一種基于探針陣列的空間電荷密度測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量裝置，具體涉及一種基于探針陣列的空間電荷密度測量裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國地域遼闊，經(jīng)濟發(fā)展和資源分布極不均衡。隨著我國電力開發(fā)，西南地區(qū)將有 大量的電力需要遠距離輸送到華中、華東和華南，而采用直流輸電能夠有效地節(jié)約線路走 廊，有助于改善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、減少輸電瓶頸和實現(xiàn)大范圍的資源優(yōu)化配置，因此，建設(shè)直流輸 電工程是我國電力工業(yè)發(fā)展的必由之路。直流輸電工程由換流站、輸電線路和接地極組成， 這三部分的電磁環(huán)境是直流輸電工程設(shè)計、建設(shè)及運行中必須考慮的重大技術(shù)問題。
[0003] 空間電荷密度是考量電磁環(huán)境的重要組成部分之一，直流輸電線路運行時，導(dǎo)線 電暈產(chǎn)生的電荷會在空間擴散，因而空間中充滿帶電離子。再者，直流輸電線路的地面合成 電場有兩部分電荷產(chǎn)生。直流輸電線路導(dǎo)線上的電荷產(chǎn)生的電場稱為標稱電場，空間電荷 及離子產(chǎn)生的電場稱為離子流場，標稱電場與離子流場疊加形成合成電場。在多數(shù)研究中， 電場和離子水平被看成是相對不變的，但是由于天氣的影響，風(fēng)速、風(fēng)向的變化，導(dǎo)致直流 線路附近的電場強度、離子流密度和空間電荷分布不斷變化，空中電荷的積累會產(chǎn)生對地 的電位差，從而影響地面合成場強的大小。在導(dǎo)線電暈發(fā)展程度較為嚴重的情況下，空間電 荷的影響顯得尤為突出，地面合成電場的場強最大值可達標稱場強的2-3倍。為了控制地 面合成電場的大小，對空間電荷的測量不可或缺，但我國還不存在可適用于直流線路環(huán)境 的空間電荷密度測量儀器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于探針陣列的空間電荷密度測 量裝置，基于探針陣列，獲取空間電位，采用高斯定理計算出該空間的電荷密度，電位探針 采用感應(yīng)型或振動型，提高測量精度和裝置的穩(wěn)定性，能較好的用于復(fù)雜多變的環(huán)境。
[0005] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供一種基于探針陣列的空間電荷密度測量裝置，所述測量裝置包括傳感 單元、處理單元和底座；所述處理單元置于傳感單元下方且與底座相連。
[0007] 所述傳感單元采用探針陣列，所述探針陣列包括陣列框架和電位探針；
[0008] 所述探針陣列為四個長方體組合結(jié)構(gòu)，每個長方體頂點處設(shè)有電位探針，且每兩 個長方體結(jié)合的結(jié)點處共用電位探針，共18個電位探針；
[0009] 陣列框架為空心圓柱管，所述空心圓柱管內(nèi)部布置信號傳輸屏蔽線，電位探針測 量的空間電位通過信號傳輸屏蔽線傳輸給處理單元。
[0010] 所述電位探針采用感應(yīng)型電位探針或振動型電位探針。
[0011] 所述感應(yīng)型電位探針包括感應(yīng)球殼、金屬球和分壓電阻；
[0012] 所述金屬球位于感應(yīng)球殼的中心，所述分壓電阻位于信號傳輸屏蔽線上，且位于 空心圓柱管內(nèi)部；信號傳輸屏蔽線一端連接金屬球，另一端連接處理單元。
[0013] 所述振動型電位探針包括采集管、振動感應(yīng)片和預(yù)處理單元；
[0014] 振動感應(yīng)片和預(yù)處理單元均位于采集管內(nèi)，所述振動感應(yīng)片感應(yīng)采集管處的空間 電位，所述空間電位通過預(yù)處理單元進行放大處理后，傳輸給處理單元。
[0015] 所述處理單元包括屏蔽盒、信號調(diào)理電路、濾波電路、信號隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電 路、控制電路、顯示電路和通信電路；
[0016] 所述信號調(diào)理電路、濾波電路、信號隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電路和通信電路 均位于屏蔽盒內(nèi)部；
[0017] 所述電位探針測量的空間電位經(jīng)由信號傳輸屏蔽線輸入信號調(diào)理電路，依次通過 信號調(diào)理電路、濾波電路、信號隔離電路進行調(diào)理、濾波、隔離處理后，由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號，控制電路對數(shù)字信號進行處理后得到空間電荷密度，并將空間電荷密度發(fā)送 至顯示電路進行顯示，同時通過通信電路將空間電荷密度傳送至遠程上位機。
