CN112285443B - 设置有自校准装置的电场测量设备及自校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了设置有自校准装置的电场测量设备及自校准方法。该设备包括：电容传感器；采样电阻，其分别与电容传感器的两个极板相连；信号处理电路，与采样电阻的两端相连，用于确定采样电阻的两端的实际交流电压；电场强度确定单元，用于根据所述实际交流电压和自校准装置生成的校准系数，确定所述电容传感器所在电场的强度。该设备通过远程遥控，在工频电场测量设备的电容传感器后端的采样电阻两端直接加载校准电压，并通过加载不同数值的电压来模拟产生的电场强度，得到更准确的校准系数，解决了工频电场测量设备在现场校准困难而导致的测量结果准确性不足的问题，保证了工频电场测量实时测量数据的有效性。

Description

设置有自校准装置的电场测量设备及自校准方法

技术领域

本发明属于输电线路电场测量技术领域，具体涉及设置有自校准装置的电场测量设备及自校准方法。

背景技术

随着人们对环保的关注，对电磁环境越来越重视，在邻近居民区的变电站、输电线路附近都安装了电磁环境实时监测装置，用于工频电场的实时监测，并通过电子广告牌把这些数据进行显示。

这些测量装置由于全天候工作，受温湿度影响较大，其后端处理电路的温漂、零漂等现象严重，需要经常对测量装置进行校准，消除温漂、零漂的影响，以保证测量数据的有效性。

目前，现有工频电场测量设备的校准，都是离线校准，即在特定的时间段把测量装置送到专门的校准结构，通过步进加载工频电压产生的均匀电场进行校准，这种校准方式无法对工频电场测量设备进行在线校准。一旦工频电场测量设备在现场测量不准，也无法得到及时反馈，因此无法保证测量结果的准确性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供设置有自校准装置的电场测量设备和电场测量设备的自校准方法，以解决工频电场测量设备在现场校准困难而导致的测量结果准确性不足的问题。

