CN108918944A - 一种基于电场传感器判断电压等级的方法、装置和系统 - Google Patents
一种基于电场传感器判断电压等级的方法、装置和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供一种基于电场传感器判断电压等级的方法、装置和系统,其中,所述方法应用于基于电场传感器判断电压等级的系统中的MCU处理器,该方法中,通过接收电场传感器传输的各个电场的电场值;在电场空间坐标系中构建各个电场传感器所测电场值矢量;根据各个电场值矢量在电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式;计算各个分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度;根据总电场梯度的变化快慢,判断电压等级。通过本申请提供的方法,能够获得作业人员所处位置的电压等级,此时结合电场值,判断电场值是否大于该电压等级下的报警阈值,进而准确判断作业人员处于危险区域。
Description
技术领域
本申请涉及传感器应用技术领域,具体涉及一种基于电场传感器判断电压等级的方法、装置和系统。
背景技术
电网是一种由各种电压的变电站及输配电线路组成的系统。随着电网建设规模不断增大,电力运检工作的强度也在不断增大。由于电网中的输配电线路、变电站以及相关带电设备周围电场分布复杂,作业人员进行电力运检工作的过程中容易误入危险区域造成触电事故的发生。
现有技术中,为了减少作业人员在电力运检工作过程中的安全隐患,采用电场预警装置来确定电场值的大小,其中,电场值指电场强度的大小。电场预警装置在电场中不同位置所测电场值不同,根据电场值来判断作业人员是否处于危险区域。现有技术采用的电场预警装置通常包括电场传感器,利用电场传感器测量被测对象所处位置的电场值,将电场值与预先设定的阈值相比较,若电场值大于预先设定的阈值,判定作业人员处于危险区域,则进行告警;若电场值小于预先设定的阈值,判定作业人员未处于危险区域,则不进行告警。
但是,发明人在本申请的研究过程中发现,由于电网中的输配电线路、变电站以及相关带电设备周围电场分布复杂,在同一电场中,可能出现多处不同的位置,虽然这些不同位置的电场值不同,但对作业人员来说危险系数不同。也就是说,仅仅通过某一区域的电场值,无法准确判定该区域是否存在危险。
发明内容
本申请提供一种基于电场传感器判断电压等级的方法、装置和系统,以解决现有技术中,仅仅通过某一区域的电场值,无法在多电压等级下准确判定该区域是否存在危险的问题。
本申请的第一方面,提供一种基于电场传感器判断电压等级的方法,所述方法应用于基于电场传感器判断电压等级的系统中的MCU处理器,所述系统还包括:第一电场传感器,第二电场传感器,第三电场传感器以及扬声器;
所述MCU处理器与各个电场传感器之间,以及与扬声器之间通过连接线进行连接;
所述第一电场传感器与所述第三电场传感器关于第一平面对称,所述第二电场传感器的垂直中心线在所述第一平面内;
所述方法包括:
在所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与各自所在平面垂直方向上电场的电场值之后,所述MCU处理器接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述电场的电场值;
所述MCU处理器在电场空间坐标系中构建所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量;
所述MCU处理器根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式;
所述MCU处理器根据电场坐标转换公式以及各个分电场矢量,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度,其中,所述分电场矢量为各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的各个轴上的分量;
所述MCU处理器根据总电场梯度的变化快慢,判断电压等级,并将所述电压等级传输至扬声器,以便所述扬声器播放所述电压等级。
可选的,所述MCU处理器根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式,包括:
所述MCU处理器构建的电场坐标转换公式为:
其中,所述电场空间坐标系为三维正交坐标系,X、Y和Z轴两两垂直,和分别为所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量,为各个电场值矢量在X轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Y轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Z轴上的投影分量之和,所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器与坐标系Z轴所成夹角分别为α、β和γ,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
可选的,在所述MCU处理器构建电场坐标转换公式之后,还包括:
所述MCU处理器根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器之间的夹角以及余弦定理,计算
其中,在以和为邻边构成的三角形中,为和之间的夹角的对边,δ为第一电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角,ψ为第三电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角;
所述MCU处理器根据以及余弦定理,计算∠C'OA':
其中,∠C'OA'为在X轴上的投影与在X轴上的投影之间的夹角;
所述MCU处理器根据∠A'OC'计算∠C'OCx与∠A'OAx:
其中,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
可选的,所述MCU处理器根据电场坐标转换公式以及各个分电场矢量,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度,其中,所述分电场矢量为各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的各个轴上的分量,包括:
所述MCU处理器根据以下公式计算各个分电场值矢量:
