CN109669080B - 空间电场强度测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种空间电场强度测量装置及方法。所述空间电场强度测量装置包括无人机、绝缘连接装置、电场测量探头和屏蔽装置。所述绝缘连接装置设置于所述无人机底部。所述电场测量探头通过所述绝缘连接装置与所述无人机连接。所述屏蔽装置形成一个屏蔽区域，所述无人机设置于所述屏蔽区域，所述屏蔽装置与所述无人机连接，所述屏蔽区域用于使所述无人机上金属对垂直地面方向上空间电场的影响具有规律性。所述空间电场强度测量装置结合所述屏蔽装置的相关参数和测量得到的导线对地高度，可以对所述电场测量探头测得的导线的垂直于地面方向的电场强度进行修正，从而解决了导线的空间电场测量结果受所述无人机上金属导体影响而不准确的问题。
Description
技术领域
本申请涉及电磁环境领域，特别是涉及一种用于空间电场强度测量装置及方法。
背景技术
空间电场测量是电磁环境测量中的必要指标，一般都是采用三脚架支撑探头，进行人工测量。但是对于通信杆塔，楼顶等不便于人员进入的区域，目前已经有相关人员开展无人机悬挂电场探头进行测量。
在测量时，一般都是直接将探头悬挂于无人机下方直接测量并记录测量结果。这一方法对于距离地面较远的高空区域测量结果与实际结果偏差很小，但是对于地面或楼顶附近，其测量结果受无人机上金属悬浮导体的影响，测量结果与实际值偏差较大。
发明内容
基于此，有必要针电场测量结果受无人机上金属导体影响的问题，提供一种空间电场强度测量装置及方法。
一种空间电场强度测量装置，包括：
无人机；
绝缘连接装置，设置于所述无人机底部；
电场测量探头，通过所述绝缘连接装置与所述无人机连接；以及
屏蔽装置，形成一个屏蔽区域，所述无人机设置于所述屏蔽区域，所述屏蔽装置与所述无人机连接，所述屏蔽区域用于使所述无人机上金属对垂直地面方向上空间电场的影响具有规律性。
上述空间电场强度测量装置，通过所述屏蔽装置形成所述屏蔽区域，且所述无人机设置于所述屏蔽区域。所述电场测量探头通过所述绝缘连接装置与所述无人机连接。通过设置所述屏蔽装置，可以使所述无人机上金属对垂直地面方向上的空间电场产生的影响具有规律性。结合所述屏蔽装置的相关参数和测量得到的导线对地高度，可以对所述电场测量探头测得的导线的垂直于地面方向的电场强度进行修正，从而解决了导线的空间电场测量结果受所述无人机上金属导体影响而不准确的问题。
在其中一个实施例中，所述屏蔽装置包括：
第一屏蔽板，与所述无人机连接，且设置于所述无人机和所述电场测量探头之间；以及
第二屏蔽板，与所述无人机连接，且设置于所述无人机远离所述第一屏蔽板的一侧，所述第二屏蔽板与所述第一屏蔽板平行，且所述第二屏蔽板与所述第一屏蔽板在垂直于所述第二屏蔽板或者所述第一屏蔽板方向的投影面积重合；
其中，所述第二屏蔽板与所述第一屏蔽板等电位连接，所述第一屏蔽板与所述第二屏蔽板形成所述屏蔽区域。
在其中一个实施例中，所述第一屏蔽板和所述第二屏蔽板为金属屏蔽网。
在其中一个实施例中，所述金属屏蔽网的网孔尺寸依据所述金属屏蔽网的重量和屏蔽效能进行设置。
在其中一个实施例中，所述金属屏蔽网的网孔尺寸小于或等于2cm*2cm。
在其中一个实施例中，所述无人机位于所述电场测量探头与所述第一屏蔽板形成的锥体范围内。
在其中一个实施例中，所述绝缘连接装置为绝缘橡胶棒。
在其中一个实施例中，所述无人机与所述电场测量探头之间的距离为0.2m-0.6m。
一种无人机空间电场强度测量方法，用于权利要求1-8任一项所述的空间电场强度测量装置，包括：
通过电场测量探头测量导线的电场强度；
结合导线对地高度以及预设的垂直地面方向的电场强度修正公式，修正所述电场测量探头测得的垂直地面方向的电场强度。
在其中一个实施例中，所述垂直地面方向的电场强度修正公式为：
修正后的垂直地面方向的电场强度＝所述导线对地高度/(所述导线对地高度-第一屏蔽板与第二屏蔽板之间的距离)×所述电场测量探头的垂直地面方向的电场强度测量结果。
