CN112305327B - 一种场磨式空域电场传感器装置及电场测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置及电场测量方法，包括：第一探测模块获取第一感应电流信号；第二探测模块获取第二感应电流信号；信号处理电路将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度。本发明的场磨式空域电场传感器采用了双探测模块，每个探测模块均包含了屏蔽片和感应片，而且保证屏蔽片和感应片均不接地，通过双探测模块得到两组直流电压信号，并利用两组直流电压信号计算所测量的合成电场强度，克服了原有的场磨式电场传感器测量空域电场的局限，实现了特高压直流输电线路下面的合成电场的可靠性测量。

Description

一种场磨式空域电场传感器装置及电场测量方法

技术领域

本发明涉及电场测量技术领域，并且更具体地，涉及一种场磨式空域电场传感器装置及电场测量方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，伴随着中国国民经济的飞速发展，我国的国民用电量需求也提升到了一个新的阶段，同时特高压的快速发展带来了巨大的挑战。

一方面是输电线路产生电晕放电时，会使得环境中的电场强度大大增加，电场强度会导致不良的生物效应和环境问题，引起了有关居民住宅附近的电场投诉和环保部门对在房顶边缘、阳台等电场存在的环境下进行工频电场测试和评估的诉求越来越多。空域电场测量的研究可为特高压直流输电线路和换流站直流带电设施空间电场的理论计算和分析提供实际测量数据，为进一步验证和优化输电线路和换流站空间电场的科学计算提供支撑，为系统化、定量化研究特高压直流输电线路和换流站电场的产生及控制提供基础条件。另一方面是伴随着我国低空空域的逐渐开放，低空域飞行器逐渐在农业、气象等各个社会领域应用越来越频繁，使得低空域飞行器碰撞高压输电线缆导致的低空飞行安全事故越来越多，严重威胁到了低空域通航安全。

与此同时，我国开放低空领域的和飞行器技术的发展，为高压线巡线方式由工程人员巡线过渡到飞行器自主巡线带来了新的机遇，目前仅使用飞行器所搭载的红外和图像传感器在复杂背景环境和复杂气象条件中较难实现对输电线路的精准辨识和避障，因此结合多传感器信息融合技术和智能导航技术，可有望实现基于输电线路空域电场特征的飞行器高自主性自动巡检技术，从而将极大提高输电线路运行检修的智能化和自动化水平，大幅提高线路运行检修效率。

目前的场磨式电场传感器在空间电荷的测量环境中表面会积累空间自由电荷从而产生一个附加的电场，这将会改变电场传感器的输出，导致测量结果的不准确，传统的场磨式电场传感器难以用于测量空间电场。

因此，需要一种能够准确测量空间电场强度的电场测试装置。

发明内容

本发明提出一种场磨式空域电场传感器装置及电场测量方法，以解决如何准确地测量空间电场强度的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置，所述装置包括：

第一探测模块，用于获取第一感应电流信号；

第二探测模块，用于获取第二感应电流信号；

信号处理电路，用于将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度。

优选地，其中所述信号处理电路，根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度，包括：

其中，E₁为合成电场强度；U₁为第一电压信号；U₂为第二电压信号；α为累积在第一探测模块和第二探测模块的屏蔽片上面的空间自由电荷所形成的附加电场的校准系数；n为每个探测模块上的屏蔽片和感应片上的扇形孔洞的个数；R1和r1分别为第一探测模块的屏蔽片和感应片的外圈半径和内圈半径；R2和r2分别为第二感器结构的屏蔽片和感应片的外圈半径和内圈半径；ω为每个探测模块上的电机转速；ε为介电常数；B为放大倍数。

优选地，其中所述第一探测模块和第二探测模块均包括：屏蔽片、感应片、光电码盘、光电开关管、电机轴、微型电机；

其中，对于每一个探测模块，屏蔽片、感应片和光电码盘均依次同轴设置在电机轴上，并且屏蔽片、感应片和光电码盘均与电机轴同轴设置；屏蔽片和感应片上设置有多个扇形孔洞，且两个屏蔽片的尺寸不同，两个感应片的尺寸相同；所述电机轴固定在所述微型电机上；电机轴上设置有一个小轴，屏蔽片和光电码盘固定小轴上；所述微型电机驱动所述小轴带动屏蔽片和光电码盘以预设的转速恒速转动，此时屏蔽片周期性地透过和屏蔽外电场，感应片感应外电场产生的交变感应电流，光电码盘周期性地遮挡光电开关管从而产生电压变化，在转动过程中光电开关管固定。

