CN206096275U - 一种用于含离子流直流电场测量的传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于含离子流直流电场测量的传感器装置，属于电力系统电磁环境监测领域。该测量装置由两个电位互相独立且绝缘隔离的传感器和，和由差分信号处理模块、无线信号传输模块及无线信号收发模块及无线供能模块组成的信号处理电路构成；其中，传感器与传感器用绝缘材料隔开，通过绝缘材料进行机械上的连接，以实现完全电位隔离，所述信号处理电路集成在PCB版上，分别与两个传感器电连接。本实用新型可便捷、有效、可靠地进行离子流场条件下的直流合成场强测量，可以为后续为输电线路防雷、故障定位和在线监测等过程提供更好的原始数据。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统电磁环境监测领域，特别涉及高压直流输电线路附近离子流场条件下的直流合成场强测量方案。
背景技术
电场的测量在电力系统中具有广泛的应用，但对于高压直流传输线下的离子流空间电场测量，常用的交流电场测量手段失效。在特高压直流输电线附近，由于空间离子流的存在，电场测量方式与交流输电线附近情况有所不同。当特高压直流输电线线路表面场强超过电晕起晕限值时，引发周围空气电离，相反极性带电粒子会被吸引进入输电线路形成电晕电流，相同极性带电粒子会沿着电场力方向逐渐向线路周围空间扩散，形成稳定的离子流，最终注入大地。在用介入式传感器测量直流电场合成场强时，空间电荷会在测量装置表面产生附着与积聚，引起原场畸变，同时改变待测场与测量装置内建场之间的关系，使得测量存在误差。直流输电线路附近的绝缘子闪络、击穿与线路金具电晕放电等现象会严重影响输电线路可靠性与周围电磁环境。
现阶段尚无较为有效的离子流场条件下直流合成电场的测量装置，大多使用接地分流离子流的方法排除离子流影响，不能使传感器实现浮地隔离电位测量，或者直接利用某高度下畸变场强与原场强几乎相等的规律来实现。总体来讲，现阶段离子流场环境下的电场测量方案大多需要接地，存在着测量空间上的限制。
实用新型内容
本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种用于含离子流直流电场测量的传感器装置；本实用新型可对直流合成场强能够被准确测量，为后续的数据分析提供了更为合理的数据支持。
本实用新型提出一种用于含离子流直流电场测量的传感器装置，主要针对高压直流输电线路附近离子流场存在时直流合成场强的测量；其特征在于,该测量装置由两个电位互相独立且绝缘隔离的传感器和，和由差分信号处理模块、无线信号传输模块及无线信号收发模块及无线供能模块组成的信号处理电路构成；其中，传感器与传感器用绝缘材料隔开，通过绝缘材料进行机械上的连接，以实现完全电位隔离，所述信号处理电路集成在PCB版上，分别与两个传感器电连接。
本实用新型的原理及特点：
在离子流场环境中，离子流在传感器外壳上产生充电过程，并引起传感器周围产生电荷空区，分析传感器的电场畸变量，据此本实用新型提出独立式双传感器测量方案用于离子流场中直流合成场强的测量，该方案不仅能应用于离子流场，也能应用于没有离子流的合成直流场中，且传感器的偏置角度不影响测量。在离子流场中，由于离子流会在电场力的作用下发生运动，在传感器外壳上积聚，从而导致测量误差甚至导致测量不可行，因而设计合理的封装结构并使用合适的信号处理方法才能使离子流场下的电场测量准确性得到保障。该装置通过差分的方法消除离子流对于电场测量的影响，使用该方案，无论是否在离子流场中都可以进行测量。
本实用新型的有益效果：
1.实现高压直流输电线附近直流合成场强的悬空测量。
2.传感器体积小、功耗低，能实现输电线路附近场强的长期在线监测，可用于防雷及故障预警。
附图说明
图1为本实用新型的含离子流直流电场测量的传感器装置结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提出的含离子流直流电场测量的传感器装置结合附图详细说明具体实施方式。
