CN109946529A - 基于mems电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

针对现有技术的不足，本发明在现有技术的基础上进行了突破性的改进，确保开展复合绝缘子带电作业的安全可靠性。为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，由MEMS电场采集系统、无线传输系统和绝缘操作附件组成，MEMS电场采集系统安装在绝缘操作附件上确保MEMS电场采集系统能相对于绝缘子表面进行移动，且在移动过程中MEMS电场采集系统中的传感器和绝缘子表面距离不变。本发明通过这样的技术方案，可通过绝缘操作附件移动MEMS电场采集系统，在任意结构的绝缘子表面进行电场检测，并确保检测结果准确可靠。

Description

基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电力检测的技术领域，具体涉及一种在超、特高压输电线路开展基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置及方法。

背景技术

随着电力系统的发展，电压等级越来越高。现代的高压输电线路中，复合绝缘子的使用越来越多。电力系统在正常运行时，绝缘子的金具表面和外绝缘材料上由于电位分布的不均匀会发生电晕现象，进而对电磁环境、绝缘材料的运行特性等产生影响，对电力安全运行造成严重威胁。因此在安装绝缘子时需要在绝缘子的两端安装均压环用以解决此问题。使用状况良好的复合绝缘子表面的电场分布是均匀且稳定的。

随着复合绝缘子运行时间的增加，由于外力破坏、环境因素等，复合绝缘子会产生各种缺陷，导致其绝缘性能下降而影响线路的正常运行，更有甚者会影响在复合绝缘子周围开展带电作业的安全性，对作业人员人身、设备安全造成隐患。存在缺陷的复合绝缘子，其表面电场强度与正常绝缘子具有差异，可以通过电场检测来判断绝缘子的良好情况。目前国内外检测电场的装置主要依靠转磨式电场测量仪，该装置一般体积较大、操作复杂、准确性有待提升。目前已有的复合绝缘子检测装置主要基于转磨式电场传感器制成，其实用性及准确性无法满足现场应用要求。

对此现有技术中也有专利号为201510734397.1的发明专利《一种复合绝缘子检测系统》中就公开了一种复合绝缘子检测系统，包括可开合的环抱式框架、开合锁紧机构、移动机构、检测机构和电池控制箱，其中：环抱式框架包裹在绝缘子伞裙外侧，开合锁紧机构设置在环抱式框架外侧，控制怀抱式框架的开合与锁紧，所述移动机构，固定于怀抱式框架上，带动其沿绝缘子串运动，所述检测机构设置于怀抱式框架外侧，采集绝缘子的电场、可见光或红外检测憎水性参数，所述电池控制箱固定于怀抱式框架上，为移动机构、检测机构和开合锁紧机构提供电能。该发明通过电场检测、可见光检测、红外检测、憎水性检测等检测模块可以实现全面的绝缘子状态诊断，对绝缘子的评价更加客观详细。便于及时了解线路运行绝缘子状态。

但是这样的产品结构复杂，在超、特高压输电线路上根本无法安装。而且由于其检测结果并不精准，因此需要电场检测、可见光检测、红外检测、憎水性检测等检测模块的检测结果进行相互印证。但是万一这些检测模块之间的检测结构自相矛盾，无法探究其中哪个究竟是正确的结果，导致出现大量的无效测量。

事实上，在特高压电场检测方面，《传感器与微系统》杂志2017年第36卷第四期中所公开的论文《MEMS结构的带电作业电场测量预警系统》一文中倒是提出了一种电场测量方案，基于高性能的微机电系统MEMS敏感结构芯片研制了一种新型带电作业电场测量预警系统，通过实时检测电场大小，当超出电场安全阈值发出预警信号，提醒作业人员采取相应的安全措施。基于相设计了一种可抑制背景噪声的快速模拟解调电路，解决了数字信号处理精度低、响应慢等不敏检测原理。