优选地，其中所述装置还包括：

电机控制电路，用于对光电开关管产生的电压进行整形，以获取预设阈值的电压脉冲波作为速度反馈信号，并根据所述速度反馈信号输出脉冲宽度调制PWM信号，以控制所述电机能够以预设的转速恒速转动。

优选地，其中所述信号处理电路，将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，包括：

分别对所述第一电流信号和第二电流信号依次进行交变电流I-V变化处理、放大处理、带通滤波处理、相敏检波处理和低通滤波处理，以获取所述第一电压信号和第二电压信号。

根据本发明的另一个方面，提供了一种直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置的电场测量方法，所述方法包括：

第一探测模块获取第一感应电流信号；

第二探测模块获取第二感应电流信号；

信号处理电路将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度。

优选地，其中所述信号处理电路根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度，包括：

其中，中，E₁为合成电场强度；U₁为第一电压信号；U₂为第二电压信号；α为累积在第一探测模块和第二探测模块的屏蔽片上面的空间自由电荷所形成的附加电场的校准系数；n为每个探测模块上的屏蔽片和感应片上的扇形孔洞的个数；R1和r1分别为第一探测模块的屏蔽片和感应片的外圈半径和内圈半径；R2和r2分别为第二感器结构的屏蔽片和感应片的外圈半径和内圈半径；ω为每个探测模块上的电机转速；ε为介电常数；B为放大倍数。

优选地，其中所述第一探测模块和第二探测模块均包括：屏蔽片、感应片、光电码盘、光电开关管、电机轴、微型电机；

其中，对于每一个探测模块，屏蔽片、感应片和光电码盘均依次同轴设置在电机轴上，并且屏蔽片、感应片和光电码盘均与电机轴同轴设置；屏蔽片和感应片上设置有多个扇形孔洞，且两个屏蔽片的尺寸不同，两个感应片的尺寸相同；所述电机轴固定在所述微型电机上；电机轴上设置有一个小轴，屏蔽片和光电码盘固定小轴上；所述微型电机驱动所述小轴带动屏蔽片和光电码盘以预设的转速恒速转动，此时屏蔽片周期性地透过和屏蔽外电场，感应片感应外电场产生的交变感应电流，光电码盘周期性地遮挡光电开关管从而产生电压变化，在转动过程中光电开关管固定。

优选地，其中所述方法还包括：

利用电机控制电路对光电开关管产生的电压进行整形，以获取预设阈值的电压脉冲波作为速度反馈信号，并根据所述速度反馈信号输出脉冲宽度调制PWM信号，以控制所述电机能够以预设的转速恒速转动。

优选地，其中，所述信号处理电路将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，包括：

分别对所述第一电流信号和第二电流信号依次进行交变电流I-V变化处理、放大处理、带通滤波处理、相敏检波处理和低通滤波处理，以获取所述第一电压信号和第二电压信号。

本发明提供了一种用于直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置及电场测量方法，包括：第一探测模块获取第一感应电流信号；第二探测模块获取第二感应电流信号；信号处理电路将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度。本发明的场磨式空域电场传感器采用了双探测模块，每个探测模块均包含了屏蔽片和感应片，而且保证屏蔽片和感应片均不接地，通过双探测模块得到两组直流电压信号，并利用两组直流电压信号计算所测量的合成电场强度，克服了原有的场磨式电场传感器测量空域电场的局限，实现了特高压直流输电线路下面的合成电场的可靠性测量。本发明可以广泛应用于共走廊架设的直流高压输电线缆和高压直流输电线路下面的标称电场和离子流电场的合成电场的测量中。

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为根据本发明实施方式的用于直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置100的结构示意图；

图2为场磨式电场传感器的测量原理图；

图3为根据本发明实施方式的场磨式电场传感器装置的结构示意图；

图4为根据本发明实施方式的场磨式电场传感器装置确定合成点成的流程图；

图5为根据本发明实施方式的确定校准系数的校准装置的示意图；

图6为根据本发明实施方式的直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置的电场测量方法600的流程图。

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其中，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。

