CN111257654B - 一种交流电场测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交流电场测量装置，包括：微处理器、第一感应模块、第一信号处理模块、第二感应模块、第二信号处理模块、显示模块；所述第一感应模块通过所述第一信号处理模块与所述微处理器连接；所述第二感应模块通过所述第二信号处理模块与所述微处理器连接；所述微处理器与所述显示模块连接。有益效果：通过该交流电场测量装置，可以在浮地供电的场合及交流电场干扰大的场合实现非接触测量电场值，使电场值的测量更加精准。
Description
技术领域
本发明涉及交流电压信号测量技术领域，特别涉及一种交流电场测量装置。
背景技术
交流电压信号测量是电力检测系统中重要的测量对象，传统测量带电体是否带交流电的方法是采用万用表进行接触测量，接触测量会破坏导线绝缘层，在一些不能破坏绝缘层的测量点就无法获取电压值，同时接触测量会对被测带电体形成负载，影响带电体正常工作。
现有技术中，存在一些非接触测量电场的试电笔，该试电笔是以人体为参考点(或大地为参考点)，不能应用于一些浮地供电的场合(如变压器，逆变器供电的场合)和交流电场干扰大的场合。
发明内容
本发明旨在至少一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种交流电场测量装置，可以在浮地供电的场合及交流电场干扰大的场合实现非接触测量电场值。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种交流电场测量装置，包括：微处理器、第一感应模块、第一信号处理模块、第二感应模块、第二信号处理模块、显示模块；
所述第一感应模块通过所述第一信号处理模块与所述微处理器连接；
所述第二感应模块通过所述第二信号处理模块与所述微处理器连接；
所述微处理器与所述显示模块连接；其中，
所述第一感应模块，用于感应被测量设备的交流电压产生的第一电场信号；
所述第一信号处理模块，用于将所述第一电场信号进行信号处理并将其发送至所述微处理器；
所述第二感应模块，用于感应所述测量装置的浮地电压产生的第二电场信号；
所述第二信号处理模块，用于将所述第二电场信号进行信号处理并将其发送至所述微处理器；
所述微处理器用于：
接收经信号处理后的第一电场信号和第二电场信号，得到第一电场值和第二电场值；
根据所述第一电场值和所述第二电场值，通过相位及矢量运算得到第三电场值；
控制所述显示模块将所述第一电场值、所述第二电场值和所述第三电场值显示出来。
根据本发明提出的交流电场测量装置，微处理器接收经第一信号处理模块信号处理后的第一电场信号，得到第一电场值；接收经第二信号处理模块处理后的第二电场信号，得到第二电场值；微处理器根据第一电场值和第二电场值通过相位及矢量运算得到第三电场值，消除了测量装置本身的噪声及浮地电压的影响，使第三电场值的测量更加精准，提高了测量效率，同时可以在浮地供电的场合(如变压器，逆变器供电的场合)及交流电场干扰大的场合实现非接触测量电场值，比接触式测量电场值更加安全，消除了安全隐患；微处理器还控制显示模块将第一电场值、第二电场值和第三电场值显示出来，以使用户进行查看，提高用户体验。
根据本发明的一些实施例，所述第一感应模块和/或所述第二感应模块包括电场强度传感器。
根据本发明的一些实施例，所述第一感应模块包括电缆、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容；
所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻通过所述电缆依次连接；
所述第一电阻和所述第二电阻之间有第一共节点，所述第一电容的一端与所述第一共节点连接；
所述第三电阻的一端连接数字地。
根据本发明的一些实施例，所述第一感应模块包括电感、第二电容、第三电容；
所述电感与所述第二电容并联连接；
所述电感和所述第二电容之间有第二共节点和第三共节点，
所述第三电容的一端与所述第二共节点连接；
所述第三共节点连接数字地。
根据本发明的一些实施例，所述第一感应模块包括：
悬浮体场强仪，所述悬浮体场强仪通过绝缘支架固定，所述悬浮体场强仪通过球形探头感应被测量设备的交流电压产生的第一电场信号；
湿度传感器，用于感应所述悬浮体场强仪所处环境的湿度信号；
通过下述公式计算被测量设备的交流电压的第一电场值；
Q＝3Πεr2E测
ω＝2Πf
其中，Q为感应电荷，U采为采样电阻上的电压，R采为采样电阻，w为角频率，f为频率，E测为测量出的被测量设备的交流电压的第一电场值，r为球形探头的半径；ε是球形探头的介电常数；
