CN113295938A - 基于fft的图像显示的工频电场测量方法 - Google Patents

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CN113295938A CN202110565398.3A CN202110565398A CN113295938A CN 113295938 A CN113295938 A CN 113295938A CN 202110565398 A CN202110565398 A CN 202110565398A CN 113295938 A CN113295938 A CN 113295938A
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张思鲁豫
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Zhang Si Luyu
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Abstract

本发明公开了基于FFT的图像显示的工频电场测量方法，包括以下步骤：（1）将传感器输出的电场信号放大并偏置，由高速AD采样和高效的FFT算法，计算出电场信号的频谱；（2）通过工频频率求出电场信号对应的幅值，用于电场大小的计算，实现对电场测量；（3）AD采样获得的采样数据，用于电场椭圆的显示，用垂直方向（Z）和水平方向（Y）、垂直方向（Z）和水平方向（X）两个椭圆来表示。该电路的较常规工频电场测量仪器的显著优势在于，信号处理电路简单，仅需要放大偏置和数据采集电路，无需硬件滤波电路；由电路工作异常引入的直流偏置，包括放大器引入的直流偏置，通过FFT运算后，仅出现在频谱的直流分量中，不会影响到其余频率的幅值。

Description

基于FFT的图像显示的工频电场测量方法
技术领域
本发明涉及工频电场测量技术领域，具体为基于FFT的图像显示的工频电场测量方法。
背景技术
输电线路下方某一点的工频电场和磁场，是随时间变化的。在时域空间表现为该点的电场矢量随时间变化形成一个空间的椭圆。该椭圆可以通过垂直分量和两个水平分量（与线路导线垂直和平行）来表示。这样可以直观的展现该点的工频电场的随时间变化情况。 目前工频电场测量使用的是悬浮式探头的测量系统，通过测量空间某点电场水平方向（包括与线路垂直和平行）两个方向和垂直方向三个分量，通过有效值合成得到该点的电场大小，仪器只能显示该点的工频电场的数值，而不能直观显示电场椭圆变化情况。 工频电场测量仪器的工作原理是传感器输出的电场信号，经过放电、滤波等预处理后，进入检波（整流）电路，再经过平波、限幅等保护电路后，输出一个直流电平；进入AD电路；通过较低的AD采样率采样后，计算平均值，作为一次测量结果。仪器的电路原理图如附图2所示。 由于运算放大器热噪声产生的输出，同样将被检波电路检波输出，形成误差，导致测量结果产生偏离。其原因是，放大器直流偏置引起的直流偏置在现有的硬件电路和仅采用平均值算法的软件处理中无法去除。此外，由于电路对电场信号的整流和滤波，以及低频率的AD转换，使得仪器无法显示该点工频电场随时间变化的椭圆的形状。
发明内容
本发明的目的在于提供基于FFT的图像显示的工频电场测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于FFT的图像显示的工频电场测量方法，包括以下步骤： （1）将传感器输出的电场信号放大并偏置，由高速AD采样和高效的FFT算法，计算出电场信号的频谱； （2）通过工频频率求出电场信号对应的幅值，用于电场大小的计算，实现对电场测量； （3）AD采样获得的采样数据，用于电场椭圆的显示，用垂直方向（Z）和水平方向（Y）、垂直方向（Z）和水平方向（X）两个椭圆来表示。 进一步的，所述步骤（1）中，高速AD采样获得的采样数据，一方面用于FFT运算，通过工频频率实现电场测量；另一方面用于电场椭圆的显示，用垂直方向（Z）和水平方向（Y）、垂直方向（Z）和水平方向（X）两个椭圆来表示；显示方法为，显示屏的上部显示X/Y/Z三个方向分量和总量的电场数值，下方显示Z-Y,Z-X两个椭圆。 进一步的，所述步骤（2）中，工频频率设置为50Hz。 与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于FFT的图像显示的工频电场测量方法节省了滤波和平波电路，不仅简化硬件电路，降低成本和电路板的面积，降低测量仪器的体积，而且克服放大器工作条件变化引入的直流偏置对测量结果的影响。
附图说明
图1为本发明采用FFT的测量仪器电路原理示意图； 图2为工频电场测试仪器原理框图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合，进一步阐述本发明。 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。 请参阅图1，本发明提出基于FFT的图像显示的工频电场测量方法，包括以下步骤： （1）将传感器输出的电场信号放大并偏置，由高速AD采样和高效的FFT算法，计算出电场信号的频谱； （2）通过工频频率求出电场信号对应的幅值，用于电场大小的计算，实现对电场测量； （3）AD采样获得的采样数据，用于电场椭圆的显示，用垂直方向（Z）和水平方向（Y）、垂直方向（Z）和水平方向（X）两个椭圆来表示。 进一步的，所述步骤（1）中，高速AD采样获得的采样数据，一方面用于FFT运算，通过工频频率实现电场测量；另一方面用于电场椭圆的显示，用垂直方向（Z）和水平方向（Y）、垂直方向（Z）和水平方向（X）两个椭圆来表示；显示方法为，显示屏的上部显示X/Y/Z三个方向分量和总量的电场数值，下方显示Z-Y,Z-X两个椭圆。 进一步的，所述步骤（2）中，工频频率设置为50Hz。 以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (3)

1.基于FFT的图像显示的工频电场测量方法，包括以下步骤： （1）将传感器输出的电场信号放大并偏置，由高速AD采样和高效的FFT算法，计算出电场信号的频谱； （2）通过工频频率求出电场信号对应的幅值，用于电场大小的计算，实现对电场测量； （3）AD采样获得的采样数据，用于电场椭圆的显示，用垂直方向（Z）和水平方向（Y）、垂直方向（Z）和水平方向（X）两个椭圆来表示。
2.据权利要求1所述的基于FFT的图像显示的工频电场测量方法，其特征在于：所述步骤（1）中，高速AD采样获得的采样数据，一方面用于FFT运算，通过工频频率实现电场测量；另一方面用于电场椭圆的显示，用垂直方向（Z）和水平方向（Y）、垂直方向（Z）和水平方向（X）两个椭圆来表示；显示方法为，显示屏的上部显示X/Y/Z三个方向分量和总量的电场数值，下方显示Z-Y,Z-X两个椭圆。
3.据权利要求2所述的基于FFT的图像显示的工频电场测量方法，其特征在于：所述步骤（2）中，工频频率设置为50Hz。
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