第一方面，本发明提供一种设置有自校准装置的电场测量设备，包括：

电容传感器；

采样电阻，其分别与电容传感器的两个极板相连；信号处理电路，与采样电阻的两端相连，用于确定采样电阻的两端的实际交流电压；

电场强度确定单元，用于根据所述实际交流电压和自校准装置生成的校准系数，确定所述电容传感器所在电场的强度。

具体地，所述自校准装置包括：

校准控制单元，用于根据校准计划，逐次确定校准电压；

可控电压源，用于输出与校准电压对应的交流电压；

与所述采样电阻串联的开关，所述开关闭合时，将所述交流电压施加在采样电阻的两端；

校正系数更新单元，用于根据获取的实际交流电压与校准电压，更新校准系数；

校正系数传递单元，用于将校准系数发送至所述电场强度确定单元。

具体地，所述校准控制单元还用于生成校准开始指令及校准停止指令；

所述可控电压源响应于所述校准开始指令，输出与校准电压对应的交流电压；

相应地，所述可控电压源响应于所述校准停止指令，输出零电压。

具体地，所述开关响应于所述校准开始指令，从断开切换为闭合；

相应地，所述开关响应于所述校准停止指令，从闭合切换为断开。

具体地，所述可控电压源包括直流侧、交流侧、逆变电路和驱动模块；

所述直流侧为直流电源；

所述交流侧与所述采样电阻的两端连接；

所述自校准装置还包括驱动控制信号生成模块；

所述驱动控制信号生成模块根据所述校准电压，生成驱动控制信号；

所述驱动模块响应于所述驱动控制信号，生成驱动信号；

所述逆变电路受控于所述驱动信号，在交流侧输出与校准电压对应的交流电压。

具体地，所述自校准装置还包括电平转换模块；

所述驱动模块为功率放大模块；

所述电平转换模块将所述驱动控制信号进行电平转换，得到转换后的驱动控制信号；

所述功率放大模块将所述转换后的驱动控制信号进行功率放大，得到驱动信号。

具体地，所述自校准装置还包括：

电压霍尔传感器、信号调制模块和模数转换模块；

所述电压霍尔传感器与所述采样电阻的两端连接；

所述信号调制模块分别与所述电压霍尔传感器和所述模数转换模块连接；

所述模数转换模块用于将所述信号调制模块输出的模拟信号转换为数字信号；

所述校正系数更新单元从所述模数转换模块获取该数字信号，并处理为实际交流电压，并根据所述实际交流电压与校准电压，更新校准系数。

具体地，所述自校准装置还包括：

开关控制单元和光耦输出模块；

所述开关包括继电器线圈和继电器触点；所述继电器触点与所述采样电阻串联；

所述开关控制单元响应于所述校准开始指令，生成继电器线圈驱动信号，并经光耦输出模块驱动继电器线圈，使得继电器线圈得电，将所述继电器触点闭合；

所述开关控制单元响应于所述校准停止指令，生成继电器线圈驱动信号，并经光耦输出模块驱动继电器线圈，使得继电器线圈失电，将所述继电器触点断开。

具体地，所述自校准装置还包括：

遥控指令接收模块和校准启停控制单元；

所述遥控指令接收模块响应于所述校准开始指令，生成校准开始信号；

所述校准启停控制单元根据所述校准开始信号，生成控制可控电压源开启的控制信号及控制开关控制单元开启的控制信号；

所述遥控指令接收模块响应于所述校准停止指令，生成校准停止信号；

所述校准启停控制单元根据所述校准停止信号，生成控制可控电压源停止的控制信号及控制开关控制单元停止的控制信号。

具体地，所述校准控制单元为红外遥控模块或物联网内的远程控制单元。

第二方面，本发明提供一种电场测量设备的自校准方法，包括：

根据校准计划，确定校准电压，并控制可控电压源输出与校准电压对应的交流电压；

控制与采样电阻串联的开关闭合，将所述交流电压施加在采样电阻的两端；

从模数转换模块确定采样电阻两端的实际交流电压；

根据实际交流电压与校准电压，生成校准系数；

所述校准系数用于电场测量设备的电场强度确定单元根据其确定的实际交流电压和该校准系数，确定电场测量设备的电容传感器所在电场的强度。

本发明提供的设置有自校准装置的电场测量设备和电场测量设备的自校准方法，解决了工频电场测量设备在现场校准困难而导致的测量结果准确性不足的问题，通过远程遥控，在工频电场测量设备的电容传感器后端的采样电阻两端直接加载校准电压，并通过加载不同数值的电压来模拟产生的电场强度，得到更准确的校准系数。

本发明提供的设置有自校准装置的电场测量设备和电场测量设备的自校准方法，利用自校准的方式实现了工频电场测量设备的远程在线校准，保证了工频电场测量实时测量数据的有效性，有着巨大的应用前景。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明优选实施方式的电场测量设备自校准方法的流程示意图；

图2为本发明优选实施方式的电场测量设备电场测量的原理示意图；

图3为本发明优选实施方式的电场测量设备的自校准方法的原理示意图；

图4为本发明优选实施方式的设置有自校准装置的电场测量设备的自校准装置的电路示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明实施例的设置有自校准装置的电场测量设备，包括：

电容传感器；

采样电阻，其分别与电容传感器的两个极板相连；

信号处理电路，与采样电阻的两端相连，用于确定采样电阻的两端的实际交流电压；

电场强度确定单元，用于根据所述实际交流电压和自校准装置生成的校准系数，确定所述电容传感器所在电场的强度。

应该理解为，这里的信号处理电路是电场测量设备出厂时自带的，用于对从采样电阻两端获取的采样电压信号进行放大和滤波处理。

需要说明的是，该设置有自校准装置的电场测量设备，其采样电阻开放给后续附加的自校准装置，用于接入模拟电压；其电场强度确定单元开放给后续附加的自校准装置，用于接受并使用自校准装置生成的校准系数。

具体地，作为向电场测量设备内增加的嵌入式设备，所述自校准装置包括：

校准控制单元，用于根据校准计划，逐次确定校准电压；

可控电压源，用于输出与校准电压对应的交流电压；

与所述采样电阻串联的开关，所述开关闭合时，将所述交流电压施加在采样电阻的两端；

校正系数更新单元，用于根据获取的实际交流电压与校准电压，更新校准系数；

校正系数传递单元，用于将校准系数发送至所述电场强度确定单元。

应该理解为，校正系数传递单元与其电场强度确定单元采用现有技术中公开的方法发送及接收校准系数，如通过串行通信协议或其他公开的端对端传输协议。

应该理解为，由与电场测量设备相距较远距离的红外遥控模块或物联网内的远程控制单元来控制自校准的开始及结束。

应该理解为，采样电阻两端与待测电场中成比例关系的电压波形为正弦波，电工技术领域采用方均根值（也叫有效值）来描述其幅值。可以采用现有技术中公开的方法，从波形曲线得到方均根值。也即校准电压的幅值。