但是其原理在于保护带电操作人员，因此其并不适合于检测体积较大的复合绝缘子。如果强行检测复合绝缘子，也会由于无法定位而导致检测结果差距较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明在现有技术的基础上进行了突破性的改进，提供基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场测量装置及检测方法，可为超特高压输电线路开展复合绝缘子状态检测提供检测评估手段，确保开展复合绝缘子带电作业的安全可靠性。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，包括：用于检测绝缘子表面空间电场信号的MEMS电场采集系统和绝缘操作附件，绝缘操作附件至少包括一根绝缘杆，MEMS电场采集系统活动连接于绝缘杆，确保MEMS电场采集系统能相对于绝缘子表面进行移动，且在移动过程中MEMS电场采集系统中的传感器和绝缘子表面距离不变。

优选的，所述绝缘操作附件由绝缘杆、绝缘绳、挂钩组成，绝缘杆上设有凸起卡块，用于匹配MEMS电场采集系统表面的滑槽，绝缘绳固定于MEMS电场采集系统的外壳，绝缘杆端部装有挂钩，用于挂住均压环。通过这样的绝缘操作附件结构，能确保MEMS电场采集系统上的传感器所检测到绝缘子表面电场分布准确无误。而且无论绝缘子的结构多复杂，都能采用相互匹配的滑槽和凸起卡块调整MEMS电场采集系统的行进路线，使其上传感器能在最为适宜的距离中进行检测。

优选的，MEMS电场采集系统包括外壳，所述外壳外侧设有MEMS电场传感器探头和位移传感器，位移传感器连接到外壳内的CPU，而MEMS电场传感器探头通过传感器信号采集模块和传感器信号处理模块连接到CPU。由此可见MEMS电场采集系统自带了CPU，通过位移传感器的信号能快捷有效的获取MEMS电场传感器探头实际位置，并保持其处于最佳的工作状态。

优选的，所述CPU连接到可移动式存储装置。在MEMS电场采集系统内可以单独设置存储设备，在对采集的信息不需要即时处理的情况下，可以通过存储设备将检测结果传递到终端。这样的设置处理周期长，但是成本低，适用性广泛。

优选的，所还包括无线传输系统，所述无线传输系统包括两部分，其中一部分为设置在MEMS电场采集系中与CPU连接的232分配器，232分配器经过232DTU连接到无线输出端口，另一部分为与无线输出端口进行通讯的地面无线传输系统。在MEMS电场采集系统内可以单独设置无线传输设备，为了安全起见，单独设置了地面无线传输系统和无线传输设备进行对应式的连接，确保了系统的稳定。

优选的，MEMS电场传感器探头和传感器信号采集模块之间设有传感器信号放大模块。传感器信号放大模块并不是常开模式，仅当信号不好时通过传感器信号放大模块增强采集到的信号。

优选的，所述外壳内设有预留模块接口，用于其他功能模块的扩展。

优选的，所述外壳上还设有报警装置，所述报警装置包括蜂鸣器、报警灯以及其他的警示设备及配套模块。这样在检测过程中发生了问题直接以最明确的声光报警或者其他通信报警的形式进行警告。

发明还包括采用移动式存储装置的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、作业人员携MEMS电场采集系统和绝缘操作附件登塔至横担位置，将MEMS电场采集系统安装于绝缘操作附件上；

步骤2、作业人员在横担绝缘子挂点附近向下伸出绝缘杆，将挂钩挂住绝缘子串高压端均压环；

步骤3、作业人员通过牵引绝缘绳匀速将MEMS电场采集系统从低压端移动至高压端，在此过程中收集到的数据写入到移动式存储装置，待确认测量采集结束并数据写入完成后，再通过绝缘绳将MEMS电场采集系统牵引回低压端；

步骤4、作业人员将挂钩脱离均压环，收回绝缘杆，并取出移动式存储装置；

步骤5、传递移动式存储装置到读取设备，确认采集到的数据完整准确后完成电场采集工作，否则重复步骤2-4。

发明还包括采用无线传输系统的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、作业人员携MEMS电场采集系统和绝缘操作附件登塔至横担位置，将MEMS电场采集系统安装于绝缘操作附件上；

