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全天候工頻電場測量裝置制造方法
【專利摘要】全天候工頻電場測量裝置，包括至少一只工頻電場探頭單元、一個支架、一個手持機，探頭單元由支架支撐，手持機與工頻電場探頭單元連接，其特征在于：工頻電場探頭單元的傳感器為單極接地型電容耦合式傳感器，采用物理雙層結構，或采用單面環(huán)形結構,傳感器輸出信號處理電路采用高輸入阻抗同相放大電路；物理雙層結構的單極接地型電容耦合式傳感器的上層輸出端與高輸入阻抗同相放大電路的信號輸入端連接，下層輸出端與大地直接連接；單面環(huán)形結構的單極接地型電容耦合式傳感器的單面環(huán)形層輸出端與高輸入阻抗同相放大電路的信號輸入端連接，對大地形成電容耦合式傳感器。本實用新型能便捷、有效、準確，比現(xiàn)有去濕防潮方法設備簡單，使用方便。
【專利說明】 全天候工頻電場測量裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于交流輸變電工程電磁環(huán)境領域，具體地講是一種可全天候條件下使用的工頻電場測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]工頻電場是交流輸電線路和變電站的主要電磁環(huán)境參數(shù)，是衡量工程是否滿足環(huán)境保護要求的重要參數(shù)。隨著人們環(huán)保意識的增強和我國對輸變電工程環(huán)境影響評價工作的開展，對工頻電場的監(jiān)測已成為一項重要工作。
[0003]工頻電場是由交流輸電變電工程中帶電導體所帶電荷形成的一種50Hz交變的準靜電場。目前，國內外通行的測量儀器的原理是采用雙極板懸浮體電容耦合式傳感器感應電場，如圖1所示。這種傳感器兩個極板均對地懸浮，后續(xù)電路采用差分方式處理傳感器輸出信號，通過測量電容片件的感應電流從而計算得到相關電場強度值。由于兩個極板均對地懸浮，這類儀器在校準、測量過程中，必須采用絕緣支架支撐在距離地面一定高度處。我國電磁環(huán)境影響評價、竣工環(huán)境保護驗收工作中的工頻電場測試，科研單位進行的科研工作中的測試，均采用的是絕緣支架支撐的懸浮型測量儀器，支撐高度一般為1.5m。該類儀器的使用具有較為嚴格的測試環(huán)境要求，如測試方法和測量儀器要求儀器在相對濕度小于80%以下工作。在高濕度環(huán)境下，測量儀器表面形成水膜以及電容片極板間易形成極大的泄漏電流，從而使測得的感應電流值充斥虛假成分而不可信，高濕度環(huán)境下測得的工頻電場強度值大大偏高。而在實際使用中，由于現(xiàn)場條件的限制，很多監(jiān)測者在雨后、小雨中或是相對濕度較大的情況下進行測試，導致測量結果偏離正常范圍，引起不必要的誤解甚至是糾紛。由于工頻電場強度測量的特殊性，場源與測量儀器探頭間不能有任何的屏蔽物，故現(xiàn)有的測量儀器無法在高濕度條件下準確測量工頻電場強度。
[0004]中國授權發(fā)明專利“201110147606.4 一種適用于高濕度環(huán)境下測量工頻電場強度的方法”介紹了一種適用于高濕度環(huán)境下工頻電場強度的測量方法，該方法為下述步驟:(I)增設除濕裝置，軟管連接現(xiàn)有工頻電場強度測量儀器；(2)提供干燥風源；(3)利用干燥風吹向上述工頻電場強度測量儀器的探頭將其封閉；(4)啟動工頻電場強度測量儀器實施高濕度環(huán)境下的工頻電場強度測量。本方法所增設的除濕裝置匹配多種高濕度環(huán)境下工作的其它儀器，從而可使這些儀器不受環(huán)境因素的制約而能夠照常工作，保證高濕度環(huán)境下工頻電場強度測量值的準確性，投資少，操作方便，效率高。