这里校准电压的频率，为50H或60Hz，与工频电场测量装置的频率相同。

具体地，所述校准控制单元还用于生成校准开始指令及校准停止指令；

所述可控电压源响应于所述校准开始指令，输出与校准电压对应的交流电压；

相应地，所述可控电压源响应于所述校准停止指令，输出零电压。

具体地，所述开关响应于所述校准开始指令，从断开切换为闭合；

相应地，所述开关响应于所述校准停止指令，从闭合切换为断开。

具体地，所述可控电压源包括直流侧、交流侧、逆变电路和驱动模块；

所述直流侧为直流电源；

所述交流侧与所述采样电阻的两端连接；

所述自校准装置还包括驱动控制信号生成模块；

所述驱动控制信号生成模块根据所述校准电压，生成驱动控制信号；

所述驱动模块响应于所述驱动控制信号，生成驱动信号；

所述逆变电路受控于所述驱动信号，在交流侧输出与校准电压对应的交流电压。

具体地，逆变电路就是把电池的直流电转化成50Hz交流电，给到采样电阻上，然后由电压霍尔采样，进行后续运算。

驱动模块，用于驱动电路正常工作，其将单片机输出的（低电压小电流）驱动控制信号，转化成控制逆变电路所需要的高电压大电流信号，从而使逆变电路完成其功能。

具体地，所述自校准装置还包括电平转换模块；

所述驱动模块为功率放大模块；

所述电平转换模块将所述驱动控制信号进行电平转换，得到转换后的驱动控制信号；

所述功率放大模块将所述转换后的驱动控制信号进行功率放大，得到驱动信号。

具体地，所述自校准装置还包括：

电压霍尔传感器、信号调制模块和模数转换模块；

所述电压霍尔传感器与所述采样电阻的两端连接；

所述信号调制模块分别与所述电压霍尔传感器和所述模数转换模块连接；

所述模数转换模块用于将所述信号调制模块输出的模拟信号转换为数字信号；

所述校正系数更新单元从所述模数转换模块获取该数字信号，并处理为实际交流电压，并根据所述实际交流电压与校准电压，更新校准系数。

具体地，所述自校准装置还包括：

开关控制单元和光耦输出模块；

所述开关包括继电器线圈和继电器触点；所述继电器触点与所述采样电阻串联；

所述开关控制单元响应于所述校准开始指令，生成继电器线圈驱动信号，并经光耦输出模块驱动继电器线圈，使得继电器线圈得电，将所述继电器触点闭合；

所述开关控制单元响应于所述校准停止指令，生成继电器线圈驱动信号，并经光耦输出模块驱动继电器线圈，使得继电器线圈失电，将所述继电器触点断开。

具体地，所述自校准装置还包括：

遥控指令接收模块和校准启停控制单元；

所述遥控指令接收模块响应于所述校准开始指令，生成校准开始信号；

所述校准启停控制单元根据所述校准开始信号，

生成控制可控电压源开启的控制信号及控制开关控制单元开启的控制信号；

所述遥控指令接收模块响应于所述校准停止指令，生成校准停止信号；

所述校准启停控制单元根据所述校准停止信号，

生成控制可控电压源停止的控制信号及控制开关控制单元停止的控制信号。

具体地，所述校准控制单元为红外遥控模块或物联网内的远程控制单元。

如图1所示，本发明实施例的电场测量设备的自校准方法，包括：

根据校准计划，确定校准电压，并控制可控电压源输出与校准电压对应的交流电压；

控制与采样电阻串联的开关闭合，将所述交流电压施加在采样电阻的两端；

从模数转换模块确定采样电阻两端的实际交流电压；

根据实际交流电压与校准电压，生成校准系数；

所述校准系数用于电场测量设备的电场强度确定单元根据其确定的实际交流电压和该校准系数，确定电场测量设备的电容传感器所在电场的强度。

应该理解为，在确定校准系数时，根据校准计划，逐次确定的校准电压会分别对应一个校准系数；在校准计划内的校准电压项全部完成后，将全部的校准系数进行代数平均或几何平均后，作为与本次校准计划对应的最终校准系数，并发送给电场测量设备的电场强度确定单元。

