CN115902432A - 一种微型电场传感器的电场测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统测量技术领域，公开一种微型电场传感器的电场测量方法及系统，所述方法，包括：在标准电场环境中对微型电场传感器进行标定测试，确定微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系；测量微型电场传感器放置在电场测量场景中进行使用时实际电场输出；根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值，结合现场校正系数，推算出待测电场大小。本发明采用微型电场传感器结构，具有体积小，功耗低，不需要与电力线路连接，为非侵入式电场测量方法，不易受到电力设备电压波动的干扰，克服了传统电力互感器绝缘难、体积大、安装结构复杂、容易磁饱和、铁磁谐振等问题，并且传统电力互感器为侵入式测量。

Description

一种微型电场传感器的电场测量方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统测量技术领域，特别涉及一种微型电场传感器的电场测量方法及系统。

背景技术

随着电力系统传输的电力容量不断增大，电网运行电压等级越来越高，传统的电力互感器在新的使用条件下暴露了绝缘难、体积大、安装结构复杂、容易磁饱和、铁磁谐振等局限性，不能适应电网数字化、网络化、集成化和智能化的发展趋势，难以满足现代化电网发展的应用要求。

寻求一种能够克服传统互感器劣势的测量方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型电场传感器的电场测量方法及系统，以解决克服传统互感器测量方法存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种微型电场传感器的电场测量方法，包括：

在标准电场环境中对微型电场传感器进行标定测试，确定微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数；

基于所述微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，测量微型电场传感器放置在电场测量场景中进行使用时实际电场输出U_i2＝(E_i2)；E_i2为微型电场传感器放置后测量位置处的电场；

根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值U_i2，结合现场校正系数k₁，推算出待测电场大小：E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)。

本发明进一步的改进在于：现场校正系数k₁通过以下步骤获得：

基于电场测量场景建立物理模型，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到测量位置处微型电场传感器放置前待测电场E_i1的函数关系E_i1＝f(h,l,r)·U_in，其中，l为高压线缆到微型电场传感器的垂直距离，h为高压线缆到微型电场传感器的水平距离，r为高压线缆根数；

将微型电场传感器放置到待测电场测量处，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到微型电场传感器放置后测量位置处的电场E_i2＝k₁f(h,l,r)·U_in，电场测量的现场校正系数k₁：k₁＝E_i2/E_i1。

本发明进一步的改进在于：根据高压线缆加载的i条导线施加电压值U_in，用麦克斯威系数法求出第i条高压线缆上的等效电荷Q_i，矩阵：

Q_i＝λ^-1U_in

λ为麦克斯威电位系数矩阵。

本发明进一步的改进在于：所述麦克斯威电位系数采用镜像法求得，所述镜像法具体包括：

假设高压线缆无限长并平行于地面，视地面为良导体，麦克斯威电位系数矩阵由下式求得：

这里，ε₀为真空介电常数，H_i为第i根高压线缆的对地高度；R_eqi高压线缆的等效半径，D_ij和D′_ij分别为高压线缆i到高压线缆j和镜像高压线缆j′的距离；λ_ii和λ_ij是电位系数矩阵，构成了λ矩阵的内容。

本发明进一步的改进在于：微型电场传感器放置位置的电场强度为：

标称电场强度大小及方向为：

这里，ε₀为真空介电常数，x,y为微型电场传感器所在位置的坐标；X_i，Y_i为高压线缆i位置的坐标；r为高压线缆的总数量。

第二发明，本发明提供一种微型电场传感器的电场测量系统，包括：

标定模块，用于在标准电场环境中对微型电场传感器进行标定测试，确定微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，U＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数；

测量模块，用于基于所述微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，测量微型电场传感器放置在电场测量场景中进行使用时实际电场输出U_i2＝f(E_i2)；E_i2为微型电场传感器放置后测量位置处的电场；

推算模块，用于根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值U_i2，结合现场校正系数k₁，推算出待测电场大小：E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)。

本发明进一步的改进在于：现场校正系数k₁通过以下步骤获得：

基于电场测量场景建立物理模型，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到测量位置处微型电场传感器放置前待测电场E_i1的函数关系E_i1＝f(h,l,r)·U_in，其中，l为高压线缆到微型电场传感器的垂直距离，h为高压线缆到微型电场传感器的水平距离，r为高压线缆根数；

将微型电场传感器放置到待测电场测量处，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到微型电场传感器放置后测量位置处的电场E_i2＝₁f(h,l,r)·U_in，电场测量的现场校正系数k₁：k₁＝E_i2/E_i1。