[0005]中國授權實用新型專利“201120184551.X濕度影響消除裝置”介紹了一種濕度影響消除裝置，由工頻電場強度測試探頭(I)、真空泵(2)、去濕機(3)、數(shù)顯式溫濕度計(4)通過軟管(5)依次串聯(lián)組成。其中工頻電場強度測試探頭(I)開有進風口(11)、出風口
(12)，通過軟管(5)與真空泵(2)、去濕機(3)連接。本裝置的工頻電場強度測量探頭濕度可控，可避免高濕度環(huán)境下探頭內部電容片極板間形成泄漏電流；能消除濕度對工頻電場測量探頭的干擾，保證工頻電場強度測量值的準確性；裝置設計輕巧，攜帶方便，操作簡單，投資少，成本低，可匹配多種高濕度環(huán)境下工作的其它儀器，使之不受環(huán)境因素的制約照常工作。
[0006]為解決溫濕度對前述懸浮體測量儀器使用的影響，有必要從探頭和測量電路兩方面入手，采取技術措施解決相對濕度對工頻電場測量結果的影響。

【發(fā)明內容】

[0007]本實用新型的目的是提供一種全天候工頻電場測量裝置，消除現(xiàn)有雙極板懸浮體電容耦合式傳感器測量儀器在相對濕度較大、雨天時出現(xiàn)的測量數(shù)值超出正常值的現(xiàn)象，實現(xiàn)工頻電場的全天候測量。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案是:全天候工頻電場測量裝置，包括至少一只工頻電場探頭單元、一個支架、一個手持機，探頭單元由支架支撐，手持機與工頻電場探頭單元連接，其特征在于:工頻電場探頭單元的傳感器為單極接地型電容稱合式傳感器，采用物理雙層結構(平行板或球形結構)，或采用單面環(huán)形結構，傳感器輸出信號處理電路采用高輸入阻抗同相放大電路；物理雙層結構的單極接地型電容耦合式傳感器的上層輸出端與高輸入阻抗同相放大電路的信號輸入端連接，下層輸出端與大地直接連接；單面環(huán)形結構的單極接地型電容耦合式傳感器的單面環(huán)形層輸出端與高輸入阻抗同相放大電路的信號輸入端連接，對大地形成電容耦合式傳感器。
[0009]由于采用了單極接地型電容耦合式傳感器和高輸入阻抗同相放大電路，避免了雙極板懸浮體電容耦合式傳感器在高濕度環(huán)境下，測量儀器表面形成水膜以及電容片極板間易形成的極大泄漏電流，從而使測得的感應電流值充斥虛假成分而不可信的問題。
[0010]如上所述的全天候工頻電場測量裝置，其特征在于:單極接地型電容耦合式傳感器的下層輸出端和高輸入阻抗同相放大電路的接地通過非絕緣支架實現(xiàn)。
[0011]采用本實用新型的工頻電場測量系統(tǒng)，能便捷、有效、準確地測量交流輸變電工程的電場的大小，為交流輸變電工程環(huán)境評價、研究輸電線路電磁環(huán)境水平等提供了科學數(shù)據(jù)監(jiān)測依據(jù)，比現(xiàn)有去濕防潮方法設備簡單，使用方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是現(xiàn)有工頻電場測量裝置傳感器示意圖。
[0013]圖2A-圖2C是本實用新型的工頻電場測量系統(tǒng)的探頭示意圖。
[0014]圖3是本實用新型的工頻電場測量系統(tǒng)的探頭電路原理圖。
[0015]圖4是本實用新型的工頻電場測量系統(tǒng)電路方框圖。
[0016]圖5是本實用新型的工頻電場測量系統(tǒng)支架圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的說明，但該實施例不應理解為對本實用新型的限制。
[0018]本實用新型實施例包括:至少一臺工頻電場探頭單元、手持機單元和一個非絕緣支架，探頭單元與手持機單元通過通訊模塊相連(如圖4 )。