以及，应该理解为，校准计划中的各校准电压项，是根据电场测量设备的电场强度范围对应的交流电压范围来确定的，且每组电场强度与交流电压具有确定的线性或非线性关系。因此，自校准装置针对各校准电压项确定的校准系数，适用于校准电场强度。

也即，自校准装置有独立于电场测量装置的一整套电压采集、信号处理和模数转换模块，和电场测量设备共用的只有采样电阻这一个电气元件。因此，自校准装置具有计量级的精度，从而保证确定的校准系数是可信可用的。

该设置有自校准装置的电场测量设备和电场测量设备的自校准方法，解决了工频电场测量设备在现场校准困难而导致的测量结果准确性不足的问题，通过远程遥控，在工频电场测量设备的电容传感器后端的采样电阻两端直接加载校准电压，并通过加载不同数值的电压来模拟产生的电场强度，得到更准确的校准系数。

该设置有自校准装置的电场测量设备和电场测量设备的自校准方法，利用自校准的方式实现了工频电场测量设备的远程在线校准，保证了工频电场测量实时测量数据的有效性，有着巨大的应用前景。

该设置有自校准装置的电场测量设备和电场测量设备的自校准方法在工频电场测量设备的传感器上直接加载电压，通过加载不同的电压来模拟产生的电场强度，利用自校准的方式实现了测量装置的远程在线校准，保证了测量数据的有效性。

悬浮型场强仪其基本原理是位于交变电场中的导体，其表面感应电荷与待测电场按同频率随时间变化，对此感应电荷进行处理，便能得到与待测电场中成比例关系的电压或电流信号，从而实现电场的测量。

根据电磁感应定律，电容传感器感应的感应电荷的频域与空间电场的频域相同。

基于电容传感器测量电场强度的等效电路如图2所示，图2中的电容传感器为悬浮型场强仪的极板间电容，从取样电阻检测电压信号，送到信号处理电路进行后端的处理。

具体实施时，该具有自校准功能的工频电场测量设备，长期固定地设置在变电站附近，其包括预置的可控电压源，并将该可控电压源输出的电压通过遥控开关连接到电容传感器的两端、也即采样电阻的两端。该带自校准功能的工频电场测量设备的工作原理如图3所示。

具体实施时，可以在每一个110kV以上电压等级变电站安装4套（站界的东南西北这四个方面）该具有自校准功能的工频电场测量设备，因此，应用前景广阔。

进行自校准时，通过远程控制开关闭合，调节可控电压源的输出电压，并将输出电压直接加载在取样电阻两端；自校准装置采集到取样电阻两端的取样电压后，根据取样电压与可控电压源向采样电阻的输入电压，对照相应的场强进行校准。

如图1所示，具体流程如下：

11、分别远程发指令给可控电压源和遥控开关。

应该理解为，根据预录入的电压值与理想无温漂、无零漂状态对应的标准场强电压值对照表（也即校准计划），确定标准电压。远程发送的指令包括与标准电压对应的电压遥控指令，用于控制遥控开关开闭的开关遥控指令。

12、可控电压源响应电压遥控指令，输出预设的电压值；遥控开关响应开关远程指令闭合，把预设电压值的电压加载到采样电阻两端。

13、对采样电阻进行采样，获得采样电压值，并确定与采样电压值对应的校准用场强电压值。

14、对照预录入的理想无温漂、无零漂状态电压值对应的标准场强电压值及校准用场强电压值，获得校准系数k。

15、把校准系数k写回电场测量装置，以使得后续测量时使用该校准系数实时地确定电场强度。

16、远程发指令控制遥控开关断开，完成自校准。遥控开关断开后，工频电场测量设备处于测量模式，可以实时测量电场强度。

具体实施时，可以利用蓝牙模块或红外模块远程发送校准指令。在图4中，选用的是红外方式，红外信号接收器件是1838C，控制距离在30m左右。

具体实施时，也可以采用物联网技术进行网络控制，这时，远控距离可以为数千公里。

具体实施时，该自校准装置的电路示意图如图4所示。以下对该自校准装置的红外接收模块、主控芯片（MCU）、控制信号control、可控电压源、 电压检测模块分别进行说明。