本发明进一步的改进在于：根据高压线缆加载的i条导线施加电压值U_in，用麦克斯威系数法求出第i条高压线缆上的等效电荷Q_i，矩阵：

Q_i＝^-1U_in

λ为麦克斯威电位系数矩阵。

本发明进一步的改进在于：所述麦克斯威电位系数采用镜像法求得，所述镜像法具体包括：

假设高压线缆无限长并平行于地面，视地面为良导体，麦克斯威电位系数矩阵由下式求得：

这里，ε₀为真空介电常数，H_i为第i根高压线缆的对地高度；R_eqi高压线缆的等效半径，D_ij和D′_ij分别为高压线缆i到高压线缆j和镜像高压线缆j′的距离；λ_ii和λ_ij是电位系数矩阵，构成了λ矩阵的内容。

本发明进一步的改进在于：微型电场传感器放置位置的电场强度为：

标称电场强度大小及方向为：

这里，ε₀为真空介电常数，x,y为微型电场传感器所在位置的坐标；X_i，Y_i为高压线缆i位置的坐标；r为高压线缆的总数量。

本发明提供一种微型电场传感器的电场测量方法，包括：基于电场测量场景建立物理模型，采用有限元仿真、电荷等效理论分析方法得到测量位置处待测电场与设备带电电压、位置结构参数之间的函数关系，据此计算微型电场传感器的现场校正系数；微型电场传感器的外部感应电极结构暴露在电场环境中，结合标准电场标定设备，获得微型电场传感器标定函数；根据微型电场传感器的输出值，结合传感器标定函数和现场校正系数，可以推算出待测电场大小，实现对电力应用场景的电场测量。

本发明提供一种微型电场传感器的电场测量方法，包括：

(1)、首先获得得到测量位置处微型电场传感器放置前待测电场与设备带电电压、位置结构参数之间的函数关系：采用有限元仿真、电荷等效理论分析方法，计算传感器放置位置处的待测电场与传感器放置位置距离电力线缆的水平距离l，垂直距离h，输电线上加载的电压值U_in，输电线的布线数量r有关，根据这些参数可得到待测电场与电力线缆加载电压之间的函数关系：E_i1＝(h,l,r)·U_in

(2)、计算微型电场传感器放置后测量位置处的电场：E_i2＝₁f(h,l,r)·U_in；

(3)、据步骤(1)和(2)计算微型电场传感器引入前后电场测量的现场校正系数k₁：k₁＝_i2/_i1；

(4)、结合标准电场标定设备获得微型电场传感器标定函数：微型电场传感器实际应用前，在标准电场标定装置中进行标定测试，确定其输出信号U与标准被测电场E之间的关系，调整标准电场E的变化，即可确定传感器校准曲线参数k₀，b₀，即可获得微型电场传感器的标定函数：U＝f(E)＝k₀E+b₀；

(5)、将传感器放置在电场被测位置处，获得微型电场传感器的输出值U_i2；

(6)、结合传感器标定函数和现场校正系数，可以推算出待测电场大小E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)，从而实现对电力应用场景的电场测量，其中Ei1即为反演出的传感器测量位置处待测电场。

本发明中，当微型电场传感器的放置位置、测量场景和测量环境发生变化时，通过对相应参数进行调整，并修正函数关系，确定现场校正系数k₁。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现所述的一种微型电场传感器的电场测量方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现所述的一种微型电场传感器的电场测量方法。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种微型电场传感器的电场测量方法及系统，所述方法包括：在标准电场环境中对微型电场传感器进行标定测试，确定微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，U＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数；测量微型电场传感器放置在电场测量场景中进行使用时实际电场输出U_i2＝f(E_i2)；E_i2为微型电场传感器放置后测量位置处的电场；根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值U_i2，结合现场校正系数k₁，推算出待测电场大小：E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)。本发明的电场测量方法采用微型电场传感器结构，具有体积小，功耗低，不需要与电力线路连接，为非侵入式电场测量方法，不易受到电力设备电压波动的干扰，克服了传统电力互感器绝缘难、体积大、安装结构复杂、容易磁饱和、铁磁谐振等问题。本发明电场测量方法中，较传统电场传感器，本发明公开的微型电场传感器整体可以放置在标准电场标定装置中标定，可以获得更准确的电场标定曲线，从而获得更准确的现场校正系数，有利于消除传感器放置后引入的电场测量误差。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的微型电场传感器的电场测量方法应用场景示意图；

