CN108896839A - 一种基于高速模拟开关的直流电场的测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于高速模拟开关的直流电场的测量方法，利用高速模拟开关将电场测量探头各极板间的感应电压调制成交流信号，无需经过探头做旋转、震动机械运动，依靠模拟开关即可将直流信号电调制为交流信号，采用高速模拟开关消除了后续电路零漂和及间耦合等问题，实现直流电场的测量。采用高速模拟开关可以快速实现链路切换、无机械触点、使用寿命长、具有易于制作、成本低廉测量精准等优点，解决了现有测量方法的不足。

Description

一种基于高速模拟开关的直流电场的测量方法

技术领域

本公开涉及直流电场的测量技术领域，尤其涉及一种基于高速模拟开关的直流电场的测量方法。

背景技术

近年来我国直流输电工程建设快速发展，直流输电线路周围的电磁环境问题越来越引起人们的关注。当工人长时间暴露在强电磁环境下时，会有一定的身体不适或慢性疾病的症状。直流电场的准确测量对减少因电磁环境引起的矛盾、法律纠纷和保障附近居民身体健康有重要的意义。

目前，对直流电场的测量方法主要有两种，一种是利用电光效应原理，一种是利用静电感应原理。电光效应法主要利用原晶体在电场作用下会改变折射率，使通过晶体的偏振光改变偏振态，从而检测出、入射晶体光线的光强变化即可求得晶体上所感应的空间电场强度，其不足之处是光学晶体的机械加工精度要求很高，易受温度等的影响。静电感应法一般采用旋转探测电极的方法，将空间直流电场在探测电极上感应得到的电荷信息调制成交流信号。但是，此测量方法需要传感器进行振动或者旋转的机械运动，存在引出的信号不稳定，同时，由于环境的影响使探头的转速不稳定，易造成测量误差和测量困难。

发明内容

本发明实施例中提供了一种基于高速模拟开关的直流电场的测量方法，以解决上述技术问题。

本发明提供了一种基于高速模拟开关的直流电场的测量方法，包括：

步骤1：将测量探头置于直流电场中，所述直流电场的测量点电场线与所述测量探头的轴线方向一致，通过所述测量探头的上极板和下极板获得感应电压；

步骤2：通过屏蔽线将所述测量探头的各极板与高绝缘模拟开关电连接；

步骤3：使用信号发生器向所述高速模拟开关的控制端施加周期性信号；

步骤4：所述高绝缘模拟开关的控制端识别所述周期性信号的电平状态，并根据所述电平状态控制所述高绝缘模拟开关的导通或截止；

步骤5：将所述高绝缘模拟开关输出的调制交流信号进行放大；

步骤6：处理器采集放大后的所述交流信号并进行信号处理，并将处理后的数据传送给显示终端。

优选的，所述根据所述电平状态控制所述高绝缘模拟开关的导通或截止包括：

当高速模拟开关的控制端接收到高电平时，控制所述高绝缘模拟开关处于导通状态；

当高速模拟开关的控制端接收到低电平时，控制所述高绝缘模拟开关处于截止状态。

优选的，所述信号发生器为能够产生三角波、锯齿波、矩形波、方波、正弦波的信号发生器。

优选的，所述处理器采集放大后的所述交流信号并进行信号处理包括：所述处理器将所述放大后的所述交流信号进行滤波、放大和A/D转换。

优选的，所述屏蔽线至少为两条。

本申请的有益效果如下：

针对现有技术问题，本发明利用高速模拟开关将电场测量探头各极板间的感应电压调制成交流信号，无需经过探头做旋转、震动机械运动，依靠模拟开关即可将直流信号电调制为交流信号，采用高速模拟开关消除了后续电路零漂和及间耦合等问题，实现直流电场的测量。采用高速模拟开关可以快速实现链路切换、无机械触点、使用寿命长、具有易于制作、成本低廉测量精准等优点，解决了现有测量方法的不足。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于高速模拟开关的直流电场的测量装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种基于高速模拟开关的直流电场的测量方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，所示为本申请实施例提供的一种基于高速模拟开关的直流电场的测量装置的结构示意图。如图1所示，基于高绝缘模拟开关测量空间直流电场的装置包括测量探头10、高速模拟开关20、交流放大器30、处理器40和显示终端50，本实施例中，测量探头10、高速模拟开关20、交流放大器30、处理器40和显示终端50配设于设备箱中。高速模拟开关20起信号切换的功能，高速模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中，输入和输出端可互换，当控制端接收到高电平时，开关导通，当控制端接收到低电平时，开关截止。给高速模拟开关的控制端施加一个周期性信号，能够实现开关周期性地导通与截止，从而得到调制的交流信号，这样，测量探头10上下极板间获得的感应电压能够经高速模拟开关20调制成交流信号，采用的交流放大器30的反向输入端和同向输入端分别与高速模拟开关20两个及以上通道的输出端连接，交流放大器30的输出端与处理器40连接，处理器40用于对调制的交流信号进行数据采集、滤波、放大、A/D转换等处理；处理器40通过无线网络等方式与显示终端50进行信息交互，所述显示终端50能显示所测量的电场强度值、电压幅值和相应波形。