应该理解为，这时，前述校正系数更新单元、校正系数传递单元、开关控制单元、遥控指令接收模块、校准启停控制单元均为由软件代码实现的计算机程序，并由主控芯片（MCU）来执行这些计算机程序。

1）、 红外接收模块

红外接收模块采用1838C红外接收头实现。1838C共3个引脚，其中引脚2和3分别接﹢5V电源和地，引脚1是其输出引脚，与单片机的IO口相连。

当1838C检测到相应的红外遥控输入信号时，就会在其引脚1上输出一段连续脉冲信号。信号采用NEC编码，工作频率为38kHz。以0.565ms的高电平+0.565ms的低电平表示数据“0”，以0.565ms的高电平+1.685ms的低电平表示数据“1”。引导码为9ms高电平+4.5ms低电平。每帧的数据的格式是：引导码+8位地址码+8位地址反码+8位数据码+8位数据反码。

2）、 主控芯片（MCU）

主控制芯片可以有多种选择。具体地，选用STM32F103C8T6型单片机。

红外接收头1838C的数据输出口与单片机的IO口相连（PA10），并将PA10设置为单片机的外部中断引脚。当有外部中断到来时，首先判断是否是引导码，若是，则设置一个数组记录下32位的数据。由于不涉及多机红外通信，因此地址码和地址反码可以丢弃，直接读取数据码；数据反码用于校验数据码在传输过程中是否出错。

如果检测到约定的“开始校准”信号，单片机将启动相应程序。如果不是，则单片机不予理会，继续等待“开始校准”信号。

处理红外接收模块之外，单片机还与其他3部分。一是PWM驱动信号，通过电平转换芯片，驱动可控电压源（也即4个IGBT，也即 T1、T2、T3和T4）构成）；二是控制信号，使得开关KM1闭合，使采样电路上获得电压；三是SPI通信信号，接收数模转换模块 AD7888返回的电压数字量；

需要说明的是，单片机的电源、复位、晶振等为保证单片机正常工作的必要的元器件，为本领域技术人员公知，在图4中未画出。

3）、 控制信号control

单片机的某一个通用IO口（如PA11）的输出，作为控制信号control。PA11与通过电阻与三极管9013的基极相连，三极管9013的集电极与﹢5V电源直连，发射极与一个光耦（以TLP521为例）的1脚相连。光耦2脚接地，3脚接模拟地，4脚与额定电压12V的直流继电器线圈的“-”端相连，而直流继电器线圈的“﹢”端与﹢12V电源相连。

该部分的工作原理是，单片机的PA11脚设为通用输出，当其输出高电平时，即Control信号为1，三极管9013导通，光耦内部有光，光耦4脚与3脚导通，因此4脚也为地电位，﹢12V电源加在了直流继电器KM1线圈两端，从而使其常开触点KM1-NO闭合，可控电压源的电压加载到电容传感器（图4中的C）和取样电阻（图4中的R）上。

反之，如果单片机的PA11脚输出低电平时，即Control信号为0，三极管9013截止，光耦内部无光，光耦4脚与3脚不通，直流继电器线圈两端无电位差，其常开触点KM1-NO断开，可控电压源的电压与电容传感器和取样电阻断开。

4）、 可控电压源

可控电压源由单相全桥逆变电路组成，开关管可采用IKW20N60T型IGBT。直流侧可以采用蓄电池或者其他直流电源。

STM32F103C8T6型单片机的PA8和PB13，PA9和PB14分别各是一对互补的脉冲段度调制输出引脚（以下称PWM输出引脚）。由于STM32F103C8T6型单片机的输出引脚电平进3.3V，输出电流较小，因此要进行电平转换和功率放大。

电平转换采用SN74LVC4245转换芯片。该芯片是3.3V和5V专用转换芯片。单片机的PA8和PB13，PA9和PB14与该芯片的18-21脚直连，该芯片2脚接地，表示是将3.3V转换为5V，因此其3-6引脚电平逻辑与18-21脚一致，但高电平为5V。