图2为计算等效电荷所采用的镜像法示意图；

图3为微型电场传感器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的微型电场传感器的电场测量方法原理图；

图5为本发明一种微型电场传感器的电场测量方法的流程示意图；

图6为本发明一种微型电场传感器的电场测量系统的结构框图；

图7为本发明一种电子设备的结构框图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

大量研究证实，输电线路在周围环境中产生的电场随着输电线上电压的变化而同步发生变化，源与场之间存在着显著的正相关性，因此可以通过建立场-源物理模型，由在输电线下测量得到的电场数据反演逆推得到输电线上电压。输电线周围空间电场的测量不需要与输电线进行连接，因此可以达到非接触式测量的效果。另外与传统互感器相比，采用微型电场传感器的电场测量方法，可以很大程度的减小传感器的体积和功耗，并能够避免输电线路出现暂态故障时发生高频谐振。此外，电场测量具有较强的抗环境影响能力。因此，本发明提出了一种基于微型电场传感器的电场测量方法。

随着电力系统传输的电力容量不断增大，电网运行电压等级越来越高，现代化电网面向智能化、微型化、集成化方面的发展趋势，急需新型的电力设备测量技术和测量方法。微型电场传感器具有体积小、功耗低、易于安装和集成等方面的优势，采用微型电场传感器进行电场测量具有非常好的应用前景。

本发明提出一种微型电场传感器的电场测量方法，基于电场测量场景建立物理模型，采用有限元仿真、电荷等效理论分析的方法得到测量位置处微型电场传感器放置前待测电场与设备带电电压、位置结构参数之间的函数关系；并计算微型电场传感器放置后测量位置处的电场，据此计算微型电场传感器引入前后电场测量的现场校正系数；结合标准电场标定设备获得微型电场传感器标定函数；根据微型电场传感器的输出值，结合传感器标定函数和现场校正系数，可以推算出待测电场大小，实现对电力应用场景的电场测量。下面通过具体实施例进行说明。

实施例1

请参阅图1所示，示意性示出了本实施例提供的微型电场传感器的电场测量方法应用场景图。

其中高压线缆到微型电场传感器的垂直距离l和高压线缆到微型电场传感器的水平距离h可根据微型电场传感器放置位置的坐标获取。高压线缆具有r根，线缆的编号为i…j。

根据高压线缆加载的i条导线施加电压值U_in，用麦克斯威系数法求出第i条高压线缆上的等效电荷Q_i，矩阵：

Q_i＝^-1U_in

λ为麦克斯威电位系数矩阵，采用镜像法求得。

本发明进一步的改进在于：所述镜像法具体包括：

如图2所示，假设高压线缆无限长并平行于地面，视地面为良导体，麦克斯威电位系数矩阵由下式求得：

这里，ε₀为真空介电常数，H_i为第i根高压线缆的对地高度；R_eqi高压线缆的等效半径，D_ij和D′_ij分别为高压线缆i到高压线缆j和镜像高压线缆j′的距离；λ_ii和λ_ij是电位系数矩阵，构成了λ矩阵的内容。

本发明进一步的改进在于：微型电场传感器放置位置的电场强度为：

标称电场强度大小及方向为：

这里，ε₀为真空介电常数，x,y为微型电场传感器所在位置的坐标；X_i，Y_i为高压线缆i位置的坐标；r为高压线缆的总数量。

因此可采用有限元仿真、电荷等效理论分析的方法得到微型电场传感器放置位置处的电场强度。通过有限元仿真计算，微型电场传感器放置前，该位置的电场为：E_i1＝(h,l,r)·U_in，微型电场传感器放置后测量位置处的电场：E_i2＝k₁f(h,l,r)·U_in；则现场校正系数k₁＝E_i2/E_i1。

图3为微型电场传感器的外部感应电极结构。微型电场传感器1通过信号引线10连接外部感应电极结构11；微型电场传感器1的输出与其暴露在电场环境中的外部感应电极结构11的面积有关，外部感应电极结构11采用金属结构，将外部感应电极结构11放置在标准电场环境中进行标定测试，从而确定其输出电压U与标准电场E之间的关系，即为微型电场传感器的标准电场环境标定函数：U＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数。

图4示意性示出了本实施例提供的微型电场传感器的电场测量方法结构图；如图4所示，本发明提供一种微型电场传感器的电场测量方法，包括：

微型电场传感器在进行使用前，在标准电场环境中进行标定测试，从而确定其输出电压U与标准电场E之间的关系，即为微型电场传感器的标准电场环境标定函数：U＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数。

