[發明專利]一種數字式電場傳感器

有效

• 申請號: 201610028627.7
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105676008B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 趙錄興;崔勇;陸家榆;鞠勇;袁海文;吳桂芳;謝莉;劉元慶;呂建勛;陳凱
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院;國家電網公司;北京航空航天大學
• 主分類號: G01R29/14
• 分類號: G01R29/14
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種數字式電場傳感器，其特征在于，所述電場傳感器包括電場感應系統、參考信號產生系統、被測信號輸入通道、參考信號輸入通道和微處理模塊；其中：

電場感應系統，其輸出端與被測信號輸入通道相連，用于測量高壓直流輸電線路下的合成電場，并將所述合成電場轉化為頻率和幅值穩定的感應電流m(t)后傳輸給所述被測信號輸入通道；

參考信號產生系統，其輸出端與參考信號輸入通道相連，用于產生與所述感應電流m(t)同頻同相的方波信號作為參考信號r(t)，并將所述參考信號r(t)傳輸給參考信號輸入通道；

被測信號輸入通道，其輸出端與微處理模塊相連，用于將所述感應電流m(t)進行放大、濾波和AD采樣后，輸出離散序列m(k)給所述微處理模塊；

參考信號輸入通道，其輸出端與微處理模塊相連，用于對所述參考信號r(t)進行AD采樣后，輸出同步參考信號序列s(k)給所述微處理模塊；

微處理模塊，用兩個相敏檢波器對離散序列m(k)和同步參考信號序列s(k)進行相敏檢波后，計算高壓直流輸電線路下合成電場的幅值和相位；

所述微處理模塊包括移相器、第一相敏檢波器、第二相敏檢波器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、電場幅值計算模塊和電場方向計算模塊；所述參考信號輸入通道的輸出端分別連接所述移相器的輸入端和所述第一相敏檢波器的輸入端；所述被測信號輸入通道的輸出端分別連接所述第一相敏檢波器的另一輸入端和所述第二相敏檢波器的輸入端；所述移相器的輸出端連接所述第二相敏檢波器的另一輸入端；所述第一相敏檢波器的輸出端連接所述第一低通濾波器的輸入端；所述第二相敏檢波器的輸出端連接所述第二低通濾波器的輸入端；所述第一低通濾波器的輸出端和所述第二低通濾波器的輸出端均分別連接所述電場幅值計算模塊的輸入端和所述電場方向計算模塊的輸入端；

所述移相器將所述參考信號輸入通道輸出的同步參考信號序列s(k)移動90度相位角，形成正交參考序列c(k)后輸出給所述第二相敏檢波器；

所述第一相敏檢波器將離散序列m(k)與所述同步參考信號序列s(k)做乘法運算，得到在時間域離散的數字信號I(k)并輸出給所述第一低通濾波器,I(k)＝m(k)*s(k)；

所述第二相敏檢波器將離散序列m(k)與所述正交參考序列c(k)做乘法運算，得到在時間域離散的數字信號Q(k)并輸出給所述第二低通濾波器,Q(k)＝m(k)*c(k)；

所述第一低通濾波器濾除數字信號I(k)中的高次諧波干擾后，將保留下來的直流分量X(k)分別輸出給所述電場幅值計算模塊和所述電場方向計算模塊；

所述第二低通濾波器濾除數字信號Q(k)中的高次諧波干擾后，將保留下來的直流分量Y(k)分別輸出給所述電場幅值計算模塊和所述電場方向計算模塊；

所述電場幅值計算模塊用如下公式(1)計算高壓直流輸電線路下合成電場的幅值

其中V_r為參考信號產生系統所產生的方波信號的幅值；

所述電場方向計算模塊用如下公式(2)計算高壓直流輸電線路下合成電場的相位φ：

2.根據權利要求1所述的一種數字式電場傳感器，其特征在于：

所述電場傳感器還包括無線射頻模塊，所述無線射頻模塊的輸入端與所述微處理模塊相連，用于將所述高壓直流輸電線路下合成電場的幅值和相位實時發送給上位機進行顯示。

3.根據權利要求1所述的一種數字式電場傳感器，其特征在于：

所述電場感應系統包括電動機和依次安裝在所述電動機電機軸上的光電碼盤、感應葉片和屏蔽葉片；

所述屏蔽葉片跟隨所述電機軸做周期旋轉，對固定不動的所述感應葉片上的電場進行周期性屏蔽；所述感應葉片產生頻率和幅值穩定的感應電流m(t)，傳輸給所述被測信號輸入通道。

4.根據權利要求3所述的一種數字式電場傳感器，其特征在于：

所述參考信號產生系統包括安裝所述光電碼盤上的光電開關和連接所述光電開關輸出端的整形電路，所述整形電路與所述參考信號輸入通道相連；

所述光電碼盤跟隨所述電機軸旋轉；所述光電開關產生脈沖信號，通過脈沖信號檢測所述光電碼盤的轉動速度，并通過所述整形電路產生標準方波信號r(t)作為參考信號傳輸給所述參考信號輸入通道。