所述空间电场强度测量装置及方法，通过设置所述第一屏蔽板和所述第二屏蔽板，所述第一屏蔽板和所述第二屏蔽板相互平行且垂直于平行方向的投影面积相等。且所述第一屏蔽板和所述第二屏蔽板形成所述屏蔽区域，所述无人机设置于所述屏蔽区域，可以使所述无人机上的金属对测量导线电场强度的影响具有规律性。所述第一屏蔽板和所述第二屏蔽板为金属屏蔽网，可以减轻所述无人机的重量和飞行过程中的风阻。所述金属屏蔽网的网孔尺寸依据所述金属屏蔽网的重量和屏蔽效能进行设置，可以平衡所述金属屏蔽网的重量和屏蔽效能，以实现在保证所述无人机飞行的前提下的最优屏蔽效能。此外，依据所述垂直地面方向的电场强度修正公式，可以实现对垂直地面方向的电场修正，从而解决了电场测量结果受所述无人机上金属导体影响的问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种空间电场强度测量装置结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种空间电场强度测量方法流程图。
附图标号说明
100 空间电场强度测量装置
110 无人机
120 绝缘连接装置
130 电场测量探头
140 屏蔽装置
141 屏蔽区域
142 第一屏蔽板
143 第二屏蔽板
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请提供一种空间电场强度测量装置100。所述空间电场强度测量装置100包括无人机110、绝缘连接装置120、电场测量探头130和屏蔽装置140。所述绝缘连接装置120设置于所述无人机110底部。所述电场测量探头130通过所述绝缘连接装置120与所述无人机110连接。所述屏蔽装置140形成一个屏蔽区域141，所述无人机110设置于所述屏蔽区域141，所述屏蔽装置140与所述无人机110连接，所述屏蔽区域141用于使所述无人机110上金属对垂直地面方向上空间电场的影响具有规律性。
所述无人机110可以用于搭载电场强度测量等相关设备。通过设置所述无人机110可以解决地形复杂地区、通讯杆塔、楼顶等不便于人工作业区域的空间电场强度测量的问题。所述无人机110具有环境适应性强、工作效率高、节约人力成本等优势。此外，所述无人机110移动范围广，弥补了工人作业存在视觉盲区等问题。所述无人机110的类型不作限定，只要适用于导线所处环境且可以搭载所述绝缘连接装置120和所述电场测量探头130即可。
由于所述电场测量探头130用于检测导线的空间电场强度，但是由于所述无人机110内部不可避免地存在一定的金属导体，如旋翼支撑杆等。所述无人机110会对导线的空间电场强度的测量结果产生一定的影响，从而无法准确测量导线的空间电场强度。因此，在所述空间电场强度测量装置100中，通过采用所述绝缘连接装置120连接所述电场测量探头130和所述无人机110的底部，可以减弱所述无人机110对导线空间电场强度的影响。在一个实施例中，所述绝缘连接装置120为绝缘橡胶棒。所述绝缘连接装置120可以垂直固定于所述无人机110的底部中心位置，从而有利于保持所述无人机110飞行过程中的稳定性。
考虑到距离地面较近区域电场强度近似为匀强场。所述无人机110的引入改变了匀强场的分布，由于所述无人机110形状的不确定性，所述无人机110导致匀强场的改变较为复杂。因此，可以通过采用所述屏蔽装置140使得电场强度的改变具有规律性，即在形式上改变导线和地面的距地高度。所述屏蔽装置140形成所述屏蔽区域141，所述无人机110设置于所述屏蔽区域141，所述屏蔽区域141用于使所述无人机110上金属对垂直地面方向上空间电场的影响具有规律性。所述屏蔽装置140可以将所述无人机110上金属产生的影响限制在所述屏蔽区域141内。结合所述绝缘连接装置120和所述屏蔽装置140，可以对所述电场测量探头130测得的垂直于地面方向的电场强度进行修正，从而解决了空间电场测量结果受所述无人机110上金属导体影响的问题。