其中,为所述第一电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第二电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第三电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,ξ的大小与∠A'OAx的大小相等;
所述MCU处理器根据各个所述分电场值矢量的大小,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度:
其中,▽Ex为各所述电场值矢量在X轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ey为各个电场值矢量在Y轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ez为各个电场值矢量在Z轴上的分电场值矢量的电场梯度,d12为所述第一电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d23为所述第二电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d31为所述第三电场传感器所在平面与所述第一电场传感器所在平面的距离,d12x为d12在X轴上的分量,d12y为d12在Y轴上的分量,d12z为d12在Z轴上的分量,d23x为d23在X轴上的分量,d23y为d23在Y轴上的分量,d23z为d23在Z轴上的分量,d31x为d31在X轴上的分量,d31y为d31在Y轴上的分量,d31z为d31在Z轴上的分量;
所述MCU处理器根据各个所述分电场值矢量的电场梯度计算总电场梯度。
可选的,所述MCU处理器根据各个所述分电场值矢量的电场梯度计算总电场梯度,包括:
所述MCU处理器根据以下公式计算总电场梯度:
其中▽Emax为总电场梯度。
本申请的第二方面,提供一种基于电场传感器判断电压等级的装置,所述装置应用于基于电场传感器判断电压等级的系统中的MCU处理器,所述装置包括:
接收模块,用于在所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与各自所在平面垂直方向上电场的电场值之后,接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述电场的电场值;
第一构建模块,用于在电场空间坐标系中构建所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量;
第二构建模块,用于根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式;
计算模块,用于根据电场坐标转换公式以及各个分电场矢量,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度;
传输模块,用于根据总电场梯度的变化快慢,判断电压等级,并将所述电压等级传输至扬声器,以便所述扬声器播放所述电压等级。
可选的,所述第二构建模块包括:
构建单元,用于构建的电场坐标转换公式为:
其中,所述电场空间坐标系为三维正交坐标系,X、Y和Z轴两两垂直,和分别为所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量,为各个电场值矢量在X轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Y轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Z轴上的投影分量之和,所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器与坐标系Z轴所成夹角分别为α、β和γ,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
可选的,所述第二构建模块还包括:
第一计算单元,用于在构建电场坐标转换公式之后,根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器之间的夹角以及余弦定理,计算
其中,在以和为邻边构成的三角形中,为和之间的夹角的对边,δ为第一电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角,ψ为第三电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角;
第二计算单元,用于根据以及余弦定理,计算∠C'OA':
其中,∠C'OA'为在X轴上的投影与在X轴上的投影之间的夹角;
第三计算单元,用于根据∠A'OC'计算∠C'OCx与∠A'OAx:
其中,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
可选的,所述计算模块包括:
第四计算单元,用于根据以下公式计算各个分电场值矢量:
其中,为所述第一电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第二电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第三电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,ξ的大小与∠A'OAx的大小相等;
第五计算单元,用于根据各个所述分电场值矢量的大小,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度:
其中,▽Ex为各所述电场值矢量在X轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ey为各个电场值矢量在Y轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ez为各个电场值矢量在Z轴上的分电场值矢量的电场梯度,d12为所述第一电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d23为所述第二电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d31为所述第三电场传感器所在平面与所述第一电场传感器所在平面的距离,d12x为d12在X轴上的分量,d12y为d12在Y轴上的分量,d12z为d12在Z轴上的分量,d23x为d23在X轴上的分量,d23y为d23在Y轴上的分量,d23z为d23在Z轴上的分量,d31x为d31在X轴上的分量,d31y为d31在Y轴上的分量,d31z为d31在Z轴上的分量;
第六计算单元,用于根据各个所述分电场值矢量的电场梯度计算总电场梯度。