所述绝缘支架长时间处于湿度环境下，变成一个导电体，绝缘支架的介电常数增大，导致球形探头所在位置的畸变场增大，使测量出的第一电场值偏大，通过湿度系数A对其测量出的第一电场值进行校正；
其中，湿度系数A根据采集的所述湿度信号查表获得。
根据本发明的一些实施例，所述第一信号处理模块包括：第四电阻、第五电阻，运算放大器、第四电容、第六电阻；
所述第四电阻的一端与所述第一电容的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述运算放大器的负输入端连接；
所述运算放大器的正输入端接数字地，
所述运算放大器的输出端与所述第四电容连接；
所述第四电容通过所述第六电阻与数字地连接；
所述第四电阻与所述运算放大器之间有第四共节点，
所述运算放大器与所述第四电容之间有第五共节点，
所述第五电阻一端与所述第四共节点连接，另一端与所述第五共节点连接。
根据本发明的一些实施例，所述显示模块包括显示屏。
根据本发明的一些实施例，所述微处理器内部设有A/D转换模块，所述第一信号处理模块的输出端和所述第二信号处理模块的输出端分别与所述A/D转换模块的输入端连接。
根据本发明的一些实施例，所述测量装置还包括：
报警模块，与所述微处理器连接，用于在所述第三电场值不在预设电场值范围时发出报警信息。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的交流电场测量装置的框图；
图2是根据本发明一个实施例的第一感应模块的电路图；
图3是根据本发明又一个实施例的第一感应模块的电路图；
图4是根据本发明一个实施例的第一感应模块及第一信号处理模块的电路图；
图5是根据本发明又一个实施例的交流电场测量装置的框图。
附图标记：
交流电场测量装置100、微处理器1、A/D转换模块11、第一感应模块2、电缆21、第一电阻22、第二电阻23、第三电阻24、第一电容25、电感26、第二电容27、第三电容28、第一信号处理模块3、第四电阻31、第五电阻32，运算放大器33、第四电容34、第六电阻35、第二感应模块4、第二信号处理模块5、显示模块6、报警模块7。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参考图1至图5来描述本发明实施例提出的一种交流电场测量装置100。
图1是根据本发明一个实施例的交流电场测量装置100的框图；如图1所示，本发明实施例提出了一种交流电场测量装置100，包括：微处理器1、第一感应模块2、第一信号处理模块3、第二感应模块4、第二信号处理模块5、显示模块6；
所述第一感应模块2通过所述第一信号处理模块3与所述微处理器1连接；
所述第二感应模块4通过所述第二信号处理模块5与所述微处理器1连接；
所述微处理器1与所述显示模块6连接；其中，
所述第一感应模块2，用于感应被测量设备的交流电压产生的第一电场信号；
所述第一信号处理模块3，用于将所述第一电场信号进行信号处理并将其发送至所述微处理器1；
所述第二感应模块，用于感应所述测量装置100的浮地电压产生的第二电场信号；
所述第二信号处理模块5，用于将所述第二电场信号进行信号处理并将其发送至所述微处理器1；
所述微处理器1，用于接收经信号处理后的第一电场信号和第二电场信号，得到第一电场值和第二电场值；
根据所述第一电场值和所述第二电场值，通过相位及矢量运算得到第三电场值；
还用于控制所述显示模块6将所述第一电场值、所述第二电场值和所述第三电场值显示出来。
根据本发明提出的交流电场测量装置100，微处理器1接收经第一信号处理模块3信号处理后的第一电场信号，得到第一电场值；接收经第二信号处理模块5处理后的第二电场信号，得到第二电场值；微处理器1根据第一电场值和第二电场值通过相位及矢量运算得到第三电场值，消除了测量装置100本身的噪声及浮地电压的影响，使第三电场值的测量更加精准，提高了测量效率，同时可以在浮地供电的场合及交流电场干扰大的场合实现非接触测量电场值，比接触式测量电场值更加安全，消除了安全隐患；微处理器1还控制显示模块6将第一电场值、第二电场值和第三电场值显示出来，以使用户进行查看，提高用户体验。
根据本发明的一些实施例，所述第一感应模块2和/或所述第二感应模块4包括电场强度传感器，能感应电场强度并转换成可用输出信号的传感器。示例的，第一感应模块2包括电场强度传感器，用于感应并生成交流电压产生的第一电场信号；第二感应模块4包括电场强度传感器，用于感应测量装置100的浮地电压产生的第二电场信号。
图2是根据本发明一个实施例的第一感应模块2的电路图；如图2所示，根据本发明的一些实施例，所述第一感应模块2包括电缆21、第一电阻22、第二电阻23、第三电阻24、第一电容25；
所述第一电阻22、所述第二电阻23、所述第三电阻24通过所述电缆21依次连接；