由于针对可控电压源的开关管驱动，需要较大的驱动电流（功率），而这样的电流（功率）超出了SN74LVC4245转换芯片的输出能力，因此要进行功率放大。功率放大电路采用本领域技术人员所公知的方法，在此不再赘述。

4路PWM信号（图4中的PWM1、PWM2、PWM3和PWM4）再经过功率放大后，与4个IGBT（图4中的T1、T2、T3和T4））的驱动端口相连，将直流侧的蓄电池或者其他直流电源的直流电转换为相应的交流电。

优选地，还可以在交流电之后设置电容滤波，以滤除了其中的非工频高频分量。

5）、 电压检测

采样电阻两端与电压霍尔传感器直接相连。电压霍尔传感器的作用类似电压互感器，将高电压转换为低电压信号。其输出端与信号调制电路模块AD7888的输入端相连；而信号调制电路的输出端与模数转换模块的输入端相连。图4中，模数转换模块采用专用AD转换器AD7888。

信号调制电路的输出端与AD7888的5号引脚相连。而AD7888则通过串行外设SPI总线与单片机的SPI总线直接相连。具体接法是，AD7888的1，14，15，16引脚分别与STM32F103C8T6型单片机的PA7，PA6，PA5和PA4引脚相连。单片机通过SPI总线与AD7888通信，对AD7888的工作/停止状态进行控制，并获得检测电阻上的电压信号。

信号调制电路的目的，是将霍尔传感器的输出电压信号调制为AD7888等专用芯片能够接受的信号。原因是，电压霍尔的输出信号仍然是交流信号，而AD7888等芯片引脚不能承受负电平，因此要将霍尔传感器的输出电压信号增加一个直流偏置量。同时，还要将信号进行适当的等比例缩小，以保证最终进入AD7888模拟信号引脚电平不会超过其输入电平限制，确保芯片安全。信号调制电路采用本领域技术人员所公知的方法，在此不再赘述。

具体地，电压霍尔传感器本身可以将采样电阻上的实际电压转换为小电压信号。因此将其直接并联在采样电阻的两端，不需要额外设置隔离环节。

利用图4所示的自校准装置对电场测量设备进行自校准时的工作流程如下：

21）、 工作人员利用红外遥控单元产生红外信号，向自校准装置发送“开始校准”指令；

22）、红外接收模块接收到红外信号，向单片机发送相应的电脉冲信号；

23）、 单片机分析收到的电脉冲信号，确认是否是事先约定的“开始校准”指令，如不是，则继续等待；如是，则进行第24步的工作；

24）、 根据预先设定的电压数值，单片机在自身的PA8和PB13，PA9和PB14输出PWM信号，该信号经过电平转换和功率放大后，驱动电压源的4个开关管，使得可控电压源输出交流电压；

25）、 单片机延时预定时间，确保可控电压源上有稳定的电压输出后，再将自身控制信号置位（即PA11引脚置1），从而导通9013三极管和光耦，使得直流继电器线圈带电，使直流继电器常开触点闭合，可控电压源的电压被加载到采样电阻上；

26）、 电压霍尔传感器采集到的采样电阻两端的电压信号，经过信号调制电路，进入数模转换模块AD7888的输入端；

27）、 单片机通过SPI总线与AD7888通信，控制其进行多次采样，求其平均值，作为实际电压值；

28）、 对照预设的电压值与实际电压值，求得校准系数k；

29）、 通过串口或其他通信方式，将k的数值送给上位机（或进行其他处理）。

该自校准装置通过红外遥控，在工频电场测量设备的电容传感器后端的采样电阻两端直接加载校准电压，并通过加载不同数值的电压来模拟产生的电场强度，得到更准确的校准系数，解决了工频电场测量设备在现场校准困难而导致的测量结果准确性不足的问题，保证了工频电场测量实时测量数据的有效性。

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、CD-ROM、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。

以上已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的发明权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (4)

1.一种设置有自校准装置的电场测量设备，其特征在于，长期固定地设置在变电站附近，包括：

电容传感器；

采样电阻，其分别与电容传感器的两个极板相连；

信号处理电路，与采样电阻的两端相连，在测量空间电场强度时，用于确定采样电阻的两端的实际交流电压，所述信号处理电路是电场测量设备出厂时自带的；

电场强度确定单元，在测量空间电场强度时，用于根据所述实际交流电压和自校准装置生成的校准系数，确定所述电容传感器所在电场的强度；其中，所述电场强度确定单元是电场测量设备出厂时自带的，在开放给后续附加的自校准装置后，接受并使用自校准装置生成的校准系数；