[0018] 所述處理單元包括信號調(diào)理電路、濾波電路、信號隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電 路、振動控制電路、顯示電路和通信電路；
[0019] 所述信號調(diào)理電路、濾波電路、信號隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電路、振動控制 電路和通信電路均位于屏蔽盒內(nèi)部；
[0020] 所述振動控制電路用于調(diào)節(jié)振動型電位探針的振動頻率，使振動感應(yīng)片的振動頻 率穩(wěn)定；
[0021] 所述電位探針測量的空間電位經(jīng)由信號傳輸屏蔽線輸入信號調(diào)理電路，依次通過 信號調(diào)理電路、濾波電路、信號隔離電路進行調(diào)理、濾波、隔離處理后，由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號，控制電路對數(shù)字信號進行處理后得到空間電荷密度，并將空間電荷密度通過 顯示電路進行顯示，同時通過通信電路將空間電荷密度傳送至遠程上位機。
[0022] 所述底座設(shè)有安裝孔，所述測量裝置通過安裝孔固定在垂直支撐桿上，所述垂直 支撐桿可在豎直方向上進行伸縮運動。
[0023] 所述垂直支撐桿與水平面上的導(dǎo)軌垂直設(shè)置，通過垂直支撐桿在導(dǎo)軌上的水平移 動帶動傳感單元的水平移動。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0025] 1)本發(fā)明基于探針陣列測量空間電位，其采用電位探針進行測量，穩(wěn)定性高、可靠 性強；
[0026] 2)本發(fā)明處理單元中的信號隔離電路減小信號受到外界環(huán)境的影響，使信號傳輸 更為穩(wěn)定；
[0027] 3)本發(fā)明獲取空間電荷密度采用高斯定理，并用數(shù)值積分方法求解離散情況下的 面積分，具有較高的計算精度；
[0028] 4)電位探針可根據(jù)測量需求進行拆卸或更換，陣列框架通過與垂直支撐桿、導(dǎo)軌 連接可實現(xiàn)其在空間中的移動，使測量更為靈活、方便；
[0029] 5)空間電荷密度可實時顯示和傳輸，便于數(shù)據(jù)收集和處理；
[0030] 6)本發(fā)明裝配簡便，能準確、可靠、穩(wěn)定地測量空間電荷密度，為高電壓環(huán)境下空 間電荷密度分析提供了有力的支持。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明實施例中感應(yīng)型電位探針的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖2是本發(fā)明實施例中振動型電位探針的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖3是本發(fā)明實施例中探針陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖中，1-感應(yīng)球殼，2-金屬球，3-空心圓柱管，4-分壓電阻，5-空間電荷感應(yīng)區(qū)， 6-采集管，7-振動感應(yīng)片，8-預(yù)處理單元，9-電位探針，10-陣列框架。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0036] 本發(fā)明提供一種基于探針陣列的空間電荷密度測量裝置，所述測量裝置包括傳感 單元、處理單元和底座；所述處理單元置于傳感單元下方且與底座相連。
[0037] 所述傳感單元采用探針陣列，所述探針陣列包括陣列框架10和電位探針9 ;
[0038] 所述探針陣列為四個長方體組合結(jié)構(gòu)，每個長方體頂點處設(shè)有電位探針9,且每兩 個長方體結(jié)合的結(jié)點處共用電位探針，共18個電位探針；
[0039] 陣列框架10為空心圓柱管，所述空心圓柱管內(nèi)部布置信號傳輸屏蔽線，電位探針 測量的空間電位通過信號傳輸屏蔽線傳輸給處理單元。
[0040] 所述電位探針9采用感應(yīng)型電位探針或振動型電位探針。
[0041] 所述感應(yīng)型電位探針包括感應(yīng)球殼1、金屬球2和分壓電阻4 ;
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