测量微型电场传感器放置在电场测量场景中进行使用时实际电场输出U_i2＝f(E_i2)。

根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值U_i2，结合现场校正系数k₁，推算出待测电场大小：E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)，从而实现对电力应用场景的电场测量。

另外，当微型电场传感器的放置位置、测量场景和测量环境发生变化时，通过对相应参数进行调整，并修正函数关系，进行现场校正系数的推算。

本实施例提供的微型电场传感器的电场测量方法，简单便捷，测量误差小，测量范围大，局限性小。本发明有利于微型电场传感器在电力物联网以及智能电网中的广泛应用，为传感器的电场测量方法提供建议和思路。

本发明一种微型电场传感器的电场测量方法，包括：基于电场测量场景建立物理模型，采用有限元仿真、电荷等效理论分析方法的方法得到测量位置处微型电场传感器放置前待测电场与设备带电电压、位置结构参数之间的函数关系，其中，该函数关系的可变参量为微型电场传感器放置位置与输电线之间的水平距离，垂直距离，高压线缆上加载的电压值，高压线缆的布线数量等；

基于所述的测量场景建立的物理模型，将微型电场传感器放置到标准电场环境中，采用试验的方法得到微型电场传感器放置后测量位置处的电场，据此计算微型电场传感器的电场标定系数；

基于所述的微型电场传感器，微型电场传感器的输出与其暴露在电场环境中的外部感应电极结构面积有关，该电极结构采用金属结构，将其暴露在电场测量环境中。

基于所述的微型电场传感器，采用静电感应方式，传感器外部感应电极置于待测电场中，感应电极产生与待测电场成比例关系的感应电流信号，采用信号处理电路对该电流信号进行处理，输出对应的电压信号，从而可得到其输出电压和输入电场的函数关系；

基于所述的微型电场传感器，将其放置在标准电场环境中进行标定，获得标定函数，结合现场校正系数，可以推算出待测电场大小，实现对电力应用场景的电场测量。

在一具体实施方式中，所述的电场测量场景建立物理模型确定的函数关系中，待测电场与传感器放置位置距离电力线缆的水平距离l，垂直距离h，输电线上加载的电压值U_in，输电线的布线数量r有关，根据这些参数采用有限元仿真、电荷等效理论分析方法的方法得到待测电场与高压线缆加载电压之间的函数关系：E_i1＝(h,l,r)·U_in。

在一具体实施方式中，所述的电场测量场景建立物理模型，将微型电场传感器放置到待测电场测量处，采用有限元仿真、电荷等效理论分析方法，计算微型电场传感器放置后测量位置处的电场：W_i2＝₁f(h,l,r)·U_in，据此计算微型电场传感器引入前后电场测量的现场校正系数k₁：k₁＝_i2/_i1。

在一具体实施方式中，所述的微型电场传感器具有独立的外部感应电极结构，采用金属结构，暴露在电场测量环境中。在标准电场环境中进行标定测试，从而确定其输出电压U与标准电场E之间的关系，即为微型电场传感器的标准电场环境标定函数：U＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数。

在一具体实施方式中，微型电场传感器放置在电场测量场景中实际电场输出为：U_i2＝f(E_i2)。

在一具体实施方式中，根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值，和传感器在标准电场环境中的标定参数k₀，b₀，微型电场传感器引入后电场测量值为：E_i2＝k₀ ^-1(U_i2-b₀)，结合现场校正系数，由k₁＝E_i2/E_i1，从而可以推算出待测电场大小：E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)，从而实现对电力应用场景的电场测量。

实施例2

请参阅图5所示，本发明提供一种微型电场传感器的电场测量方法，包括：

S1、在标准电场环境中对微型电场传感器进行标定测试，确定微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，U＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数；

S2、基于所述微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，测量微型电场传感器放置在电场测量场景中进行使用时实际电场输出U_i2＝f(E_i2)；E_i2为微型电场传感器放置后测量位置处的电场；

S3、根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值u_i2，结合现场校正系数k₁，推算出待测电场大小：E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)。

在一具体实施方式中，现场校正系数k₁通过以下步骤获得：

基于电场测量场景建立物理模型，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到测量位置处微型电场传感器放置前待测电场E_i1的函数关系E_i1＝f(h,l,r)·U_in，其中，l为高压线缆到微型电场传感器的垂直距离，h为高压线缆到微型电场传感器的水平距离，r为高压线缆根数；