步骤2、作业人员在横担绝缘子挂点附近向下伸出绝缘杆，将挂钩挂住绝缘子串高压端均压环；

步骤3、作业人员通过牵引绝缘绳匀速将MEMS电场采集系统从低压端移动至高压端，在此过程中地面无线传输系统进行数据的收集，待地面无线传输系统确认测量采集结束后，再通过绝缘绳将MEMS电场采集系统牵引回低压端；

步骤4、作业人员将挂钩脱离均压环，收回绝缘杆，完成电场采集工作。

在以上两种方法中，所述步骤3中绝缘绳牵引MEMS电场采集系统的速度均为0.8-1.2米每秒。过快的牵引速度会影响到传感器采集的准确性，而如果牵引速度太慢则影响检测的效率。

本发明还包括利用基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的检测方法：MEMS电场传感器探头感应电场信号，电场信号经处理放大后输入至CPU，同时位移传感器同步采集MEMS传感器探头采集电场的相对位置信息，并将相对位移信号输入至CPU，CPU将收到的电场信号、位移信号进行处理，整合成相应的电场强度—位移关系曲线。电场强度—位移关系曲线为后期判断电场分布提供了准确而有效的参数。

进一步的，为了确保检测效果，在检测过程中CPU对相对位移信息进行处理，确保MEMS电场传感器探头距离绝缘子保持在3-10cm的固定间距，如果超出范围则发出报警信号提示操作人员进行调整。

优选的，MEMS电场传感器探头内置活动电极以一定的频率震动，感应电极因为电场的作用而产生感应电压，从而在输出端形成特征电信号，并传输至后续处理电路；

其中设传感器频率ω₁，初相位φ₁，若外部电场E为工频电场，设输入电场为：

E＝E₀sinω_et+φ_e

其中E₀为电场幅值，ωe为信号频率，φe为初相位；屏蔽电极对感应电极的周期性遮挡与暴露，则传感器形成周期性的感应电流，经I/V转换后电压输出为：

其中：K1、K2为修正系数；

输出信号经解调后，提取其幅值或有效值，经信号放大、处理后输入至CPU。

本发明通过这样的技术方案，采用MEMS电场传感器系统检测输电线路周围空间电场，从而判断绝缘子的工作状态。可通过绝缘操作附件移动MEMS电场采集系统，在任意结构的绝缘子表面进行电场检测，并确保检测结果准确可靠。在牵引过程中MEMS电场采集系统上所带的传感器距离绝缘子保持在3-10cm的固定间距。在MEMS电场采集系统移动过程中，这个间距保持不变，确保了传感器在最佳的工作距离下工作，且在绝缘杆的控制下，MEMS电场采集系统不会在移动过程中和绝缘子发生摩擦碰撞。

同时本发明还公开了不同的数据检测结果传输的模式，以及在不同模式下的后期处理方案。本发明中所记载的方案并不是最为精准的计算公式，而是兼顾了计算的效率进而改进的方案。由于绝缘子的检测工作量非常大，因此只能牺牲部分精度以提升效率。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明中MEMS电场采集系统的内部结构示意图。

图2是本发明检测到的电场强度—位移关系曲线图。

图3是本发明现场安装操作示意图。

图4是本发明中绝缘操作附件结构示意图。

图5是图4的侧面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本发明保护的范围。

MEMS即微机电系统Microelectro Mechanical Systems，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。在本发明中也起到了重要的作用。