本申请的第三方面,提供一种基于电场传感器判断电压等级的系统,所述系统包括:
MCU处理器,第一电场传感器,第二电场传感器,第三电场传感器以及扬声器;
所述MCU处理器与各个电场传感器之间,以及与扬声器之间通过连接线进行连接;
所述第一电场传感器与所述第三电场传感器关于第一平面对称,所述第二电场传感器的垂直中心线在所述第一平面内;
所述MCU处理器包括第二方面或者第二方面的任意一种可能实现方式提供的装置。
本申请提供一种基于电场传感器判断电压等级的方法、装置和系统,其中,所述方法应用于基于电场传感器判断电压等级的系统中的MCU处理器,所述系统还包括:第一电场传感器,第二电场传感器,第三电场传感器以及扬声器;所述MCU处理器与各个电场传感器之间,以及与扬声器之间通过连接线进行连接;所述第一电场传感器与所述第三电场传感器关于第一平面对称,所述第二电场传感器的垂直中心线在所述第一平面内。
本申请通过收第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述电场的电场值;在电场空间坐标系中构建所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量;根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式;计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度;根据总电场梯度的变化快慢,判断电压等级,并将所述电压等级传输至扬声器,以便所述扬声器播放所述电压等级。
本申请通过在非正交方向上设置三个电场传感器,并利用三个电场传感器测量的三个电场值矢量,计算由所述三个电场值矢量构成的总电场的电场梯度,并根据总电场的电场梯度范围,判断电压等级,电压等级越高,被测对象所处位置的危险系数越高。不同电压等级对应电场中不同的安全距离,通过采集安全距离处的电场值,可获得该电压等级下电场值的正常范围,将该电压等级下电场值的正常范围中的最大值作为报警阈值,在作业人员所处位置的电压等级为该电压等级的情况下,若电场值大于报警阈值,说明作业人员处于危险区域,则发出警报。通过本申请提供的方法,能够获得作业人员所处位置的电压等级,此时结合电场值,判断电场值是否大于该电压等级下的报警阈值,进而准确地判断作业人员是否处于危险区域,解决了现有技术中,仅仅通过某一区域的电场值,无法准确判定该区域是否存在危险的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案,下面将对实施例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电场传感器判断电压等级的方法工作流程示意图;
图2为本申请实施例提供的一种基于电场传感器判断电压等级的方法中,各个电场传感器所测电场值矢量在电场空间坐标系中的分布示意图;
图3为本申请实施例提供的一种基于电场传感器判断电压等级的装置结构示意图;
图4为本申请实施例提供的一种基于电场传感器判断电压等级的系统结构示意图。
图示说明:1-内衬;2-连接线;3-第一电场传感器;4-第二电场传感器;5-USB接口;6-第三电场传感器;7-锂电池;8-MCU处理器;9-扬声器。
具体实施方式
为了解决现有技术中,仅仅通过某一区域的电场值,无法在多电压等级下准确判定该区域是否存在危险的问题,本申请通过以下各个实施例提供一种基于电场传感器判断电压等级的方法、装置和系统。
本申请提供一种基于电场传感器判断电压等级的方法,所述方法应用于基于电场传感器判断电压等级的系统中的MCU处理器,所述系统还包括:第一电场传感器,第二电场传感器,第三电场传感器以及扬声器;所述MCU处理器与各个电场传感器之间,以及与扬声器之间通过连接线进行连接;所述第一电场传感器与所述第三电场传感器关于第一平面对称,所述第二电场传感器的垂直中心线在所述第一平面内。
本申请实施例提供的电场传感器基于平板电容的原理制成,电场传感器所测电场垂直于该电场传感器所在平面,电场传感器根据该电场传感器所处位置的电场的强弱进行放大标定,进而确定电场传感器所处位置的电场值。
参见图1所示的工作流程示意图,本申请提供一种基于电场传感器判断电压等级的方法,所述方法包括以下步骤:
步骤101,在所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与各自所在平面垂直方向上电场的电场值之后,所述MCU处理器接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述电场的电场值。
本申请实施例提供的电压等级的判断过程在MCU处理器中进行,因此,各个电场传感器测得的电场值需要传输给MCU处理器,MCU处理器再进行相应的计算。
步骤102,所述MCU处理器在电场空间坐标系中构建所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量。
本步骤中,由于各个电场值可由电场传感器直接测量得到,各个电场传感器所测电场方向垂直于自身所在平面,所以能够获得电场方向和电场值,因此,可以在电场空间坐标系中构建各个电场值矢量,并根据各个电场值矢量在电场空间坐标系中的位置关系,经过一系列计算,判断电压等级。
第一电场传感器与第三电场传感器关于第一平面对称,则第一平面所测电场值矢量与第三电场传感器所测电场值矢量同样关于第一平面对称。另外,第二电场传感器的垂直中心线在所述第一平面内,则第二电场传感器所测电场值矢量也在第一平面内。
步骤103,所述MCU处理器根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式。
本申请实施例提供的基于电场传感器判断电压等级的方法中,所述电场传感器为非正交布局,因此,各个电场传感器所测电场值矢量在电场空间坐标系中不与坐标轴重合,也就是说,各个电场值矢量与坐标平面之间以及与各个坐标轴之间的夹角不会同时为0°或180°,每个电场值矢量在坐标轴上存在各自的投影分量,三个电场值矢量在其中一个坐标轴上的投影分量之和为该坐标轴上的分电场矢量之和。根据投影关系以及对称关系,可以构建各个坐标轴上的分电场矢量之和与电场值矢量之间的关系,即为电场坐标转换公式。
步骤104,所述MCU处理器根据电场坐标转换公式以及各个分电场矢量,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度,其中,所述分电场矢量为各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的各个轴上的分量。