将微型电场传感器放置到待测电场测量处，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到微型电场传感器放置后测量位置处的电场E_i2＝₁f(h,l,r)·U_in，电场测量的现场校正系数k₁：k₁＝_i2/_i1。

在一具体实施方式中，根据高压线缆加载的电压值U_in，用麦克斯威系数法求出高压线缆上的等效电荷Q_i：

Q_i＝^-1U_in

λ为麦克斯威电位系数。

在一具体实施方式中，所述麦克斯威电位系数采用镜像法求得，所述镜像法具体包括：

假设高压线缆无限长并平行于地面，视地面为良导体，麦克斯威电位系数矩阵由下式求得：

ε₀为真空介电常数，H_i为第i根高压线缆的对地高度；R_eqi高压线缆的等效半径，D_ij和D′_ij分别为高压线缆i到高压线缆j和镜像高压线缆j′的距离；λ_ii和λ_ij是电位系数矩阵，构成了λ矩阵的内容。

在一具体实施方式中，微型电场传感器放置位置的电场强度为：

标称电场强度大小及方向为：

ε₀为真空介电常数，x,y为微型电场传感器所在位置的坐标；X_i，Y_i为高压线缆i位置的坐标；r为高压线缆的总数量。

实施例3

请参阅图6所示，本发明提供一种微型电场传感器的电场测量系统，包括：

标定模块，用于在标准电场环境中对微型电场传感器进行标定测试，确定微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，U＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数；

测量模块，用于基于所述微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，测量微型电场传感器放置在电场测量场景中进行使用时实际电场输出U_i2＝f(E_i2)；E_i2为微型电场传感器放置后测量位置处的电场；

推算模块，用于根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值U_i2，结合现场校正系数k₁，推算出待测电场大小：E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)。

在一具体实施方式中，现场校正系数k₁通过以下步骤获得：

基于电场测量场景建立物理模型，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到测量位置处微型电场传感器放置前待测电场E_i1的函数关系E_i1＝f(h,l,r)·U_in，其中，l为高压线缆到微型电场传感器的垂直距离，h为高压线缆到微型电场传感器的水平距离，r为高压线缆根数；

将微型电场传感器放置到待测电场测量处，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到微型电场传感器放置后测量位置处的电场E_i2＝k₁f(h,l,r)·U_in，电场测量的现场校正系数k₁：k₁＝E_i2/E_i1。

在一具体实施方式中，根据高压线缆加载的电压值U_in，用麦克斯威系数法求出高压线缆上的等效电荷Q_i：

Q_i＝^-1U_in

λ为麦克斯威电位系数。

在一具体实施方式中，所述麦克斯威电位系数采用镜像法求得，所述镜像法具体包括：

假设高压线缆无限长并平行于地面，视地面为良导体，麦克斯威电位系数矩阵由下式求得：

ε₀为真空介电常数，H_i为第i根高压线缆的对地高度；R_eqi高压线缆的等效半径，D_ij和D′_ij分别为高压线缆i到高压线缆j和镜像高压线缆j′的距离；λ_ii和λ_ij是电位系数矩阵，构成了λ矩阵的内容。

在一具体实施方式中，微型电场传感器放置位置的电场强度为：

标称电场强度大小及方向为：

ε₀为真空介电常数，x,y为微型电场传感器所在位置的坐标；X_i，Y_i为高压线缆i位置的坐标；r为高压线缆的总数量。

实施例4

请参阅图7所示，本发明还提供一种实现一种微型电场传感器的电场测量方法的电子设备100；所述电子设备100包括存储器101、至少一个处理器102、存储在所述存储器101中并可在所述至少一个处理器102上运行的计算机程序103及至少一条通讯总线104。

存储器101可用于存储所述计算机程序103，所述处理器102通过运行或执行存储在所述存储器101内的计算机程序，以及调用存储在存储器101内的数据，实现实施例1或2所述的一种微型电场传感器的电场测量方法的步骤。所述存储器101可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据电子设备100的使用所创建的数据(比如音频数据)等。此外，存储器101可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。

所述至少一个处理器102可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器102可以是微处理器或者该处理器102也可以是任何常规的处理器等，所述处理器102是所述电子设备100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备100的各个部分。

所述电子设备100中的所述存储器101存储多个指令以实现一种微型电场传感器的电场测量方法，所述处理器102可执行所述多个指令从而实现：

在标准电场环境中对微型电场传感器进行标定测试，确定微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数；

基于所述微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，测量微型电场传感器放置在电场测量场景中进行使用时实际电场输出U_i2＝(E_i2)；E_i2为微型电场传感器放置后测量位置处的电场；