实施例1：

如图1、图4、图5所示，基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，包括：用于检测绝缘子表面空间电场信号的MEMS电场采集系统1和绝缘操作附件3。其中MEMS电场采集系统1包括外壳11，内自带电源模块25确保供能，所述外壳11外侧设有MEMS电场传感器探头12和位移传感器13，位移传感器13连接到外壳11内的CPU14，而MEMS电场传感器探头12通过传感器信号采集模块15和传感器信号处理模块16连接到CPU14，所述CPU14连接到可移动式存储装置。而所述绝缘操作附件3由绝缘杆31、绝缘绳32、挂钩33组成，绝缘杆31上设有凸起卡块34，用于匹配MEMS电场采集系统1表面的滑槽，绝缘绳32固定于MEMS电场采集系统1的外壳11，绝缘杆31端部装有挂钩33，用于挂住均压环2。MEMS电场采集系统1活动连接于绝缘杆31，确保MEMS电场采集系统1能相对于绝缘子表面进行移动，且在移动过程中MEMS电场采集系统1中的传感器和绝缘子表面距离不变。如果担心传感器的效率问题，则可以在MEMS电场传感器探头12和传感器信号采集模块15之间设有传感器信号放大模块20。MEMS电场传感器探头12和传感器信号采集模块15之间设有传感器信号放大模块20。当信号不好时通过传感器信号放大模块20增强采集到的信号。但是开启传感器信号放大模块20后整体的功耗上升，不利于长期作业。

所述外壳11内设有预留模块接口21，便于后期辅助模块的加载。所述外壳11上还设有报警装置。报警装置包括且不限于蜂鸣器22以及报警灯23。但是通常状况下蜂鸣器22、报警灯23以及两者的结合足以满足大部分的正常使用情况。

此类基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的使用方法包括以下步骤：

步骤1、作业人员携MEMS电场采集系统1和绝缘操作附件3登塔至横担位置，将MEMS电场采集系统1安装于绝缘操作附件3上；由于MEMS电场采集系统1和绝缘操作附件3安装完毕后体积较大，质量较重，不利于登塔，因此需要分别带上铁塔后，在塔上完成安装，安装过程符合安规标准。

步骤2、作业人员在横担绝缘子挂点附近向下伸出绝缘杆31，将挂钩33挂住绝缘子串高压端均压环2；

步骤3、作业人员通过牵引绝缘绳32匀速将MEMS电场采集系统1从低压端移动至高压端，在此过程中收集到的数据写入到移动式存储装置，待确认测量采集结束并数据写入完成后，再通过绝缘绳32将MEMS电场采集系统1牵引回低压端；为了保证数据采集准确，同时兼顾检测效率，绝缘绳32牵引MEMS电场采集系统1的速度是0.8-1.2米每秒。在检测过程中CPU14对相对位移信息进行处理，确保MEMS电场传感器探头12距离绝缘子保持在3-10cm的固定间距，如果超出范围则发出报警信号提示操作人员进行调整。

步骤4、作业人员将挂钩33脱离均压环2，收回绝缘杆31，并取出移动式存储装置；

步骤5、传递移动式存储装置到读取设备，确认采集到的数据完整准确后完成电场采集工作，否则重复步骤2-4。

所述步骤3中MEMS电场敏感芯片感应电场信号，电场信号经处理放大后输入至CPU14，同时位移传感器13同步采集MEMS传感器探头12采集电场的相对位置信息，并将相对位移信号输入至CPU14，CPU14将收到的电场信号、位移信号进行处理，整合成如图2所示的相应的电场强度—位移关系曲线。由于绝缘子的尺寸各不一样，对应的电场强度也不同，因此图2仅仅用于演示大致曲线图形，删除了具体坐标数值。但是本发明通过MEMS电场采集系统1能同时检测绝缘子上任意一个坐标上的电场强度，并且通过这两个参数相互结合提出检测结论，解决了现有技术中检测针对绝缘子整体，而无法准确对大型复合绝缘子表面电场分布精细描述的问题。