作为向电场测量设备内增加的嵌入式设备，自校准装置包括：

电压霍尔传感器、信号调制电路和模数转换模块；所述信号调制电路分别与所述电压霍尔传感器和所述模数转换模块连接；

所述自校准装置还包括：

校准控制单元，用于根据校准计划，逐次确定校准电压；

可控电压源，用于输出与校准电压对应的交流电压；

与所述采样电阻串联的开关；

在自动校准时，

所述校准控制单元还用于生成校准开始指令及校准停止指令；

所述可控电压源响应于所述校准开始指令，输出与校准电压对应的交流电压；相应地，所述可控电压源响应于所述校准停止指令，输出零电压；

所述开关响应于所述校准开始指令，从断开切换为闭合；

相应地，所述开关响应于所述校准停止指令，从闭合切换为断开；

所述开关闭合时，将所述可控电压源输出的交流电压施加在采样电阻的两端；

所述电压霍尔传感器与所述采样电阻的两端连接，将采样电阻上的实际电压转换为小电压信号，并发送至所述信号调制电路；

所述模数转换模块用于将所述信号调制电路输出的模拟信号转换为数字信号；

校正系数更新单元，用于从所述模数转换模块获取该数字信号，处理为采样电阻的两端的实际交流电压；并根据采样电阻的两端的实际交流电压与校准控制单元确定的校准电压，更新校准系数；

校正系数传递单元，用于将校准系数发送至所述电场强度确定单元；

所述自校准装置还包括：

开关控制单元和光耦输出模块；

所述开关包括继电器线圈和继电器触点；所述继电器触点与所述采样电阻串联；

所述开关控制单元响应于所述校准开始指令，生成继电器线圈驱动信号，并经光耦输出模块驱动继电器线圈，使得继电器线圈得电，将所述继电器触点闭合；

所述开关控制单元响应于所述校准停止指令，生成继电器线圈驱动信号，并经光耦输出模块驱动继电器线圈，使得继电器线圈失电，将所述继电器触点断开；

在所述校准控制单元为红外遥控模块或物联网内的远程控制单元时，所述自校准装置还包括：

遥控指令接收模块和校准启停控制单元；

所述遥控指令接收模块响应于所述校准开始指令，生成校准开始信号；

所述校准启停控制单元根据所述校准开始信号，生成控制可控电压源开启的控制信号及控制开关控制单元开启的控制信号；

所述遥控指令接收模块响应于所述校准停止指令，生成校准停止信号；

所述校准启停控制单元根据所述校准停止信号，生成控制可控电压源停止的控制信号及控制开关控制单元停止的控制信号。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，

所述可控电压源包括直流侧、交流侧、逆变电路和驱动模块；

所述直流侧为直流电源；

所述交流侧与所述采样电阻的两端连接；

所述自校准装置还包括驱动控制信号生成模块；

所述驱动控制信号生成模块根据所述校准电压，生成驱动控制信号；

所述驱动模块响应于所述驱动控制信号，生成驱动信号；

所述逆变电路受控于所述驱动信号，在交流侧输出与校准电压对应的交流电压。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，

所述自校准装置还包括电平转换模块；

所述驱动模块为功率放大模块；

所述电平转换模块将所述驱动控制信号进行电平转换，得到转换后的驱动控制信号；

所述功率放大模块将所述转换后的驱动控制信号进行功率放大，得到驱动信号。

4.一种电场测量设备的自校准方法，其特征在于，所述电场测量设备设置有如权利要求1至3任一项所述的自校准装置，包括：

根据校准计划，确定校准电压，并控制可控电压源输出与校准电压对应的交流电压；

控制与采样电阻串联的开关闭合，将所述交流电压施加在采样电阻的两端；

从模数转换模块确定采样电阻两端的实际交流电压；

根据实际交流电压与校准电压，生成校准系数；

所述校准系数用于电场测量设备的电场强度确定单元根据其确定的实际交流电压和该校准系数，确定电场测量设备的电容传感器所在电场的强度。

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