在所述空间电场强度测量装置100中，通过所述屏蔽装置140形成所述屏蔽区域141，并将所述无人机110设置于所述屏蔽区域141。所述电场测量探头130通过所述绝缘连接装置120与所述无人机110连接，可以使所述无人机110上金属对垂直地面方向上的空间电场产生的影响具有规律性。结合所述屏蔽装置140的相关参数和测量得到的导线对地高度，可以对所述电场测量探头130测得的导线的垂直于地面方向的电场强度进行修正，从而解决了导线的空间电场测量结果受所述无人机110上金属导体影响而不准确的问题。
在一个实施例中，所述屏蔽装置140包括第一屏蔽板142和第二屏蔽板143。所述第一屏蔽板142与所述无人机110连接，且设置于所述无人机110和所述电场测量探头130之间。所述第二屏蔽板143与所述无人机110连接，且设置于所述无人机110远离所述第一屏蔽板142的一侧，所述第二屏蔽板143与所述第一屏蔽板142平行，且所述第二屏蔽板143与所述第一屏蔽板142在垂直于所述第二屏蔽板143或者所述第一屏蔽板142方向的投影面积重合。其中，所述第二屏蔽板143与所述第一屏蔽板142等电位连接，所述第一屏蔽板142与所述第二屏蔽板143形成所述屏蔽区域141。
所述第一屏蔽板142与所述第二屏蔽板143等电位连接。所述等电位连接可以通过在所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143之间连接一根导线进行实现。可以理解，所述第一屏蔽板142与所述第二屏蔽板143分别与所述无人机110的距离可以相等也可以不相等。所述第一屏蔽板142与所述第二屏蔽板143的设置可以使得电场强度的改变具有规律性，即在形式上改变导线和地面的距地高度。结合所述导线对地高度，可以对所述电场测量探头130测得的导线的垂直于地面方向的电场强度进行修正，从而解决了导线的空间电场测量结果受所述无人机110上金属导体影响而不准确的问题。
在一个实施例中，所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143为金属屏蔽网。所述金属屏蔽网在空间电场强度测量过程中不可以出现形变。在一个实施例中，所述金属屏蔽网的网孔尺寸依据所述金属屏蔽网的重量和屏蔽效能进行设置。所述金属屏蔽网的网孔尺寸需要保证所述空间电场强度测量装置100在工作过程中可以对所述无人机110上金属产生的影响进行有效屏蔽。虽然当所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143采用完整的金属板时屏蔽效能最好，但考虑到所述无人机110的承载能力、所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143的自身重量以及在所述无人机110飞行过程中产生风阻，可以采用所述金属屏蔽网代替完整的金属板。所述金属屏蔽网在保证良好屏蔽效能的同时可以减轻所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143的重量和风阻。
在一个实施例中，所述金属屏蔽网的网孔尺寸小于或等于2cm*2cm。可以理解，如果所述金属屏蔽网的网孔太稀疏，则产生屏蔽效果无法达到要求。因此，需要依据金属屏蔽网的屏蔽效能计算符合屏蔽要求的所述金属屏蔽网的网孔尺寸。在所述无人机110可以承受的重量和风阻的范围内，可以采用网孔尺寸较小的金属屏蔽网。所述金属屏蔽网的屏蔽效能计算公式为：
其中，SE为屏蔽效能，b为所述金属屏蔽网的网孔尺寸，λ为波长。所述网孔尺寸为方形所述金属屏蔽网的边长。在实际应用环境中，当网孔尺寸为波长的二十分之一时可以达到20dB的屏蔽效能。当网孔尺寸为波长的二百分之一时可以达到40dB的屏蔽效能。在一个实施例中，针对输电线路杆塔测试，其火花放电的频率在80MHz附近，波长为3.75m，采用40dB的屏蔽效能，可以计算得到所述金属屏蔽网的网孔尺寸为波长的二百分之一，大约为1.875cm。在一个实施例中，可以为取1.875cm近似值2cm，及所述网孔尺寸可以为2cm*2cm。