MEMS电场传感器探头12内置活动电极以一定的频率震动，感应电极因为电场的作用而产生感应电压，从而在输出端形成特征电信号，并传输至后续处理电路；

其中设传感器频率ω₁，初相位φ₁，若外部电场E为工频电场，设输入电场为：

E＝E₀sinω_et+φ_e

其中E₀为电场幅值，ωe为信号频率，φe为初相位；屏蔽电极对感应电极的周期性遮挡与暴露，则传感器形成周期性的感应电流，经I/V转换后电压输出为：

其中：K1、K2为修正系数，用于简化计算；

输出信号经解调后，提取其幅值或有效值，经信号放大、处理后输入至CPU14。

该实施例中采用了U盘、SD卡或者其他类型的移动式存储装置作为检测结构的载体，便于存储和归档，对于环境的适应性好。

实施例2：

如图1、图3、图4、图5所示，基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，包括：用于检测绝缘子表面空间电场信号的MEMS电场采集系统1和绝缘操作附件3。其中MEMS电场采集系统1包括外壳11，内自带电源模块25确保供能，所述外壳11外侧设有MEMS电场传感器探头12和位移传感器13，位移传感器13连接到外壳11内的CPU14，而MEMS电场传感器探头12通过传感器信号采集模块15和传感器信号处理模块16连接到CPU14。还包括无线传输系统，所述无线传输系统包括两部分，其中一部分为设置在MEMS电场采集系统1中与CPU14连接的232分配器17，232分配器17经过232DTU18连接到无线输出端口19，另一部分为与无线输出端口19进行通讯的地面无线传输系统24。而所述绝缘操作附件3由绝缘杆31、绝缘绳32、挂钩33组成，绝缘杆31上设有凸起卡块34，用于匹配MEMS电场采集系统1表面的滑槽，绝缘绳32固定于MEMS电场采集系统1的外壳11，绝缘杆31端部装有挂钩33，用于挂住均压环2。MEMS电场采集系统1活动连接于绝缘杆31，确保MEMS电场采集系统1能相对于绝缘子表面进行移动，且在移动过程中MEMS电场采集系统1中的传感器和绝缘子表面距离不变。如果担心传感器的效率问题，则可以在MEMS电场传感器探头12和传感器信号采集模块15之间设有传感器信号放大模块20。MEMS电场传感器探头12和传感器信号采集模块15之间设有传感器信号放大模块20。当信号不好时通过传感器信号放大模块20增强采集到的信号。但是开启传感器信号放大模块20后整体的功耗上升，不利于长期作业。

所述外壳11内设有预留模块接口21，便于后期辅助模块的加载。所述外壳11上还设有报警装置。报警装置包括且不限于蜂鸣器22以及报警灯23。但是通常状况下蜂鸣器22、报警灯23以及两者的结合足以满足大部分的正常使用情况。

此类基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的使用方法包括以下步骤：

步骤1、作业人员携MEMS电场采集系统1和绝缘操作附件3登塔至横担位置，将MEMS电场采集系统1安装于绝缘操作附件3上；由于MEMS电场采集系统1和绝缘操作附件3安装完毕后体积较大，质量较重，不利于登塔，因此需要分别带上铁塔后，在塔上完成安装，安装过程符合安规标准。

步骤2、作业人员在横担绝缘子挂点附近向下伸出绝缘杆31，将挂钩33挂住绝缘子串高压端均压环2；

步骤3、作业人员通过牵引绝缘绳32匀速将MEMS电场采集系统1从低压端移动至高压端，在此过程中地面无线传输系统24进行数据的收集，待地面无线传输系统24确认测量采集结束后，再通过绝缘绳32将MEMS电场采集系统1牵引回低压端；为了保证数据采集准确，同时兼顾检测效率，绝缘绳32牵引MEMS电场采集系统1的速度是0.8-1.2米每秒。在检测过程中CPU14对相对位移信息进行处理，确保MEMS电场传感器探头12距离绝缘子保持在3-10cm的固定间距，如果超出范围则发出报警信号提示操作人员进行调整。

步骤4、作业人员将挂钩33脱离均压环2，收回绝缘杆31，完成电场采集工作。

所述步骤3中MEMS电场敏感芯片感应电场信号，电场信号经处理放大后输入至CPU14，同时位移传感器13同步采集MEMS传感器探头12采集电场的相对位置信息，并将相对位移信号输入至CPU14，CPU14将收到的电场信号、位移信号进行处理，整合成如图2所示的相应的电场强度—位移关系曲线。由于绝缘子的尺寸各不一样，对应的电场强度也不同，因此图2仅仅用于演示大致曲线图形，删除了具体坐标数值。但是本发明通过MEMS电场采集系统1能同时检测绝缘子上任意一个坐标上的电场强度，并且通过这两个参数相互结合提出检测结论，解决了现有技术中检测针对绝缘子整体，而无法准确对大型复合绝缘子表面电场分布精细描述的问题。

