存在的，所以传统的场磨型三维电场传感器为了保证各旋转轴不相交，其总体积可能较大，而本专利技术利用万向轴使得场磨型三维电场传感器的传动方式实现不同轴传动，从而可以进一步实现传感器的小型化。
[0012]3、本专利技术采用信号处理单元对圆形金属感应片1、圆形金属感应片2、圆形金属感应片3、光电码盘1、光电码盘2和光电码盘3产生的感应电流进行处理，可以获得x、y和z方向三维电场强度的幅度和相位特性。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的系统构架示意图；
[0014]图2是本专利技术的一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器(1)结构示意图。
[0015]其中，1
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一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器，2
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一维
测量单元1，3
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一维测量单元2，4
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一维测量单元3，5
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圆形金属屏蔽片1，6
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圆形金属感应片1，7
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光电码盘1，8
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圆形金属屏蔽片2，9
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圆形金属感应片2，10
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光电码盘2，11
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圆形金属屏蔽片3，12
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圆形金属感应片3，13
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光电码盘3，14
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万向节1，15
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万向节2，16
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万向节3，17
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电机1，18
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电机2，19
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电机3，20
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信号处理单元。
具体实施方式
[0016]下面结合说明书中的附图对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。
[0017]本专利技术为一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用电机带动万向节传动实现三维电场测量的电场传感器，其特征在于：所述一种采用电机带动万向节实现三维电场测量的电场传感器(1)包括一维测量单元1(2)、一维测量单元2(3)、一维测量单元3(4)、万向节1(14)、万向节2(15)、万向节3(16)、电机1(17)、电机(18)、电机(19)和信号处理单元(20)；一维测量单元1(2)包括圆形金属屏蔽片1(5)、圆形金属感应片1(6)和光电码盘1(7)，用于测量x方向电场强度；一维测量单元2(3)包括圆形金属屏蔽片2(8)、圆形金属感应片2(9)和光电码盘2(10)，用于测量y方向电场强度；一维测量单元3(4)包括圆形金属屏蔽片3(11)、圆形金属感应片3(12)和光电码盘3(13)，用于测量z方向电场强度；所述圆形金属屏蔽片1(5)、圆形金属感应片1(6)和光电码盘1(7)是同轴的，圆形金属屏蔽片1(5)通过转轴与光电码盘1(7)和万向节1(14)的一个端子相连，圆形金属感应片1(6)则是通过轴承和绝缘套套在转轴上，并位于圆形金属屏蔽片1(5)和光电码盘1(7)之间，固定于传感器外壳上作为定子将x方向电场引起的感应电流传入信号处理单元(20)；所述圆形金属屏蔽片2(8)、圆形金属感应片2(9)和光电码盘2(10)是同轴的，圆形金属屏蔽片2(8)通过转轴与光电码盘2(10)和万向节2(15)的一个端子相连，圆形金属感应片2(9)则是通过轴承和绝缘套套在转轴上，并位于圆形金属屏蔽片2(8)和光电码盘2(10)之间，固定于传感器外壳上作为定子将y方向电场引起的感应电流传入信号处理单元(20)；所述圆形金属屏蔽片3(11)、圆形金属感应片3(12)和光电码盘3(13)是同轴的，圆形金属屏蔽片3(11)通过转轴与光电码盘3(13)和万向节3(16)的一个端子相连，圆形金属感应片3(12)则是通过轴承和绝缘套套在转轴上，并位于圆形金属屏蔽片3(11)和光电码盘3(13)之间，固定于传感器外壳上作为定子将z方向电场引起的感应电流传入信号处理单元(20)；所述电机1(17)、电机2(18)和电机3(19)的转子分别与万向节1(14)、万向节2(15)和万向节3(16)的另一个端子相连；所述电机1(17)、电机2(18)和电机3(19)的控制信号线均与信号处理单元(20)相连。2.根据权利要求1所述的一维测量单元1(2)、一维测量单元2(3)和一维测量单元3(4)，其特征在于：所述一维测量单元1(2)、一维测量单元2(3)和一维测量单元3(4)分别实现对标定的三维方向的电场进行测量。为了实现对每个标定方向的测量，三个分别与万向节1(14)、万向节2(15)和万向节3(16)相连接的转轴，分别带动圆形金属屏蔽片1...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁海文，刘承鑫，吕建勋，肖之元，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：