图1为根据本发明实施方式的用于直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置100的结构示意图。如图1所示，本发明实施方式提供的用于直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置，采用了双探测模块，每个探测模块均包含了屏蔽片和感应片，而且保证屏蔽片和感应片均不接地，通过双探测模块得到两组直流电压信号，并利用两组直流电压信号计算所测量的合成电场强度，克服了原有的场磨式电场传感器测量空域电场的局限，实现了特高压直流输电线路下面的合成电场的可靠性测量。本发明可以广泛应用于共走廊架设的直流高压输电线缆和高压直流输电线路下面的标称电场和离子流电场的合成电场的测量中。本发明实施方式提供的用于直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置100，包括：第一探测模块101、第二探测模块102和信号处理电路103。

优选地，所述第一探测模块101，用于获取第一感应电流信号。

优选地，所述第二探测模块102，用于获取第二感应电流信号。

优选地，其中所述第一探测模块和第二探测模块均包括：屏蔽片、感应片、光电码盘、光电开关管、电机轴、微型电机；

其中，对于每一个探测模块，屏蔽片、感应片和光电码盘均依次同轴设置在电机轴上，并且屏蔽片、感应片和光电码盘均与电机轴同轴设置；屏蔽片和感应片上设置有多个扇形孔洞，且两个屏蔽片的尺寸不同，两个感应片的尺寸相同；所述电机轴固定在所述微型电机上；电机轴上设置有一个小轴，屏蔽片和光电码盘固定小轴上；所述微型电机驱动所述小轴带动屏蔽片和光电码盘以预设的转速恒速转动，此时屏蔽片周期性地透过和屏蔽外电场，感应片感应外电场产生的交变感应电流，光电码盘周期性地遮挡光电开关管从而产生电压变化，在转动过程中光电开关管固定。

优选地，其中所述装置还包括：

电机控制电路，用于对光电开关管产生的电压进行整形，以获取预设阈值的电压脉冲波作为速度反馈信号，并根据所述速度反馈信号输出脉冲宽度调制PWM信号，以控制所述电机能够以预设的转速恒速转动。

图2为场磨式电场传感器的测量原理图。如图2所示，包括屏蔽片1、感应片3、光电码盘4、微型电机5、光电开关管6和电机安装板7。其中，所述屏蔽片可以高速旋转；所述屏蔽片和感应片上有8个扇形孔洞；所述屏蔽片1和感应片完全重合时，感应片上没有感应电荷，也没有交变感应电流的产生；所述屏蔽片和感应片不完全重合时，感应片上可以感应到合成电场，在感应片上会产生感应电荷，从而产生交变感应电流。所述的感应片上产生的感应电荷的公式如下：

∑_sq＝ε₀(E₁+E₂)A，

其中，q代表感应片上产生的感应电荷的数量，A代表的是暴露在电场中的感应片的面积，ε₀代表的是空间介电常数，E₁代表的是由标称电场和离子流场形成的附加电场，E₂代表的是由累积在传感器屏蔽片上面的空间自由电荷所形成的附加电场。

所述的感应片上产生的感应交变电流公式为：

其中，n代表传感器的屏蔽片和感应片的洞孔个数，ω代表电机转速，R代表屏蔽片和感应片的外圈半径，r代表屏蔽片和感应片的内圈半径。

图3为根据本发明实施方式的场磨式电场传感器装置的结构示意图。如图3所示，本发明实施方式的空域式电场传感器包括两个探测模块，每个探测模块的电场感应结构是基于高斯定理的原理设计的，即暴露在电场中的金属面积发生变化，从而在金属上面产生感应电荷，继而产生感应电流，每个感应结构是由感应片和屏蔽片构成，这个感应结构固定在传感器的电机轴上面，位于传感器的上部。本发明实施方式的场磨式电场传感器包括两个探测模块，两个探测模块的结构相同。如图3所示，场磨式空域电场传感器包括第一组屏蔽片8、第二组屏蔽片9、第一组感应片10、第二组感应片11、光电码盘4、微型电机5、光电开关管6、电机安装板7、信号电路板12和电机轴13，其中电机轴13上设置有小轴(图中未示出)。