请参考图2，所示为本申请实施例提供的一种基于高速模拟开关的直流电场的测量方法的流程图。如图2所示，本实施例提供的一种基于高速模拟开关的直流电场的测量方法，包括如下步骤：

步骤S100：将测量探头置于直流电场中，所述直流电场的测量点电场线与所述测量探头的轴线方向一致，通过所述测量探头的上极板和下极板获得感应电压。

所述电场测量探头包括光学电场传感器和电学电场传感器，具有线性度好、灵敏度高、体积小的特点。光学电场传感器的作用原理如下：(1)利用对电场特殊反应的晶体材料，当压电晶体在电场域中受到外加电场作用时，晶体发生机械形变(如伸长或缩短)，将晶体形变转化为光信号的调制并检测光信号，实现电场的光学测量。(2)特殊晶体在电场作用下会改变折射率，使通过晶体的偏振光改变偏振态。因而检测出、入射晶体光线的光强变化即可求得晶体上所感应的空间电场强度。

电学电场传感器的作用原理如下：处于电场中的导体传感器表面会产生感应电荷，再根据测量电场的不同频率，设计相应的传感器结构和取样电路，将感应电荷转换成与待测电场强度有一定对应关系的电流或电压信号，对信号进行分析，就可测得电场强度。

步骤S200：通过屏蔽线将所述测量探头的各极板与高绝缘模拟开关电连接。所述屏蔽线至少为两条。

其中，各极板包括上极板和下极板，高速模拟开关与测量探头之间存在有一定距离，因此，测量探头的各极板感应的电信号需要通过屏蔽线与高速模拟开关的各通道连接，以免对直流电场的测量结果造成影响。

步骤S300：使用信号发生器向所述高速模拟开关的控制端施加周期性信号。所述信号发生器为能够产生三角波、锯齿波、矩形波、方波、正弦波的信号发生器。

步骤S400：所述高绝缘模拟开关的控制端识别所述周期性信号的电平状态，并根据所述电平状态控制所述高绝缘模拟开关的导通或截止。其中，根据所述电平状态控制所述高绝缘模拟开关的导通或截止还包括：

步骤S401：当高速模拟开关的控制端接收到高电平时，控制所述高绝缘模拟开关处于导通状态；

步骤S402：当高速模拟开关的控制端接收到低电平时，控制所述高绝缘模拟开关处于截止状态。

步骤S500：将所述高绝缘模拟开关输出的调制交流信号通过交流放大器进行放大。

本发明测量探头的电场传感器的感应原理是利用感应电极的电荷感应作用。当传感器置于电场区域中时，将在电极上积聚微小的电荷，从而产生感应电压，在电极上所测量到的电压信号是微弱信号，需要对微弱的信号进行放大处理。

步骤S600：处理器采集放大后的所述交流信号并进行信号处理，并将处理后的数据传送给显示终端。所述处理器能够将所述放大后的所述交流信号进行滤波、放大和A/D转换。

针对现有技术问题，本发明利用高速模拟开关将电场测量探头各极板间的感应电压调制成交流信号，无需经过探头做旋转、震动机械运动，依靠模拟开关即可将直流信号电调制为交流信号，采用高速模拟开关消除了后续电路零漂和及间耦合等问题，实现直流电场的测量。采用高速模拟开关可以快速实现链路切换、无机械触点、使用寿命长、具有易于制作、成本低廉测量精准等优点，解决了现有测量方法的不足。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于高速模拟开关的直流电场的测量方法，其特征在于，包括：

步骤1：将测量探头置于直流电场中，所述直流电场的测量点电场线与所述测量探头的轴线方向一致，通过所述测量探头的上极板和下极板获得感应电压；

步骤2：通过屏蔽线将所述测量探头的各极板与高绝缘模拟开关电连接；

步骤3：使用信号发生器向所述高速模拟开关的控制端施加周期性信号；

步骤4：所述高绝缘模拟开关的控制端识别所述周期性信号的电平状态，并根据所述电平状态控制所述高绝缘模拟开关的导通或截止；

步骤5：将所述高绝缘模拟开关输出的调制交流信号进行放大；

步骤6：处理器采集放大后的所述交流信号并进行信号处理，并将处理后的数据传送给显示终端。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电平状态控制所述高绝缘模拟开关的导通或截止包括：

当高速模拟开关的控制端接收到高电平时，控制所述高绝缘模拟开关处于导通状态；

当高速模拟开关的控制端接收到低电平时，控制所述高绝缘模拟开关处于截止状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号发生器为能够产生三角波、锯齿波、矩形波、方波、正弦波的信号发生器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理器采集放大后的所述交流信号并进行信号处理包括：

所述处理器将所述放大后的所述交流信号进行滤波、放大和A/D转换。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述屏蔽线至少为两条。