在一个实施例中，所述无人机110位于所述电场测量探头130与所述第一屏蔽板142形成的锥体范围内。即所述第一屏蔽板142与所述第二屏蔽板143的面积大于所述无人机110与所述第一屏蔽板142或所述第二屏蔽板143平行方向上截面的面积。在一个实施例中，当所述无人机110的截面为正方形时，所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143可以为正方形。所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143的边长可以为所述无人机110的截面的1.5倍。在这种情况下，所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143可以将所述无人机110上金属产生的电场畸变对所述电场测量探头130计算分析产生的无规律影响，全部集中转移为平行的所述金属屏蔽网产生的规律性影响，所述金属屏蔽网的影响便于进行计算。
在一个实施例中，所述无人机110与所述电场测量探头130之间的距离为0.2m-0.6m。所述电场测量探头130垂直于所述无人机110的底部中心位置，且所述电场测量探头130以固定距离垂直悬挂与所述无人机110下方时，所述绝缘连接装置120的长度可以为0.2m-0.6m。可以理解，本申请对所述固定距离不作限定，所述固定距离可以按照使用经验进行确定。所述电场测量探头130在不影响所述无人机100飞行情况下，可以尽量靠近所述无人机110。
请一并参见图2，本申请提供一种无人机空间电场强度测量方法。所述无人机空间电场强度测量方法包括：S100，通过电场测量探头130测量导线的电场强度。S200，结合导线对地高度以及预设的垂直地面方向的电场强度修正公式，修正所述电场测量探头130测得的垂直地面方向的电场强度。
在一个实施例中，所述垂直地面方向的电场强度修正公式为：修正后的垂直地面方向的电场强度＝所述导线对地高度/(所述导线对地高度-第一屏蔽板142与第二屏蔽板143之间的距离)×所述电场测量探头130的垂直地面方向的电场强度测量结果。所述第一屏蔽板142与所述第二屏蔽板143之间的距离可在装配所述空间电场强度测量装置100过程中进行测量。其中，所述导线对地高度是指与所述电场测量探头130距离最近的地面或接地金属导体与导线之间的垂直距离。可以理解，所述导线对地高度的测量方法不作限定。在一个实施例中，所述导线对地高度可以在地面通过激光测距方法直接测量。所述无人机空间电场强度测量方法仅适用于修正所述金属屏蔽网与地面平行的情况下，导线垂直地面方向的电场强度测试结果。在一个实施例中，所述空间电场强度测量装置100及方法可以用于测试楼顶或金属塔顶附近的电场强度。当所述导线与地面垂直距离大于所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143距离20倍以上的区域不需要修正。
所述空间电场强度测量装置及方法，通过设置所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143，所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143相互平行且垂直于平行方向的投影面积相等。且所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143形成所述屏蔽区域141，所述无人机110设置于所述屏蔽区域141，可以使所述无人机110上的金属对测量导线电场强度的影响具有规律性。所述第一屏蔽板142和所述第二屏蔽板143为金属屏蔽网，可以减轻所述无人机110的重量和飞行过程中的风阻。所述金属屏蔽网的网孔尺寸依据所述金属屏蔽网的重量和屏蔽效能进行设置，可以平衡所述金属屏蔽网的重量和屏蔽效能，以实现在保证所述无人机110飞行的前提下的最优屏蔽效能。此外，依据所述垂直地面方向的电场强度修正公式，可以实现对垂直地面方向的电场修正，从而解决电场测量结果受所述无人机110上金属导体影响的问题。