MEMS电场传感器探头12内置活动电极以一定的频率震动，感应电极因为电场的作用而产生感应电压，从而在输出端形成特征电信号，并传输至后续处理电路；

其中设传感器频率ω₁，初相位φ₁，若外部电场E为工频电场，设输入电场为：

E＝E₀sinω_et+φ_e

其中E₀为电场幅值，ωe为信号频率，φe为初相位；屏蔽电极对感应电极的周期性遮挡与暴露，则传感器形成周期性的感应电流，经I/V转换后电压输出为：

其中：K1、K2为修正系数；

输出信号经解调后，提取其幅值或有效值，经信号放大、处理后输入至CPU14。

该实施例中采用了地面无线传输系统24进行配合，能更及时处理检测数据，反应速度快，但是缺点在于对于作业场合的环境要求更高一些。

技术人员在实施时，可以根据实际情况选择实施的方案。无论是哪种实施方式中，均具有如下优点：

.1、准确可靠。采用MEMS电场传感器系统检测输电线路周围空间电场，其检测准确度高，且不受环境、天气、线路结构等因素的影响。电场传感器系统由基于MEMS电场敏感芯片及后续信号处理电路构成，可准确测量电场信号并给出验电结果指示信号，凡涉及MEMS传感器进行电场测量，在已经验证的实施案例中具有100％的准确性和可靠性。

2、操作方便。通过绝缘杆31、绝缘绳32、挂钩33所组成的绝缘操作附件能稳定控制MEMS电场采集系统的行动轨迹，使测量值相对稳定准确，作业人员操作方便。

3、操作安全。全过程采用带电作业用绝缘杆31、绝缘绳32，处于地电位作业，作业方法安全可靠。

4、整套系统性价比极高，能够广泛推广。虽然单个设备价格并不便宜，但是基于大规模推广后所带来的效益而言，所能带来的经济效益非常高。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，其特征在于，包括：用于检测绝缘子表面空间电场信号的MEMS电场采集系统(1)和绝缘操作附件(3)，绝缘操作附件(3)至少包括一根绝缘杆(31)，MEMS电场采集系统(1)活动连接于绝缘杆(31)，确保MEMS电场采集系统(1)能相对于绝缘子表面进行移动，且在移动过程中MEMS电场采集系统(1)中的传感器和绝缘子表面距离不变。

2.如权利要求1所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，其特征在于：所述绝缘操作附件(3)由绝缘杆(31)、绝缘绳(32)和挂钩(33)组成，绝缘杆(31)上设有凸起卡块(34)，用于匹配MEMS电场采集系统(1)表面的滑槽，绝缘绳(32)固定于MEMS电场采集系统(1)的外壳(11)，绝缘杆(31)端部装有挂钩(33)，用于挂住均压环(2)。

3.如权利要求1或2所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，其特征在于：MEMS电场采集系统(1)包括外壳(11)，所述外壳(11)外侧设有MEMS电场传感器探头(12)和位移传感器(13)，位移传感器(13)连接到外壳(11)内的CPU(14)，而MEMS电场传感器探头(12)通过传感器信号采集模块(15)和传感器信号处理模块(16)连接到CPU(14)。

4.如权利要求3所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，其特征在于：所述CPU(14)连接到可移动式存储装置。

5.如权利要求3所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，其特征在于：还包括无线传输系统，所述无线传输系统包括两部分，其中一部分为设置在MEMS电场采集系统(1)中与CPU(14)连接的232分配器(17)，232分配器(17)经过232DTU(18)连接到无线输出端口(19)，另一部分为与无线输出端口(19)进行通讯的地面无线传输系统(24)。