根据各个分电场矢量的大小以及各个电场传感器所在平面的距离,计算各个分电场矢量的电场梯度,然后根据分电场梯度计算总电场梯度。其中,在计算分电场矢量的电场梯度之前,需要计算各个分电场矢量的大小,所述分电场矢量的大小根据电场坐标转换公式以及各个电场传感器所测电场值矢量计算。
步骤105,所述MCU处理器根据总电场梯度的变化快慢,判断电压等级,并将所述电压等级传输至扬声器,以便所述扬声器播放所述电压等级。
不同电压等级下,电场值在相同边导线距离处的变化快慢不同,即是电场值变化快慢不同,其中,电场值变化快慢用电场梯度来表示,则不同的电场梯度对应不同的电压等级。本申请提供的电场传感器为非正交布局,且传感器之间的距离是固定的,根据电场传感器之间的电场值之差以及电场传感器所在平面之间的距离计算得到电场梯度,从而判断电压等级。
本申请实施例通过步骤101至步骤105提供一种基于电场传感器判断电压等级的方法,其中,所述方法应用于基于电场传感器判断电压等级的系统中的MCU处理器,所述系统还包括:第一电场传感器,第二电场传感器,第三电场传感器以及扬声器;所述MCU处理器与各个电场传感器之间,以及与扬声器之间通过连接线进行连接;所述第一电场传感器与所述第三电场传感器关于第一平面对称,所述第二电场传感器的垂直中心线在所述第一平面内。
本申请通过收第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述电场的电场值;在电场空间坐标系中构建所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量;根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式;计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度;根据总电场梯度的变化快慢,判断电压等级,并将所述电压等级传输至扬声器,以便所述扬声器播放所述电压等级。本申请根据总电场的电场梯度范围,判断电压等级,电压等级越高,被测对象所处位置的危险系数越高。不同电压等级对应电场中不同的安全距离,通过采集安全距离处的电场值,可获得该电压等级下电场值的正常范围,将该电压等级下电场值的正常范围中的最大值作为报警阈值,在作业人员所处位置的电压等级为该电压等级的情况下,若电场值大于报警阈值,说明作业人员处于危险区域,则发出警报。通过本申请提供的方法,能够获得作业人员所处位置的电压等级,此时结合电场值,判断电场值是否大于该电压等级下的报警阈值,进而准确地判断作业人员是否处于危险区域,解决了现有技术中,仅仅通过某一区域的电场值,无法准确判定该区域是否存在危险的问题。
参见图2所示的示意图,本申请实施例提供各个电场传感器所测电场值矢量在电场空间坐标系中的分布。在图2所示的电场空间坐标系中,传感器1为第一电场传感器,以此类推,传感器3代表第三电场传感器,所述电场空间坐标系为三维正交坐标系,传感器1与传感器3关于XOZ面对称,将XOZ面作为第一平面,传感器2的垂直中心线在所述第一平面内。三个电场传感器所测电场值矢量分别为和将三个电场值矢量移至坐标原点,则对应 对应 对应根据步骤101至步骤105提供的操作,计算总电场梯度,进而判断电压等级。
步骤103中,公开了根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式的操作。在本申请实施例提供的一种实现方式中,所述MCU处理器根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式,包括:
所述MCU处理器构建的电场坐标转换公式为:
其中,所述电场空间坐标系为三维正交坐标系,X、Y和Z轴两两垂直,和分别为所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量,为各个电场值矢量在X轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Y轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Z轴上的投影分量之和,所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器与坐标系Z轴所成夹角分别为α、β和γ,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
可选的,在所述MCU处理器构建电场坐标转换公式之后,还包括:
所述MCU处理器根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器之间的夹角以及余弦定理,计算
其中,在以和为邻边构成的三角形中,为和之间的夹角的对边,δ为第一电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角,ψ为第三电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角。
所述MCU处理器根据以及余弦定理,计算∠C'OA':
其中,∠C'OA'为在X轴上的投影与在X轴上的投影之间的夹角。
所述MCU处理器根据∠A'OC'计算∠C'OCx与∠A'OAx:
其中,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
步骤104中,公开了根据电场坐标转换公式以及各个分电场矢量,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度的操作。在本申请实施例提供的一种实现方式中,所述MCU处理器根据电场坐标转换公式以及各个分电场矢量,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度,其中,所述分电场矢量为各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的各个轴上的分量,包括:
所述MCU处理器根据以下公式计算各个分电场值矢量:
其中,为所述第一电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第二电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第三电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,ξ的大小与∠A'OAx的大小相等。
所述MCU处理器根据各个所述分电场值矢量的大小,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度:
其中,▽Ex为各所述电场值矢量在X轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ey为各个电场值矢量在Y轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ez为各个电场值矢量在Z轴上的分电场值矢量的电场梯度,d12为所述第一电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d23为所述第二电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d31为所述第三电场传感器所在平面与所述第一电场传感器所在平面的距离,d12x为d12在X轴上的分量,d12y为d12在Y轴上的分量,d12z为d12在Z轴上的分量,d23x为d23在X轴上的分量,d23y为d23在Y轴上的分量,d23z为d23在Z轴上的分量,d31x为d31在X轴上的分量,d31y为d31在Y轴上的分量,d31z为d31在Z轴上的分量。
所述MCU处理器根据各个所述分电场值矢量的电场梯度计算总电场梯度。
可选的,所述MCU处理器根据各个所述分电场值矢量的电场梯度计算总电场梯度,包括:
所述MCU处理器根据以下公式计算总电场梯度:
其中▽Emax为总电场梯度。
下述为本申请装置实施例,可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节,请参照本申请方法实施例。
参见图3所示的结构示意图,本申请实施例提供一种基于电场传感器判断电压等级的装置,所述装置应用于基于电场传感器判断电压等级的系统中的MCU处理器,所述装置包括:
接收模块100,用于在所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与各自所在平面垂直方向上电场的电场值之后,接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述电场的电场值。
第一构建模块200,用于在电场空间坐标系中构建所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量。
第二构建模块300,用于根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式。
计算模块400,用于根据电场坐标转换公式以及各个分电场矢量,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度。
传输模块500,用于根据总电场梯度的变化快慢,判断电压等级,并将所述电压等级传输至扬声器,以便所述扬声器播放所述电压等级。
可选的,所述第二构建模块包括:
构建单元,用于构建的电场坐标转换公式为:
其中,所述电场空间坐标系为三维正交坐标系,X、Y和Z轴两两垂直,和分别为所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量,为各个电场值矢量在X轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Y轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Z轴上的投影分量之和,所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器与坐标系Z轴所成夹角分别为α、β和γ,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
可选的,所述第二构建模块还包括:
第一计算单元,用于在构建电场坐标转换公式之后,根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器之间的夹角以及余弦定理,计算
其中,在以和为邻边构成的三角形中,为和之间的夹角的对边,δ为第一电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角,ψ为第三电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角。
第二计算单元,用于根据以及余弦定理,计算∠C'OA':
其中,∠C'OA'为在X轴上的投影与在X轴上的投影之间的夹角。
第三计算单元,用于根据∠A'OC'计算∠C'OCx与∠A'OAx:
其中,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
可选的,所述计算模块包括:
第四计算单元,用于根据以下公式计算各个分电场值矢量:
其中,为所述第一电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第二电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第三电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,ξ的大小与∠A'OAx的大小相等。
第五计算单元,用于根据各个所述分电场值矢量的大小,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度:
其中,▽Ex为各所述电场值矢量在X轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ey为各个电场值矢量在Y轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ez为各个电场值矢量在Z轴上的分电场值矢量的电场梯度,d12为所述第一电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d23为所述第二电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d31为所述第三电场传感器所在平面与所述第一电场传感器所在平面的距离,d12x为d12在X轴上的分量,d12y为d12在Y轴上的分量,d12z为d12在Z轴上的分量,d23x为d23在X轴上的分量,d23y为d23在Y轴上的分量,d23z为d23在Z轴上的分量,d31x为d31在X轴上的分量,d31y为d31在Y轴上的分量,d31z为d31在Z轴上的分量。
第六计算单元,用于根据各个所述分电场值矢量的电场梯度计算总电场梯度。