所述第一电阻22和所述第二电阻23之间有第一共节点，所述第一电容25的一端与所述第一共节点连接；
所述第三电阻24的一端连接数字地。
通过上述技术方案的第一感应模块2，结构简单，成本低，可以有效感应交流电压产生的电场强度，生成第一电场信号。
图3是根据本发明又一个实施例的第一感应模块2的电路图；如图3所示，根据本发明的一些实施例，所述第一感应模块2包括电感26、第二电容27、第三电容28；
所述电感26与所述第二电容27并联连接；
所述电感26和所述第二电容27之间有第二共节点和第三共节点，
所述第三电容28的一端与所述第二共节点连接；
所述第三共节点连接数字地。
通过上述技术方案的第一感应模块2，结构简单，成本低，可以有效感应交流电压产生的电场强度，生成第一电场信号。
根据本发明的一些实施例，所述第一信号处理模块3包括：第四电阻31、第五电阻32，运算放大器33、第四电容34、第六电阻35；
所述第四电阻31的一端与所述第一电容25的一端连接，所述第四电阻31的另一端与所述运算放大器33的负输入端连接；
所述运算放大器33的正输入端接数字地，
所述运算放大器33的输出端与所述第四电容34连接；
所述第四电容34通过所述第六电阻35与数字地连接；
所述第四电阻31与所述运算放大器33之间有第四共节点，
所述运算放大器33与所述第四电容34之间有第五共节点，
所述第五电阻32一端与所述第四共节点连接，另一端与所述第五共节点连接。
在一实施例中，所述第一感应模块包括：
悬浮体场强仪，所述悬浮体场强仪通过绝缘支架固定，所述悬浮体场强仪通过球形探头感应被测量设备的交流电压产生的第一电场信号；
湿度传感器，用于感应所述悬浮体场强仪所处环境的湿度信号；
通过下述公式计算被测量设备的交流电压的第一电场值；
Q＝3Πεr2E测
ω＝2Πf
其中，Q为感应电荷，U采为采样电阻上的电压，R采为采样电阻，w为角频率，f为频率，E测为测量出的被测量设备的交流电压的第一电场值，r为球形探头的半径；ε是球形探头的介电常数；
所述绝缘支架长时间处于湿度环境下，变成一个导电体，绝缘支架的介电常数增大，导致球形探头所在位置的畸变场增大，使测量出的第一电场值偏大，通过湿度系数A对其测量出的第一电场值进行校正；
其中，湿度系数A根据采集的所述湿度信号查表获得。
上述技术方案的工作原理：绝缘支架通常为木支架或者环氧树脂架，在木材中含有水分时，绝缘能力下降，有一定的导电性，长时间处于湿度环境下使绝缘支架变成一个突出地面的导电体，绝缘支架的介电常数随着湿度的增大在一定范围内增大，造成球形探头所在位置的畸变场也增大，从而导致测量出来的第一电场值偏大。通过湿度传感器对球形探头所处位置的湿度进行检测，根据采集到的湿度信号查表得出湿度系数A，对测量出的第一电场值进行校正。
上述技术方案的有益效果：降低了环境湿度因素对测量第一电场值的影响，保证第一电场值的准确性。
表1
| 相对湿度 | 0％ | 20％ | 40％ | 60％ | 80％ | 100％ |
| 湿度系数 | 0 | 0.01 | 0.06 | 0.12 | 0.41 | 0.83 |
示例的，图4是根据本发明一个实施例的第一感应模块2及第一信号处理模块3的电路图；如图4所示，第一电阻22可以是10k；第一感应模块2生成的第一电场信号，第一电场信号属于电磁信号，通过第一信号处理模块3转换成电信号，对该电信号进行放大，使微处理器1可以识别，同时对该电信号进行滤波处理，将电信号中特定波段频率滤除，可以起到抑制和防止干扰的作用，使微处理器1可以识别有效信号，提高识别的精确度和准确度。运算放大器33是一种放大倍数较高，精度较高的模拟器件，可以对模拟信号进行放大。将放大且滤波后的第一电场信号发送至微处理器1进行运算。
同理的，将放大且滤波后的第二电场信号发送至微处理器1进行运算。
在一实施例中，第二电场信号可以通过测量装置100内部的采样电阻感应得到。
根据本发明的一些实施例，所述显示模块6包括显示屏，将第一电场值、第二电场值和第三电场值显示出来，以使用户进行查看，提高用户体验。
图5是根据本发明又一个实施例的交流电场测量装置100的框图；如图5所示，根据本发明的一些实施例，所述微处理器1内部设有A/D转换模块11，所述第一信号处理模块3的输出端和所述第二信号处理模块5的输出端分别与所述A/D转换模块11的输入端连接。
上述技术方案的工作原理及有益效果：接收经第一信号处理模块3放大且滤波后的第一电场信号，接收经第二信号处理模块5放大且滤波后的第二电场信号，此时，该第一电场信号和第二电场信号属于模拟信号，通过微处理器1内部的A/D转换模块11，将模拟信号转换为数字信号，得到第一电场值和第二电场值。
根据本发明的一些实施例，所述测量装置100还包括：
报警模块7，与所述微处理器1连接，用于在所述第三电场值不在预设电场值范围时发出报警信息。