其中，两个屏蔽片是两个大小不同的圆形金属不锈钢片，屏蔽片上面开有8个扇形孔洞，屏蔽片固定在传感器的微电机轴上的小轴上，由电机带动小轴进而带动屏蔽片在电场中进行恒定转速的转动。两个感应片是两个大小相同的圆形金属不锈钢片，其材质和屏蔽片一样，其厚度和屏蔽片一样，其大小和较大尺寸的屏蔽片一样，感应片上面开有8个扇形孔洞，感应片被固定在PVC材料的绝缘垫圈上，不转动。PVC垫圈下方为盖片，盖片放置在电机芯上，其主要作用是防止沙尘进入电机轴与轴套的间隙，造成摩擦从而导致电机转动性能下降。所述屏蔽片和感应片完全重合时，由标称电场和离子流电场形成的合成电场被屏蔽片完全屏蔽掉，感应片上没有感应电荷，也没有交变感应电流的产生。所述屏蔽片和感应片不完全重合时，由标称电场和离子流电场形成的合成电场没有被屏蔽片完全屏蔽掉，感应片上可以感应到合成电场，在感应片上会产生感应电荷，从而产生交变感应电流。所述感应片固定不动，屏蔽片在电机的带动下以某一转速迅速转动，周期性地将感应片遮挡和暴露在合成电场中，所以感应片上会产生周期性的感应电荷，继而产生周期性的感应电流。屏蔽片和感应片之间的间距不应该过大，这是为了减小电场的边缘畸变效应。屏蔽片和感应片均没有接地，所以当传感器暴露在带有离子流的电场中时，传感器的屏蔽片上会积累空间自由电荷。

电机安装板通过螺钉安装在微型电机的电机芯上。电机芯为电机的安装提供支撑，与外壳间隙配合。电机芯下方为电路板。小轴固定在电机的上方，电机的轴向安装位置影响小轴的安装位置，小轴上固定着传感器的屏蔽片和光电码盘，并且小轴应尽量短，这样才能使得屏蔽片更加靠近感应片，使得两个片之间的间距较小，保证电场不会发生太多的畸变。微型电机是可拆卸的，当传感器在野外工作时，电机是较易损坏的零件，可拆卸性保证了电场传感器的维护方便。小轴和电机轴是同心的，这保证了小轴和屏蔽片的不偏心。

光电码盘固定在屏蔽片的下方，固定在小轴上，光电码盘和屏蔽片同时在电机的带动下以恒定的速度转动，导致光电码盘周期性地遮挡光电开关管从而产生电压变化。光电开关管是固定不动的，转动的是光电码盘。所述光电开关管，会产生电压变化，经过整形之后，进入电机转速控制电路从而控制电机以恒定速度转动。电机轴是用来连接电机和小轴的连接结构，当电机带动电机轴开始转动时，固定在带动电机轴上面的小轴以同样的速度转动，小轴上固定着电场传感器的屏蔽片。场磨式空域电场传感器的上盖固定在电机芯上面。上盖的作用是为了防止灰尘进入到传感器的电机轴和轴套之间的缝隙当中，造成摩擦而影响了电机的性能。场磨式空域电场传感器的绝缘垫圈固定在传感器的上盖上面。绝缘垫圈使用的材料为PVC材料。所述的绝缘垫圈上面固定的是传感器的感应片，保证感应片的不接地，同时绝缘PVC垫圈的厚度也决定了感应片和屏蔽片之间的间距，保证感应片和屏蔽片之间的间距较小能够保证电场的不畸变。

另外，在本发明的实施方其中，，在电机开始转动后，电机轴上的光电码盘与电机以相同的转速转动，周期性遮挡光电开关管，产生电压变化，经过整形后变成0-5V的脉冲波作为速度反馈，经过电机控制电路处理后输出PWM，最终将电机转速稳定在规定的误差范围。

优选地，所述信号处理电路103，用于将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度。

优选地，其中所述信号处理电路103，根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度，包括：

其中，E₁为合成电场强度；U₁为第一电压信号；U₂为第二电压信号；α为累积在第一探测模块和第二探测模块的屏蔽片上面的空间自由电荷所形成的附加电场的校准系数；n为每个探测模块上的屏蔽片和感应片上的扇形孔洞的个数；R1和r1分别为第一探测模块的屏蔽片和感应片的外圈半径和内圈半径；R2和r2分别为第二感器结构的屏蔽片和感应片的外圈半径和内圈半径；ω为每个探测模块上的电机转速；ε为介电常数；B为放大倍数。