参见图4所示的系统结构示意图,本申请实施例提供一种基于电场传感器判断电压等级的系统,所述系统包括:内衬1,连接线2,第一电场传感器3,第二电场传感器4,USB接口5,第三电场传感器6,锂电池7,MCU处理器8以及扬声器9;所述第一电场传感器3,第二电场传感器4,USB接口5,第三电场传感器6,锂电池7,MCU处理器8以及扬声器9安装于内衬1表面不同的位置;所述MCU处理器8与各个电场传感器之间,以及与扬声器9之间通过连接线2进行连接;所述USB接口5与所述MCU处理器8相连接,MCU处理器8又与锂电池7相连接,因此可通过USB接口5对锂电池7充电,同时也可通过USB接口5下载程序至MCU处理器8,另外,还可通过USB接口5将MCU处理器8中的数据导出;所述第一电场传感器3与所述第三电场传感器6关于第一平面对称,所述第二电场传感器4的垂直中心线在所述第一平面内;所述锂电池7为MCU处理器8提供电源;所述MCU处理器8包括图3提供的一种基于电场传感器判断电压等级的装置。
具体实现中,本申请还提供一种计算机存储介质,其中,该计算机存储介质可存储有程序,该程序执行时可包括本申请提供的一种基于电场传感器判断电压等级的方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文:read-only memory,简称:ROM)或随机存储记忆体(英文:random access memory,简称:RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解,本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其,对于装置实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明,不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解,在不偏离本申请精神和范围的情况下,可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进,这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于电场传感器判断电压等级的方法,其特征在于,所述方法应用于基于电场传感器判断电压等级的系统中的MCU处理器,所述系统还包括:第一电场传感器,第二电场传感器,第三电场传感器以及扬声器;
所述MCU处理器与各个电场传感器之间,以及与扬声器之间通过连接线进行连接;
所述第一电场传感器与所述第三电场传感器关于第一平面对称,所述第二电场传感器的垂直中心线在所述第一平面内;
所述方法包括:
在所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与各自所在平面垂直方向上电场的电场值之后,所述MCU处理器接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述电场的电场值;
所述MCU处理器在电场空间坐标系中构建所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量;
所述MCU处理器根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式;
所述MCU处理器根据电场坐标转换公式以及各个分电场矢量,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度,其中,所述分电场矢量为各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的各个轴上的分量;
所述MCU处理器根据总电场梯度的变化快慢,判断电压等级,并将所述电压等级传输至扬声器,以便所述扬声器播放所述电压等级。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述MCU处理器根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式,包括:
所述MCU处理器构建的电场坐标转换公式为:
其中,所述电场空间坐标系为三维正交坐标系,X、Y和Z轴两两垂直,和分别为所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量,为各个电场值矢量在X轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Y轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Z轴上的投影分量之和,所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器与坐标系Z轴所成夹角分别为α、β和γ,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在所述MCU处理器构建电场坐标转换公式之后,还包括:
所述MCU处理器根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器之间的夹角以及余弦定理,计算
其中,在以和为邻边构成的三角形中,为和之间的夹角的对边,δ为第一电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角,ψ为第三电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角;
所述MCU处理器根据以及余弦定理,计算∠C'OA':
其中,∠C'OA'为在X轴上的投影与在X轴上的投影之间的夹角;
所述MCU处理器根据∠A'OC'计算∠C'OCx与∠A'OAx:
其中,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述MCU处理器根据电场坐标转换公式以及各个分电场矢量,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度,其中,所述分电场矢量为各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的各个轴上的分量,包括:
所述MCU处理器根据以下公式计算各个分电场值矢量:
其中,为所述第一电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第二电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第三电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,ξ的大小与∠A'OAx的大小相等;
所述MCU处理器根据各个所述分电场值矢量的大小,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度:
其中,▽Ex为各所述电场值矢量在X轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ey为各个电场值矢量在Y轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ez为各个电场值矢量在Z轴上的分电场值矢量的电场梯度,d12为所述第一电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d23为所述第二电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d31为所述第三电场传感器所在平面与所述第一电场传感器所在平面的距离,d12x为d12在X轴上的分量,d12y为d12在Y轴上的分量,d12z为d12在Z轴上的分量,d23x为d23在X轴上的分量,d23y为d23在Y轴上的分量,d23z为d23在Z轴上的分量,d31x为d31在X轴上的分量,d31y为d31在Y轴上的分量,d31z为d31在Z轴上的分量;
所述MCU处理器根据各个所述分电场值矢量的电场梯度计算总电场梯度。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述MCU处理器根据各个所述分电场值矢量的电场梯度计算总电场梯度,包括:
所述MCU处理器根据以下公式计算总电场梯度:
其中▽Emax为总电场梯度。
6.一种基于电场传感器判断电压等级的装置,其特征在于,所述装置应用于基于电场传感器判断电压等级的系统中的MCU处理器,所述装置包括:
接收模块,用于在第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与各自所在平面垂直方向上电场的电场值之后,接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述电场的电场值;
第一构建模块,用于在电场空间坐标系中构建所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量;
第二构建模块,用于根据各个所述电场值矢量在所述电场空间坐标系中的投影关系,构建电场坐标转换公式;
计算模块,用于根据电场坐标转换公式以及各个分电场矢量,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度以及总电场梯度;
传输模块,用于根据总电场梯度的变化快慢,判断电压等级,并将所述电压等级传输至扬声器,以便所述扬声器播放所述电压等级。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述第二构建模块包括:
构建单元,用于构建的电场坐标转换公式为:
其中,所述电场空间坐标系为三维正交坐标系,X、Y和Z轴两两垂直,和分别为所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测电场值矢量,为各个电场值矢量在X轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Y轴上的投影分量之和,为各个电场值矢量在Z轴上的投影分量之和,所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器与坐标系Z轴所成夹角分别为α、β和γ,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述第二构建模块还包括:
第一计算单元,用于在构建电场坐标转换公式之后,根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器之间的夹角以及余弦定理,计算
其中,在以和为邻边构成的三角形中,为和之间的夹角的对边,δ为第一电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角,ψ为第三电场传感器所在平面与第二电场传感器所在平面的夹角;
第二计算单元,用于根据以及余弦定理,计算∠C'OA':
其中,∠C'OA'为在X轴上的投影与在X轴上的投影之间的夹角;
第三计算单元,用于根据∠A'OC'计算∠C'OCx与∠A'OAx:
其中,∠A'OAx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角,∠C'OCx为在X轴上的投影与在XOY面上的投影之间的夹角。
9.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述计算模块包括:
第四计算单元,用于根据以下公式计算各个分电场值矢量:
其中,为所述第一电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第二电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,为所述第三电场传感器所测电场值矢量在X轴上的分电场矢量,为在Y轴上的分电场矢量,为在Z轴上的分电场矢量,ξ的大小与∠A'OAx的大小相等;
第五计算单元,用于根据各个所述分电场值矢量的大小,计算各个所述分电场值矢量的电场梯度:
其中,▽Ex为各所述电场值矢量在X轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ey为各个电场值矢量在Y轴上的分电场值矢量的电场梯度,▽Ez为各个电场值矢量在Z轴上的分电场值矢量的电场梯度,d12为所述第一电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d23为所述第二电场传感器所在平面与所述第二电场传感器所在平面的距离,d31为所述第三电场传感器所在平面与所述第一电场传感器所在平面的距离,d12x为d12在X轴上的分量,d12y为d12在Y轴上的分量,d12z为d12在Z轴上的分量,d23x为d23在X轴上的分量,d23y为d23在Y轴上的分量,d23z为d23在Z轴上的分量,d31x为d31在X轴上的分量,d31y为d31在Y轴上的分量,d31z为d31在Z轴上的分量;
第六计算单元,用于根据各个所述分电场值矢量的电场梯度计算总电场梯度。
10.一种基于电场传感器判断电压等级的系统,其特征在于,所述系统包括:
MCU处理器,第一电场传感器,第二电场传感器,第三电场传感器以及扬声器;
所述MCU处理器与各个电场传感器之间,以及与扬声器之间通过连接线进行连接;
所述第一电场传感器与所述第三电场传感器关于第一平面对称,所述第二电场传感器的垂直中心线在所述第一平面内;
所述MCU处理器包括权利要求6-9中任一项所述的装置。
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