本申请在所述无人机110上下方悬挂用于屏蔽所述无人机110上金属影响的所述金属屏蔽网。结合所述金属屏蔽网、所述导线对地高度，对所述电场测量探头130测量结果进行修正，并简化修正公式，提供了一种无人机空间电场强度测量方法，可以修正所述无人机110作为悬浮金属导体对测量电场强度产生的影响，具有结构简单、成本低以及准确率高等优势。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种空间电场强度测量方法，其特征在于，应用于空间电场强度测量装置，所述空间电场强度测量装置包括无人机(110)、绝缘连接装置(120)、电场测量探头(130)和屏蔽装置(140)，
所述绝缘连接装置(120)，设置于所述无人机(110)底部，所述电场测量探头(130)通过所述绝缘连接装置(120)与所述无人机(110)连接，所述屏蔽装置(140)包括第一屏蔽板(142)与第二屏蔽板(143)，所述第一屏蔽板(142)与所述第二屏蔽板(143)形成一个屏蔽区域(141)，所述无人机(110)设置于所述屏蔽区域(141)，所述屏蔽区域(141)用于使所述无人机(110)上金属对垂直地面方向上空间电场的影响具有规律性；
其中，所述第一屏蔽板(142)与所述无人机(110)连接，且设置于所述无人机(110)和所述电场测量探头(130)之间；所述第二屏蔽板(143)与所述无人机(110)连接，且设置于所述无人机(110)远离所述第一屏蔽板(142)的一侧，所述第二屏蔽板(143)与所述第一屏蔽板(142)平行，且所述第二屏蔽板(143)与所述第一屏蔽板(142)在垂直于所述第二屏蔽板(143)或者所述第一屏蔽板(142)方向的投影面积重合；所述第二屏蔽板(143)与所述第一屏蔽板(142)等电位连接；
所述方法包括：
通过所述电场测量探头(130)测量导线的电场强度；
结合导线对地高度以及预设的垂直地面方向的电场强度修正公式，修正所述电场测量探头(130)测得的垂直地面方向的电场强度，其中，所述垂直地面方向的电场强度修正公式为：修正后的垂直地面方向的电场强度＝所述导线对地高度/(所述导线对地高度-第一屏蔽板(142)与第二屏蔽板(143)之间的距离)×所述电场测量探头(130)的垂直地面方向的电场强度测量结果。
2.根据权利要求1所述的空间电场强度测量方法，其特征在于，所述第一屏蔽板(142)和所述第二屏蔽板(143)为金属屏蔽网。
3.根据权利要求2所述的空间电场强度测量方法，其特征在于，所述金属屏蔽网的网孔尺寸依据所述金属屏蔽网的重量和屏蔽效能进行设置。
4.根据权利要求2所述的空间电场强度测量方法，其特征在于，所述金属屏蔽网的网孔尺寸小于或等于2cm*2cm。
5.根据权利要求1所述的空间电场强度测量方法，其特征在于，所述无人机(110)位于所述电场测量探头(130)与所述第一屏蔽板(142)形成的锥体范围内。
6.根据权利要求1所述的空间电场强度测量方法，其特征在于，所述绝缘连接装置(120)为绝缘橡胶棒。
7.根据权利要求1所述的空间电场强度测量方法，其特征在于，所述无人机(110)与所述电场测量探头(130)之间的距离为0.2m-0.6m。
8.根据权利要求4所述的空间电场强度测量方法，其特征在于，所述方法还包括：
依据所述金属屏蔽网的屏蔽效能计算公式，计算符合屏蔽要求的所述金属屏蔽网的网孔尺寸。
9.根据权利要求8所述的空间电场强度测量方法，其特征在于，所述屏蔽效能计算公式为：
其中，SE为屏蔽效能，b为所述金属屏蔽网的网孔尺寸，λ为波长，所述网孔尺寸为方形所述金属屏蔽网孔的边长。
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