优选地，其中所述信号处理电路，将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，包括：

分别对所述第一电流信号和第二电流信号依次进行交变电流I-V变化处理、放大处理、带通滤波处理、相敏检波处理和低通滤波处理，以获取所述第一电压信号和第二电压信号。

如图4所示，确定直流电压信号的过程包括：控制电机恒速转动，然后，电机带动电场感应装置的屏蔽片周期性遮挡感应片，形成频率和幅值稳定的感应电流，经电流-电压(I-V)变换后，输出电压信号。由于电压信号幅值很小，对信号进行放大，提高其信噪比，然后进行带通滤波，提取其中有用的频率，将其余频带的信号衰减直到满足精度为止，得到高信噪比的输出信号，得到两路经过处理之后的直流电压信号。在得到电压信号后，根据合成电场强度计算公式来确定合成电场强度。

本发明实施方式的场磨式空域电场传感器测量离子流场存在的情况下空域电场的方法的原理如下：

(1)场磨式空域电场传感器主要包含了感应片和屏蔽片形状相似连接在一起犹如螺旋桨的两组叶片。将场磨式空域电场传感器置于特高压直流输电线路下面，微型电机驱动传感器的感应结构运转，其中感应结构的感应片固定不动，感应结构的屏蔽片(动片)随着电机旋转，感应结构的感应片被未接地的传感器的屏蔽片周期性遮挡和曝露时，导致感应片曝露在电场中的面积在发生周期性变化，这就使得感应片上产生了周期变化的感应电荷，从而在感应片上产生了周期变化的感应交变电流。其中，转动时，光电码盘周期性遮挡和暴露光电开关管，向光电脉冲的形成电路发送光电参考信号，形成的光电参考信号为一个同步方波信号。

感应片上产生的感应交变电流公式如下：

其中，n代表传感器屏蔽片和感应片的洞孔个数，ω代表传感器的电机转速，R代表屏蔽片和感应片的外圈半径，r代表屏蔽片和感应片的内圈半径。

因此，若两组探测模块的感应结构的屏蔽片的外圈半径分别为R₁和R₂，两组感应结构的屏蔽片的内圈半径分别为r₁和r₂，则两组感应片上产生的感应交变电流的公式如下:

其中，i₁和i₂分别代表的是两组感应片上面产生的感应电流的大小；E₁为合成电场强度；E_2a为累积在第一探测模块的屏蔽片上面的空间自由电荷所形成的附加电场；E_2b为累积在第二探测模块的屏蔽片上面的空间自由电荷所形成的附加电场；n为每个探测模块上的屏蔽片和感应片上的扇形孔洞的个数；R1和r1分别为第一探测模块的屏蔽片和感应片的外圈半径和内圈半径；R2和r2分别为第二感器结构的屏蔽片和感应片的外圈半径和内圈半径；ω为每个探测模块上的电机转速；ε为介电常数。

(2)将得到的两组感应交变电流经过在经过前置放大电路进行电流—电压的转换、放大、滤波、同步、整流等环节后，就得到了符合要求的A/D转换电路的输入电压信号，最后得到两个直流电压输出信号。

其中，两组感应电流经过信号处理得到的两组直流电压的公式如下：

U₁＝Bi₁＝Bc₁(E₁+E_2a)，

U₂＝Bi₂＝Bc₂(E₁+E_2b)，

其中，U₁和U₂分别代表的是两组直流电压信号的大小，B为放大倍数。

(3)利用两组直流电压信号得到传感器要测量的合成电场值。测量的合成电场的计算公式如下：

其中，α为累积在第一探测模块和第二探测模块的屏蔽片上面的空间自由电荷所形成的附加电场的校准系数。

由于合成电场的大小和屏蔽片尺寸的大小没有关系，而屏蔽片上面累计电荷的多少会直接影响感应片上面测的电场(或者感应电流)的大小。所以可以假设得到累积电荷形成的电场的关系，然后对传感器在校准平台进行校准就可以得到传感器的两组屏蔽片上累积电荷形成的附加电场之间的关系，得到附加电场的校准系数。

