[发明专利]一种数字式电场传感器

权利要求书

1.一种数字式电场传感器，其特征在于，所述电场传感器包括电场感应系统、参考信号产生系统、被测信号输入通道、参考信号输入通道和微处理模块；其中：

电场感应系统，其输出端与被测信号输入通道相连，用于测量高压直流输电线路下的合成电场，并将所述合成电场转化为频率和幅值稳定的感应电流m(t)后传输给所述被测信号输入通道；

参考信号产生系统，其输出端与参考信号输入通道相连，用于产生与所述感应电流m(t)同频同相的方波信号作为参考信号r(t)，并将所述参考信号r(t)传输给参考信号输入通道；

被测信号输入通道，其输出端与微处理模块相连，用于将所述感应电流m(t)进行放大、滤波和AD采样后，输出离散序列m(k)给所述微处理模块；

参考信号输入通道，其输出端与微处理模块相连，用于对所述参考信号r(t)进行AD采样后，输出同步参考信号序列s(k)给所述微处理模块；

微处理模块，用两个相敏检波器对离散序列m(k)和同步参考信号序列s(k)进行相敏检波后，计算高压直流输电线路下合成电场的幅值和相位；

所述微处理模块包括移相器、第一相敏检波器、第二相敏检波器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、电场幅值计算模块和电场方向计算模块；所述参考信号输入通道的输出端分别连接所述移相器的输入端和所述第一相敏检波器的输入端；所述被测信号输入通道的输出端分别连接所述第一相敏检波器的另一输入端和所述第二相敏检波器的输入端；所述移相器的输出端连接所述第二相敏检波器的另一输入端；所述第一相敏检波器的输出端连接所述第一低通滤波器的输入端；所述第二相敏检波器的输出端连接所述第二低通滤波器的输入端；所述第一低通滤波器的输出端和所述第二低通滤波器的输出端均分别连接所述电场幅值计算模块的输入端和所述电场方向计算模块的输入端；

所述移相器将所述参考信号输入通道输出的同步参考信号序列s(k)移动90度相位角，形成正交参考序列c(k)后输出给所述第二相敏检波器；

所述第一相敏检波器将离散序列m(k)与所述同步参考信号序列s(k)做乘法运算，得到在时间域离散的数字信号I(k)并输出给所述第一低通滤波器,I(k)＝m(k)*s(k)；

所述第二相敏检波器将离散序列m(k)与所述正交参考序列c(k)做乘法运算，得到在时间域离散的数字信号Q(k)并输出给所述第二低通滤波器,Q(k)＝m(k)*c(k)；

所述第一低通滤波器滤除数字信号I(k)中的高次谐波干扰后，将保留下来的直流分量X(k)分别输出给所述电场幅值计算模块和所述电场方向计算模块；

所述第二低通滤波器滤除数字信号Q(k)中的高次谐波干扰后，将保留下来的直流分量Y(k)分别输出给所述电场幅值计算模块和所述电场方向计算模块；

所述电场幅值计算模块用如下公式(1)计算高压直流输电线路下合成电场的幅值

其中V_r为参考信号产生系统所产生的方波信号的幅值；

所述电场方向计算模块用如下公式(2)计算高压直流输电线路下合成电场的相位φ：

2.根据权利要求1所述的一种数字式电场传感器，其特征在于：

所述电场传感器还包括无线射频模块，所述无线射频模块的输入端与所述微处理模块相连，用于将所述高压直流输电线路下合成电场的幅值和相位实时发送给上位机进行显示。

3.根据权利要求1所述的一种数字式电场传感器，其特征在于：

所述电场感应系统包括电动机和依次安装在所述电动机电机轴上的光电码盘、感应叶片和屏蔽叶片；

所述屏蔽叶片跟随所述电机轴做周期旋转，对固定不动的所述感应叶片上的电场进行周期性屏蔽；所述感应叶片产生频率和幅值稳定的感应电流m(t)，传输给所述被测信号输入通道。

4.根据权利要求3所述的一种数字式电场传感器，其特征在于：

所述参考信号产生系统包括安装所述光电码盘上的光电开关和连接所述光电开关输出端的整形电路，所述整形电路与所述参考信号输入通道相连；

所述光电码盘跟随所述电机轴旋转；所述光电开关产生脉冲信号，通过脉冲信号检测所述光电码盘的转动速度，并通过所述整形电路产生标准方波信号r(t)作为参考信号传输给所述参考信号输入通道。