本实用新型的含离子流直流电场测量的传感器装置，针对离子流场环境下的直流合成场强测量提出了场强分量分析及场强分离方法，制造出相应的装置，使直流合成场强能够被准确测量：
本实用新型提出的含离子流直流电场测量的传感器装置，主要针对高压直流输电线路附近离子流场存在时直流合成场强的测量。其组成如图1所示,该测量装置由两个电位互相独立且绝缘隔离的传感器1和2，和由差分信号处理模块3、无线信号传输模块及无线信号收发模块及无线供能模块4组成的信号处理电路构成；其中，各器件的连接关系为：传感器1与传感器2完全电位隔离，用绝缘材料隔开，通过绝缘材料进行机械上的连接。信号处理电路集成在PCB版上，分别与两个传感器电连接。
本实用新型的上述方案中各部件的功能及具体实现方式说明如下：两个电位互相独立且绝缘隔离的传感器均由金属封装盒体及安装在盒体内的传感芯片组成，两个传感器1与2除传感器内部传感芯片a、b与封装顶板距离d不同的之外其他结构参数相同，金属封装盒体为高约1cm、半径6mm的圆柱形盒体，两个盒体的上下极板c、e和d、f均为金属，极板四周i、j及两盒体之间h用SiO2绝缘材料封装包裹。硅基传感器芯片a和传感器芯片b利用非绝缘材料分别固定在离盒体高度d1＝2mm、d2＝8mm上，采用Bonding的金属线或溅射金属形成的通道通过上极板与后端信号处理电路相连；传感器封装外壳所使用的绝缘材料为陶瓷材料；差分信号处理模块3利用共模差分电路、放大电路和电流电压转换电路，将传感器测量得到的原始测量信号转换为可观测的测量输出信号。所述信号收发模块和无线供能模块4使用射频供能方式，利用信号-能量复合传输模式，设计成微带天线，实现传感器的供能及信号传输
本装置的工作原理说明如下：
金属封装的独立电位复合式直流合成场强电场传感器在离子流环境下的介入测量时，传感器测量得到的目标值Ein可以分解成3个组成分量E0、E1和E2，其中E0代表传感器未放入空间电场时传感器所测点的原直流合成场强，E1代表因空间电荷对电场传感器充电而形成的积累电荷在传感器内腔产生的电场，E2代表因传感器介入测量而导致的原空间电场畸变而产生的电场。其中，E2贡献较小，本方法可认为单个金属封装独立电位电场传感器的测量值Ein仅由E0、E1构成。即Ein＝E0+E1；
两个电位互相独立且绝缘隔离的传感器1与2测量值均为Ein＝E0+E1，其中E0代表传感器未放入空间电场时传感器所测点的原直流合成场强，E1代表因空间电荷对电场传感器充电而形成的积累电荷在传感器内腔产生的电场。
两个传感器外壳因离子流充电而产生的积累电荷附加电场分别为E11和E12，当封装的外壳参数确定时，E11和E12随测量芯片距封装顶部外壳的垂直距离d改变，垂直距离d越大，因顶部金属极板充电产生的电场在测量芯片的测量分量E1值越小，即如果d2>d1。则数值上E12<E11。对于不同的芯片高度设置d1和d2，有E11＝λE12。λ与为所述测量装置结构参数有关。
Claims (3)
1.一种用于含离子流直流电场测量的传感器装置，主要针对高压直流输电线路附近离子流场存在时直流合成场强的测量，其特征在于,该测量装置由两个电位互相独立且绝缘隔离的传感器和，和由差分信号处理模块、无线信号传输模块及无线信号收发模块及无线供能模块组成的信号处理电路构成；其中，传感器与传感器用绝缘材料隔开，通过绝缘材料进行机械上的连接，以实现完全电位隔离，所述信号处理电路集成在PCB版上，分别与两个传感器电连接。
2.如权利要求1中所述的用于含离子流直流电场测量的传感器装置，其特征在于，所述两个传感器均由金属封装盒体及安装在盒体内的传感芯片组成，两个盒体的上下极板均为金属，极板四周及两盒体之间用绝缘材料封装包裹；每个传感器的传感器芯片与盒体上极板电连接，两个传感器的传感器芯片与盒体上极板距离分别为d1、d2，且d1≠d2。
3.如权利要求1所述的用于含离子流直流电场测量的传感器装置，其特征在于，所述无线供能模块使用射频供能方式，使用信号-能量复合传输方式。
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