示例的，报警模块7包括声光报警器，发出声音和光两种信号，更容易使用户接收到报警信息，及时处理。第三电场值不在预设电场值范围包括第三电场值小于预设电场值的最小值和第三电场值大于预设电场值的最大值，当计算出的第三电场值不在预设电场值范围，表示该交流电压供电出现异常，需要及时处理，使用户不用一直查看显示模块6显示的数据，降低用户的工作强度，提高用户体验。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种交流电场测量装置，其特征在于，包括：微处理器、第一感应模块、第一信号处理模块、第二感应模块、第二信号处理模块、显示模块；
所述第一感应模块通过所述第一信号处理模块与所述微处理器连接；
所述第二感应模块通过所述第二信号处理模块与所述微处理器连接；
所述微处理器与所述显示模块连接；其中，
所述第一感应模块，用于感应被测量设备的交流电压产生的第一电场信号；
所述第一信号处理模块，用于将所述第一电场信号进行信号处理并将其发送至所述微处理器；
所述第二感应模块，用于感应所述测量装置的浮地电压产生的第二电场信号；
所述第二信号处理模块，用于将所述第二电场信号进行信号处理并将其发送至所述微处理器；
所述微处理器用于：
接收经信号处理后的第一电场信号和经信号处理后的第二电场信号，得到第一电场值和第二电场值；
根据所述第一电场值和所述第二电场值，通过相位及矢量运算得到第三电场值；
控制所述显示模块将所述第一电场值、所述第二电场值和所述第三电场值显示出来。
2.如权利要求1所述的交流电场测量装置，其特征在于，所述第一感应模块和/或所述第二感应模块包括电场强度传感器。
3.如权利要求1所述的交流电场测量装置，其特征在于，所述第一感应模块包括电缆、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容；
所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻通过所述电缆依次连接；
所述第一电阻和所述第二电阻之间有第一共节点，所述第一电容的一端与所述第一共节点连接；
所述第三电阻的一端连接数字地。
4.如权利要求1所述的交流电场测量装置，其特征在于，所述第一感应模块包括电感、第二电容、第三电容；
所述电感与所述第二电容并联连接；
所述电感和所述第二电容之间有第二共节点和第三共节点，
所述第三电容的一端与所述第二共节点连接；
所述第三共节点连接数字地。
5.如权利要求1所述的交流电场测量装置，其特征在于，所述第一感应模块包括：
悬浮体场强仪，所述悬浮体场强仪通过绝缘支架固定，所述悬浮体场强仪通过球形探头感应被测量设备的交流电压产生的第一电场信号；
湿度传感器，用于感应所述悬浮体场强仪所处环境的湿度信号；
通过下述公式计算被测量设备的交流电压的第一电场值；
Q＝3Πεr2E测
ω＝2Πf
其中，Q为感应电荷，U采为采样电阻上的电压，R采为采样电阻，w为角频率，f为频率，E测为测量出的被测量设备的交流电压的第一电场值，r为球形探头的半径；ε是球形探头的介电常数；
所述绝缘支架长时间处于湿度环境下，变成一个导电体，绝缘支架的介电常数增大，导致球形探头所在位置的畸变场增大，使测量出的第一电场值偏大，通过湿度系数A对其测量出的第一电场值进行校正；
其中，湿度系数A根据采集的所述湿度信号查表获得。
6.如权利要求3所述的交流电场测量装置，其特征在于，所述第一信号处理模块包括：第四电阻、第五电阻，运算放大器、第四电容、第六电阻；
所述第四电阻的一端与所述第一电容的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述运算放大器的负输入端连接；
所述运算放大器的正输入端接数字地，
所述运算放大器的输出端与所述第四电容连接；
所述第四电容通过所述第六电阻与数字地连接；
所述第四电阻与所述运算放大器之间有第四共节点，
所述运算放大器与所述第四电容之间有第五共节点，
所述第五电阻一端与所述第四共节点连接，另一端与所述第五共节点连接。
7.如权利要求1所述的交流电场测量装置，其特征在于，所述显示模块包括显示屏。
8.如权利要求1所述的交流电场测量装置，其特征在于，所述微处理器内部设有A/D转换模块，所述第一信号处理模块的输出端和所述第二信号处理模块的输出端分别与所述A/D转换模块的输入端连接。
9.如权利要求1-8任意一项所述的交流电场测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：
报警模块，与所述微处理器连接，用于在所述第三电场值不在预设电场值范围时发出报警信息。
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