[0019]所述的工頻電場探頭單元由傳感器、信號處理電路、單片機、通訊模塊、A/D芯片和電源模塊組成。[0020]本實用新型傳感器為單極接地型電容耦合式傳感器，可采用物理雙層結構，也可采用單面環(huán)形結構，如圖2所示。傳感器上層輸出端vout與信號處理電路輸入端相連(圖3中左側運算放大器的2腳)，傳感器的下層輸出端直接接地(圖2A)或通過非絕緣支架接地；若是采用單面環(huán)形結構則傳感器單面環(huán)形層輸出端vout與信號處理電路輸入端相連(圖3中左側運算放大器的2腳)，由于信號處理電路直接接地或通過非絕緣支架接地，大地與單面環(huán)形層構成單極接地型電容耦合式傳感器。由于采用了單極接地型電容耦合式傳感器和高輸入阻抗同相放大電路，避免了雙極板懸浮體電容耦合式傳感器在高濕度環(huán)境下，測量儀器表面形成水膜以及電容片極板間易形成的極大泄漏電流，從而使測得的感應電流值充斥虛假成分而不可信的問題。
[0021]信號處理電路的輸出端與A/D芯片相連，A/D芯片輸出與單片機相連，單片機再與通訊模塊相連，電源模塊分別與單片機、A/D芯片、通訊模塊相連。所述的手持機單元由通訊模塊、單片機、顯示屏、操作鍵盤和電源模塊組成，單片機分別與通訊模塊、顯示屏、操作鍵盤和電源模塊，電源模塊與其他模塊相連。
[0022]本實用新型的傳感器輸出信號處理采用由雙放大器構成的高輸入同相放大電路，如圖3所示。
[0023]本實用新型實施例的工頻電場探頭單元工作原理是:將探頭單元安裝在非絕緣支架上，傳感器的下層輸出端和信號處理電路接地端通過非絕緣支架可靠接地，按照規(guī)定設置測量高度。從傳感器引出的信號經(jīng)高輸入同相放大電路放大后。經(jīng)過RC低通濾波后與整流電路相連，再經(jīng)過RC濾波后與AD芯片的模擬輸入端相連，AD芯片控制和輸出端分別于與單片機相連。單片機與無線通信模塊相連。電源模塊與各功能單元相連。通過手持機讀取測量數(shù)據(jù)。
[0024]本實用新型在測量時，線路、變電站的工頻電場測量的測點高度為地面上方1.5m,間距可任意設定，一般為5m，順序測至外側相導線地面投影點外或變電站圍墻外50m處止或根據(jù)實際情況測量至合理范圍。
[0025]本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
【權利要求】
1.全天候工頻電場測量裝置，包括至少一只工頻電場探頭單元、一個支架、一個手持機，探頭單元由支架支撐，手持機與工頻電場探頭單元連接，其特征在于:工頻電場探頭單元的傳感器為單極接地型電容耦合式傳感器，采用物理雙層結構，或采用單面環(huán)形結構，傳感器輸出信號處理電路采用高輸入阻抗同相放大電路； 物理雙層結構的單極接地型電容耦合式傳感器的上層輸出端與高輸入阻抗同相放大電路的信號輸入端連接，下層輸出端與大地直接連接； 單面環(huán)形結構的單極接地型電容耦合式傳感器的單面環(huán)形層輸出端與高輸入阻抗同相放大電路的信號輸入端連接，對大地形成電容耦合式傳感器。
2.如權利要求1所述的全天候工頻電場測量裝置，其特征在于:單極接地型電容耦合式傳感器的下層輸出端和高輸入阻抗同相放大電路的接地通過非絕緣支架實現(xiàn)。
【文檔編號】G01R29/12GK203705561SQ201320791741
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】張廣洲, 鄔雄, 郭江, 張弓達 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司, 武漢瑞萊保能源技術有限公司