6.如权利要求3所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，其特征在于：MEMS电场传感器探头(12)和传感器信号采集模块(15)之间设有传感器信号放大模块(20)。

7.如权利要求3所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，其特征在于：所述外壳(11)内设有预留模块接口(21)。

8.如权利要求3所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置，其特征在于：所述外壳(11)上还设有报警装置。

9.权利要求4所述基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、作业人员携MEMS电场采集系统(1)和绝缘操作附件(3)登塔至横担位置，将MEMS电场采集系统(1)安装于绝缘操作附件(3)上；

步骤2、作业人员在横担绝缘子挂点附近向下伸出绝缘杆(31)，将挂钩(33)挂住绝缘子串高压端均压环(2)；

步骤3、作业人员通过牵引绝缘绳(32)匀速将MEMS电场采集系统(1)从低压端移动至高压端，在此过程中收集到的数据写入到移动式存储装置，待确认测量采集结束并数据写入完成后，再通过绝缘绳(32)将MEMS电场采集系统(1)牵引回低压端；

步骤4、作业人员将挂钩(33)脱离均压环(2)，收回绝缘杆(31)，并取出移动式存储装置；

步骤5、传递移动式存储装置到读取设备，确认采集到的数据完整准确后完成电场采集工作，否则重复步骤2-4。

10.权利要求5所述基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、作业人员携MEMS电场采集系统(1)和绝缘操作附件(3)登塔至横担位置，将MEMS电场采集系统(1)安装于绝缘操作附件(3)上；

步骤2、作业人员在横担绝缘子挂点附近向下伸出绝缘杆(31)，将挂钩(33)挂住绝缘子串高压端均压环(2)；

步骤3、作业人员通过牵引绝缘绳(32)匀速将MEMS电场采集系统(1)从低压端移动至高压端，在此过程中地面无线传输系统(24)进行数据的收集，待地面无线传输系统(24)确认测量采集结束后，再通过绝缘绳(32)将MEMS电场采集系统(1)牵引回低压端；

步骤4、作业人员将挂钩(33)脱离均压环(2)，收回绝缘杆(31)，完成电场采集工作。

11.如权利要求9所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的使用方法，其特征在于：所述步骤3中绝缘绳(32)牵引MEMS电场采集系统(1)的速度是0.8-1.2米每秒。

12.如权利要求10所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的使用方法，其特征在于：所述步骤3中绝缘绳(32)牵引MEMS电场采集系统(1)的速度是0.8-1.2米每秒。

13.利用权利要求1所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的检测方法，其特征在于：MEMS电场传感器探头(12)感应电场信号，电场信号经处理放大后输入至CPU(14)，同时位移传感器(13)同步采集MEMS传感器探头(12)采集电场的相对位置信息，并将相对位移信号输入至CPU(14)，CPU(14)将收到的电场信号、位移信号进行处理，整合成相应的电场强度—位移关系曲线。

14.如权利要求13所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的检测方法，其特征在于：在检测过程中CPU(14)对相对位移信息进行处理，确保MEMS电场传感器探头(12)距离绝缘子保持在3-10cm的固定间距，如果超出范围则发出报警信号提示操作人员进行调整。

15.如权利要求13所述的基于MEMS电场传感器的复合绝缘子电场分布检测装置的检测方法，其特征在于：MEMS电场传感器探头(12)内置活动电极以一定的频率震动，感应电极因为电场的作用而产生感应电压，从而在输出端形成特征电信号，并传输至后续处理电路；

其中设传感器频率ω₁，初相位φ₁，若外部电场E为工频电场，设输入电场为：

E＝E₀sin(ω_et+φ_e)

其中E₀为电场幅值，ωe为信号频率，φe为初相位；屏蔽电极对感应电极的周期性遮挡与暴露，则传感器形成周期性的感应电流，经I/V转换后电压输出为：

其中：K1、K2为修正系数；

输出信号经解调后，提取其幅值或有效值，经信号放大、处理后输入至CPU(14)。