在本发明中，利用如图5所述的校准装置确定校准系数。如图5所示，校准装置包括：高压直流电源14、高压直流电源15、数据采集卡16、威尔逊板17、第一组场磨式空域电场传感器18、第二组场磨式空域电场传感器19、电晕放电网20、高压上极板21、环氧树脂绝缘棒22、传感器无线终端23和接地下极板24。高压直流电源14用于电晕放电网20供电；高压直流电源15用于高压上极板21供电；电晕放电网20在加持直流高压电源14下，当电压达到某一固定的放电电压时，电晕放电网20可以发生电晕放电，从而产生空间自由电荷，形成离子流场；高压上极板21在加持直流高压电源15下，可以产生均匀的直流电场，从而在高压上极板21和接地下极板24之间产生标称电场；的威尔逊板17用来测量电晕放电网20和接地下极板24之间产生的离子流场的大小；

所述的数据采集卡16用来采集威尔逊板17的输出电压；传感器无线终端23是用来获取第一组场磨式空域电场传感器18和第二组场磨式空域电场传感器19的输出；接地下极板24是保证高压上极板21和接地下极板24之间产生标称电场、电晕放电网20和接地下极板24之间产生离子流场；环氧树脂绝缘棒22用于固定和绝缘电晕放电网20、高压上极板21和低压下极板24；第一组场磨式空域电场传感器18的第一组屏蔽片8上由空间自由电荷累积形成的附加电场的大小为E_2a；第二组场磨式空域电场传感器19的第二组屏蔽片9上由空间自由电荷累积形成的附加电场的大小为E_2b；第一组场磨式空域电场传感器18的第一组屏蔽片8和第二组场磨式空域电场传感器19的第二组屏蔽片9上的累积电荷形成的附加电场得到的校准系数α的公式为：

图6为根据本发明实施方式的直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置的电场测量方法600的流程图。如图6所示，本发明实施方式提供的直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置的电场测量方法600,从步骤601处开始，在步骤601第一探测模块获取第一感应电流信号。

在步骤602，第二探测模块获取第二感应电流信号。

优选地，其中所述第一探测模块和第二探测模块均包括：屏蔽片、感应片、光电码盘、光电开关管、电机轴、微型电机；

其中，对于每一个探测模块，屏蔽片、感应片和光电码盘均依次同轴设置在电机轴上，并且屏蔽片、感应片和光电码盘均与电机轴同轴设置；屏蔽片和感应片上设置有多个扇形孔洞，且两个屏蔽片的尺寸不同，两个感应片的尺寸相同；所述电机轴固定在所述微型电机上；电机轴上设置有一个小轴，屏蔽片和光电码盘固定小轴上；所述微型电机驱动所述小轴带动屏蔽片和光电码盘以预设的转速恒速转动，此时屏蔽片周期性地透过和屏蔽外电场，感应片感应外电场产生的交变感应电流，光电码盘周期性地遮挡光电开关管从而产生电压变化，在转动过程中光电开关管固定。

优选地，其中所述方法还包括：

利用电机控制电路对光电开关管产生的电压进行整形，以获取预设阈值的电压脉冲波作为速度反馈信号，并根据所述速度反馈信号输出脉冲宽度调制PWM信号，以控制所述电机能够以预设的转速恒速转动。

在步骤603，信号处理电路将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度。

优选地，其中所述信号处理电路根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度，包括：

其中，中，E₁为合成电场强度；U₁为第一电压信号；U₂为第二电压信号；α为累积在第一探测模块和第二探测模块的屏蔽片上面的空间自由电荷所形成的附加电场的校准系数；n为每个探测模块上的屏蔽片和感应片上的扇形孔洞的个数；R1和r1分别为第一探测模块的屏蔽片和感应片的外圈半径和内圈半径；R2和r2分别为第二感器结构的屏蔽片和感应片的外圈半径和内圈半径；ω为每个探测模块上的电机转速；ε为介电常数；B为放大倍数。

优选地，其中，所述信号处理电路将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，包括：

分别对所述第一电流信号和第二电流信号依次进行交变电流I-V变化处理、放大处理、带通滤波处理、相敏检波处理和低通滤波处理，以获取所述第一电压信号和第二电压信号。

本发明的实施例的直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置的电场测量方法600与本发明的另一个实施例的用于直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置100相对应，在此不再赘述。

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，正如附带的专利权利要求所限定的，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/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、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。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置，其特征在于，所述装置包括：

