[發明專利]一種寬頻域的瞬態空間電場測量系統及方法

有效

• 申請號: 201711385330.7
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN107918062B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 滕子涵;趙軍;張建功;干喆淵;張業茂;路遙;劉興發;周兵;倪園;謝輝春;李妮;王延召;劉健犇
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網有限公司;國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G01R29/14
• 分類號: G01R29/14
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理有限公司 11266
• 代理人: 郭一斐

本發明公開了一種寬頻域的瞬態空間電場測量系統及方法，所述系統包括雙平板電極傳感器、前端信號處理單元、信號采集記錄單元以及傳輸單元；所述雙平板電極傳感器置于瞬態空間電場中進行傳感，將瞬態空間電場信號轉化為可測量的電壓信號；所述前端信號處理單元用于將傳感器輸入的可測量的電壓信號進行處理和調控，優化輸出的電壓信號波形；所述信號采集記錄單元用于采集并記錄前端信號處理單元輸出的電壓信號，并根據采集的電壓信號計算得到瞬態電場信號；所述傳輸單元用于將前端信號處理單元轉化的電壓信號傳輸至信號采集記錄單元，實現遠距離測量；所述系統及方法不需要進行微分運算的功能，從而拓寬了可測電場頻率的下限。

技術領域

本發明涉及電場測量領域，更具體地，涉及一種寬頻域的瞬態空間電場測量系統及方法。

背景技術

對于瞬態空間電場測量，包括基于電學方法和基于光學方法的兩類測量方法；對于電場的100kV/m的幅值，電學和光學兩類方法通常都可以滿足，但是實現準直流到GHz頻率范圍的電場測量，不論使用電學方法還是光學方法難度均較大；

基于電學方法的電場傳感器通常采用平板電極或電偶極子天線，兩者的高頻響應均可達GHz，但都難以覆蓋到低頻乃至準直流頻率范圍。平板電極傳感器在很寬的頻譜內測量電場時，輸出為電場的微分信號，需要連接積分器，得到時域電場響應，但由于涉及電場的微分，低頻時傳感器輸出幅值小，信噪比低，系統低頻響應不好；此外，電偶極子天線在低頻時響應小，也難以得到理想的低頻響應；

光學方法的原理包括基于介質吸收損耗變化和基于介質折射率變化兩類。基于介質吸收損耗變化的光學方法根據其具體運用的效應不同分為基于電致吸收效應和基于電致變色效應兩種，基于介質折射率變化的光學方法根據其具體運用的效應不同分為基于克爾效應和基于泡克爾斯效應兩種。但基于電致吸收效應的電場傳感器對原場干擾大；基于電致變色效應的電場傳感器動態響應差；基于克爾效應的電場傳感器靈敏度低；基于光學泡克爾斯效應的電場傳感器雖然測量帶寬沒問題，但是測量對溫度、濕度太敏感，測量穩定性差；這些都不滿足瞬態電場的測量要求。

因此，目前現有的電場測量系統均不能滿足對從準直流到GHz寬頻域變化范圍的瞬態空間電場的準確測量要求。

發明內容

為了解決背景技術存在的現有電場測量系統不能滿足從準直流到GHz寬頻域變化范圍的瞬態空間電場的準確測量問題，本發明提供了一種寬頻域的瞬態空間電場測量系統及方法，所述方法及系統采用基于平板電極的電學測量方法，對測量系統前端處理電路結構進行改變并對電場探頭結構做出優化，實現了基于平板電極的電學測量方法在測量準直流至GHz頻率范圍電場時不需要進行微分運算的功能，從而拓寬了可測電場頻率的下限，而且彌補了基于平板電極的電學測量方法在低頻段測量時信噪比低、系統響應不好、得到所測信號困難的問題；所述一種寬頻域的瞬態空間電場測量系統包括：

雙平板電極傳感器，所述雙平板電極傳感器包括相互平行的上平板電極以及下平板電極，所述上平板電極的輸出端與前端信號處理單元的輸入端相連，所述下極板電極接地；所述雙平板電極傳感器將瞬態空間電場信號轉化為電壓信號；所述雙平板電極傳感器置于瞬態空間電場中；

前端信號處理單元，所述前端信號處理單元包括反饋模塊和運算放大器電路，所述反饋模塊用于設置截止頻率的參數值；所述前端信號處理單元用于對雙平板電極傳感器輸入的未經處理優化的電壓信號轉化為信號采集記錄單元可測量的電壓信號；

信號采集記錄單元，所述信號采集記錄單元用于采集并記錄前端信號處理單元輸出的電壓信號；信號采集記錄單元用于根據采集的電壓信號計算得到瞬態電場信號；

進一步的，所述雙平板電極傳感器的上平板電極以及下平板電極均呈中心對稱且對稱軸共線，所述上平板電極的輸出端設置于上平板電極的對稱中心，所述上平板電極的輸出端與前端信號處理單元的輸入端通過對稱無感導線相連；所述對稱無感導線根據其無感特性消除線路中的振蕩，減少電磁耦合干擾；