根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值U_i2，结合现场校正系数k₁，推算出待测电场大小：E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)。

实施例5

所述电子设备100集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器及只读存储器(ROM，Read-Only Memory)。

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。

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 (10)

1.一种微型电场传感器的电场测量方法，其特征在于，包括：

在标准电场环境中对微型电场传感器进行标定测试，确定微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，U＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数；

基于所述微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，测量微型电场传感器放置在电场测量场景中进行使用时实际电场输出U_i2＝f(E_i2)；E_i2为微型电场传感器放置后测量位置处的电场；

根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值U_i2，结合现场校正系数k₁，推算出待测电场大小：E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)。

2.根据权利要求1所述的一种微型电场传感器的电场测量方法，其特征在于，现场校正系数k₁通过以下步骤获得：

基于电场测量场景建立物理模型，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到测量位置处微型电场传感器放置前待测电场E_i1的函数关系E_i1＝f(h,l,r)·U_in，其中，l为高压线缆到微型电场传感器的垂直距离，h为高压线缆到微型电场传感器的水平距离，r为高压线缆根数；

将微型电场传感器放置到待测电场测量处，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到微型电场传感器放置后测量位置处的电场E_i2＝k₁f(h,l,r)·U_in，由此可以得到电场测量的现场校正系数k₁：k₁＝E_i2/E_i1。

3.根据权利要求2所述的一种微型电场传感器的电场测量方法，其特征在于，根据高压线缆加载的电压值U_in，用麦克斯威系数法求出高压线缆上的等效电荷Q_i：

Q_i＝λ^-1U_in

λ为麦克斯威电位系数。

4.根据权利要求3所述的一种微型电场传感器的电场测量方法，其特征在于，所述麦克斯威电位系数采用镜像法求得，所述镜像法具体包括：

假设高压线缆无限长并平行于地面，视地面为良导体，麦克斯威电位系数矩阵由下式求得：

ε₀为真空介电常数，H_i为第i根高压线缆的对地高度；R_eqi高压线缆的等效半径，D_ij和D′_ij分别为高压线缆i到高压线缆j和镜像高压线缆j′的距离；λ_ii和λ_ij是电位系数矩阵，构成了λ矩阵的内容。

5.根据权利要求4所述的一种微型电场传感器的电场测量方法，其特征在于，微型电场传感器放置位置的电场强度为：

标称电场强度大小及方向为：

ε₀为真空介电常数，x,y为微型电场传感器所在位置的坐标；X_i，Y_i为高压线缆i位置的坐标；r为高压线缆的总数量。

6.一种微型电场传感器的电场测量系统，其特征在于，包括：

标定模块，用于在标准电场环境中对微型电场传感器进行标定测试，确定微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，U＝f(E)＝k₀E+b₀，其中k₀，b₀为标定参数；

测量模块，用于基于所述微型电场传感器输出电压U与标准电场的电场强度E之间的关系，测量微型电场传感器放置在电场测量场景中进行使用时实际电场输出U_i2＝f(E_i2)；E_i2为微型电场传感器放置后测量位置处的电场；

推算模块，用于根据微型电场传感器在电场测量场景中实际电场输出值U_i2，结合现场校正系数k₁，推算出待测电场大小：E_i1＝k₀ ^-1k₁ ^-1(U_i2-b₀)。

7.根据权利要求6所述的一种微型电场传感器的电场测量系统，其特征在于，现场校正系数k₁通过以下步骤获得：

基于电场测量场景建立物理模型，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到测量位置处微型电场传感器放置前待测电场E_i1的函数关系E_i1＝f(h,l,r)·U_in，其中，l为高压线缆到微型电场传感器的垂直距离，h为高压线缆到微型电场传感器的水平距离，r为高压线缆根数；

将微型电场传感器放置到待测电场测量处，采用有限元仿真或电荷等效理论分析方法得到微型电场传感器放置后测量位置处的电场E_i2＝k₁f(h,l,r)·U_in，电场测量的现场校正系数k₁：k₁＝E_i2/E_i1。

8.根据权利要求7所述的一种微型电场传感器的电场测量系统，其特征在于，根据高压线缆加载的电压值U_in，用麦克斯威系数法求出高压线缆上的等效电荷Q_i：

Q_i＝λ^-1U_in

λ为麦克斯威电位系数。

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现如权利要求1至5中任意一项所述的一种微型电场传感器的电场测量方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现如权利要求1至5中任意一项所述的一种微型电场传感器的电场测量方法。

Images