[发明专利]基于共面传感单元的三维电场测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及电场检测领域，尤其涉及一种基于共面传感单元的三维电场测量方法。

背景技术

电场监测在气象、电网等领域具有重要应用。在气象领域，通过对地面局部大气电场监测，可以进行雷电云分布研究及雷电预警；对空中大气电场探测，可以反演云层电荷分布情况。由于空中大气电场的情况复杂，雷暴云电场受云中电荷分布的影响且随着云层的运动不断变化，呈现三维特性，并且电场仪在空中的位置难以固定。因此，空中电场强度需要采用三维电场仪进行测量。在电网领域，电场传感器可用于对电力设备周围电场的监测、绝缘子缺陷检测、输电线供电状态检测、覆冰厚度检测等。

现有的组合式三维电场传感器中的传感单元立体布置，导致体积大，并且对传感单元的位置精度要求高；而且，在以往的三维电场传感器中，待测电场的X、Y、Z三个分量存在难以消除的耦合干扰，影响了探测准确性。

发明内容

本发明提出了一种基于共面传感单元的三维电场测量方法，可实现电场三个分量的准确测量，结构简单，避免了测得的各分量之间的耦合干扰。

本发明的思想在于：三维电场传感器包括至少三个电场传感单元及对应的解调电路，所述电场传感单元以不共线的方式共面放置。首先通过三维标定，确定传感器相对于空间三维电场的耦合灵敏度系数矩阵。然后根据该灵敏度矩阵和各个传感单元的输出实时计算空间电场的三维分量。在实际测量电场时，电场耦合灵敏度系数矩阵是唯一的，该矩阵与三维电场传感器的外形、电场传感单元的数量以及安放位置有关，也与每个电场传感单元自身的感应灵敏度有关。在上述因素不变的情况下，传感器只需要标定一次。

根据本发明，一种基于共面传感单元的三维电场测量方法，其中在同一平面上布放至少三个不在同一直线上的电场传感单元以构成三维电场传感器，所述方法包括：

分别沿三维坐标系中彼此正交的三个方向对每个电场传感单元进行标定以计算每个电场传感单元相对于所述三个方向的灵敏度系数；

基于计算的灵敏度系数确定耦合灵敏度系数矩阵；

根据耦合灵敏度系数矩阵以及每个电场传感单元的输出值，计算待测电场的大小。

根据本发明的技术方案，利用多个电场传感单元共面布置，不仅结构简单，而且在耦合灵敏度系数中考虑其他方向电场对待测方向的耦合响应，并在反算过程中以消除。因此，可去除耦合以确保解调到的各分量的准确性。

附图说明

图1示出了根据本发明的共面式三维电场传感器的结构示意图；

图2示出了根据本发明的三维电场测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体说明本发明的具体实施例，其中以三维电场传感器包括三个电场传感单元为例进行说明。本领域技术人员可以理解，可以采用更多的电场传感单元以及其他位置布置来实施本发明的技术方案。

参见图1，根据本发明实施例的共面式三维电场传感器包括电场传感单元1、电场传感单元2、电场传感单元3和基板4。三维电场传感器的X轴与Y轴彼此正交，位于与基板4的平面平行的平面内，Z轴垂直于基板4的平面。例如，电场传感单元具体布置方式可以为：将电场传感单元2、电场传感单元3布置在三维电场传感器的X轴上，电场传感单元1布置在电场传感单元2与电场传感单元3的中垂线上。每个电场传感单元可以彼此相同或不同，可以是独立的MEMS电场传感器、场磨式电场传感器、电极式电场传感器、光纤式电场传感器等，也可以是包含其中多种电场传感器的传感单元。电场传感单元可以是封装或裸露的电场感应元件。三个电场传感单元可以通过胶粘、螺丝固定、接插件对接等方式连接到基板4上，同时，基板4上还包括与电场传感单元进行电气连接的基本电路与线路。基板4上还可以包括电场信号解调电路、无线通信模块以及供电电源等附加功能模块。

参见图2来描述根据本发明实施例的三维电场检测方法。