第一探测模块，用于获取第一感应电流信号；

第二探测模块，用于获取第二感应电流信号；

信号处理电路，用于将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度；

其中，所述信号处理电路，根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度，包括：

其中，E₁为合成电场强度；U₁为第一电压信号；U₂为第二电压信号；α为累积在第一探测模块和第二探测模块的屏蔽片上面的空间自由电荷所形成的附加电场的校准系数；n为每个探测模块上的屏蔽片和感应片上的扇形孔洞的个数；R1为第一探测模块的屏蔽片的外圈半径；r1为第一探测模块的感应片的内圈半径；R2为第二探测模块的屏蔽片的外圈半径；r2为第二探测模块的感应片的内圈半径；ω为每个探测模块上的电机转速；ε为介电常数；B为放大倍数；

其中，所述第一探测模块和第二探测模块均包括：屏蔽片、感应片、光电码盘、光电开关管、电机轴、微型电机；

其中，对于每一个探测模块，屏蔽片、感应片和光电码盘均依次同轴设置在电机轴上，并且屏蔽片、感应片和光电码盘均与电机轴同轴设置；屏蔽片和感应片上设置有多个扇形孔洞，且两个屏蔽片的尺寸不同，两个感应片的尺寸相同；所述电机轴固定在所述微型电机上；电机轴上设置有一个小轴，屏蔽片和光电码盘固定小轴上；所述微型电机驱动所述小轴带动屏蔽片和光电码盘以预设的转速恒速转动，此时屏蔽片周期性地透过和屏蔽外电场，感应片感应外电场产生的交变感应电流，光电码盘周期性地遮挡光电开关管从而产生电压变化，在转动过程中光电开关管固定。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

电机控制电路，用于对光电开关管产生的电压进行整形，以获取预设阈值的电压脉冲波作为速度反馈信号，并根据所述速度反馈信号输出脉冲宽度调制PWM信号，以控制所述电机能够以预设的转速恒速转动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理电路，将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，包括：

分别对所述第一感应 电流信号和第二感应 电流信号依次进行交变电流I-V变化处理、放大处理、带通滤波处理、相敏检波处理和低通滤波处理，以获取所述第一电压信号和第二电压信号。

4.一种直流输电环境的场磨式空域电场传感器装置的电场测量方法，其特征在于，所述方法包括：

第一探测模块获取第一感应电流信号；

第二探测模块获取第二感应电流信号；

信号处理电路将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度；

其中，所述信号处理电路根据所述第一电压信号和第二电压信号确定合成电场强度，包括：

其中， E₁为合成电场强度；U₁为第一电压信号；U₂为第二电压信号；α为累积在第一探测模块和第二探测模块的屏蔽片上面的空间自由电荷所形成的附加电场的校准系数；n为每个探测模块上的屏蔽片和感应片上的扇形孔洞的个数；R1为第一探测模块的屏蔽片的外圈半径；r1为第一探测模块的感应片的内圈半径；R2为第二探测模块的屏蔽片的外圈半径；r2为第二探测模块的感应片的内圈半径；ω为每个探测模块上的电机转速；ε为介电常数；B为放大倍数；

其中，所述第一探测模块和第二探测模块均包括：屏蔽片、感应片、光电码盘、光电开关管、电机轴、微型电机；

其中，对于每一个探测模块，屏蔽片、感应片和光电码盘均依次同轴设置在电机轴上，并且屏蔽片、感应片和光电码盘均与电机轴同轴设置；屏蔽片和感应片上设置有多个扇形孔洞，且两个屏蔽片的尺寸不同，两个感应片的尺寸相同；所述电机轴固定在所述微型电机上；电机轴上设置有一个小轴，屏蔽片和光电码盘固定小轴上；所述微型电机驱动所述小轴带动屏蔽片和光电码盘以预设的转速恒速转动，此时屏蔽片周期性地透过和屏蔽外电场，感应片感应外电场产生的交变感应电流，光电码盘周期性地遮挡光电开关管从而产生电压变化，在转动过程中光电开关管固定。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用电机控制电路对光电开关管产生的电压进行整形，以获取预设阈值的电压脉冲波作为速度反馈信号，并根据所述速度反馈信号输出脉冲宽度调制PWM信号，以控制所述电机能够以预设的转速恒速转动。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信号处理电路将所述第一感应电流信号和第二感应电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，包括：

分别对所述第一感应 电流信号和第二感应 电流信号依次进行交变电流I-V变化处理、放大处理、带通滤波处理、相敏检波处理和低通滤波处理，以获取所述第一电压信号和第二电压信号。

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