本发明专利技术提供一种基于探针阵列的空间电荷密度测量装置，所述测量装置包括传感单元、处理单元和底座；所述处理单元置于传感单元下方且与底座相连。所述传感单元采用探针阵列，所述探针阵列包括阵列框架和电位探针；本发明专利技术提供一种基于探针阵列的空间电荷密度测量装置，基于探针阵列，获取空间电位，采用高斯定理计算出该空间的电荷密度，电位探针采用感应型或振动型，提高测量精度和装置的稳定性，能较好的用于复杂多变的环境。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量装置，具体涉及一种基于探针阵列的空间电荷密度测量装 置。
技术介绍
我国地域辽阔，经济发展和资源分布极不均衡。随着我国电力开发，西南地区将有 大量的电力需要远距离输送到华中、华东和华南，而采用直流输电能够有效地节约线路走 廊，有助于改善网络结构、减少输电瓶颈和实现大范围的资源优化配置，因此，建设直流输 电工程是我国电力工业发展的必由之路。直流输电工程由换流站、输电线路和接地极组成， 这三部分的电磁环境是直流输电工程设计、建设及运行中必须考虑的重大技术问题。 空间电荷密度是考量电磁环境的重要组成部分之一，直流输电线路运行时，导线 电晕产生的电荷会在空间扩散，因而空间中充满带电离子。再者，直流输电线路的地面合成 电场有两部分电荷产生。直流输电线路导线上的电荷产生的电场称为标称电场，空间电荷 及离子产生的电场称为离子流场，标称电场与离子流场叠加形成合成电场。在多数研究中， 电场和离子水平被看成是相对不变的，但是由于天气的影响，风速、风向的变化，导致直流 线路附近的电场强度、离子流密度和空间电荷分布不断变化，空中电荷的积累会产生对地 的电位差，从而影响地面合成场强的大小。在导线电晕发展程度较为严重的情况下，空间电 荷的影响显得尤为突出，地面合成电场的场强最大值可达标称场强的2-3倍。为了控制地 面合成电场的大小，对空间电荷的测量不可或缺，但我国还不存在可适用于直流线路环境 的空间电荷密度测量仪器。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于探针阵列的空间电荷密度测 量装置，基于探针阵列，获取空间电位，采用高斯定理计算出该空间的电荷密度，电位探针 采用感应型或振动型，提高测量精度和装置的稳定性，能较好的用于复杂多变的环境。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案： 本专利技术提供一种基于探针阵列的空间电荷密度测量装置，所述测量装置包括传感 单元、处理单元和底座；所述处理单元置于传感单元下方且与底座相连。 所述传感单元采用探针阵列，所述探针阵列包括阵列框架和电位探针； 所述探针阵列为四个长方体组合结构，每个长方体顶点处设有电位探针，且每两 个长方体结合的结点处共用电位探针，共18个电位探针； 阵列框架为空心圆柱管，所述空心圆柱管内部布置信号传输屏蔽线，电位探针测 量的空间电位通过信号传输屏蔽线传输给处理单元。 所述电位探针采用感应型电位探针或振动型电位探针。 所述感应型电位探针包括感应球壳、金属球和分压电阻； 所述金属球位于感应球壳的中心，所述分压电阻位于信号传输屏蔽线上，且位于 空心圆柱管内部；信号传输屏蔽线一端连接金属球，另一端连接处理单元。 所述振动型电位探针包括采集管、振动感应片和预处理单元； 振动感应片和预处理单元均位于采集管内，所述振动感应片感应采集管处的空间 电位，所述空间电位通过预处理单元进行放大处理后，传输给处理单元。 所述处理单元包括屏蔽盒、信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路、A/D转换电 路、控制电路、显示电路和通信电路； 所述信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路、A/D转换电路、控制电路和通信电路 均位于屏蔽盒内部； 所述电位探针测量的空间电位经由信号传输屏蔽线输入信号调理电路，依次通过 信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路进行调理、滤波、隔离处理后，由A/D转换电路转换 为数字信号，控制电路对数字信号进行处理后得到空间电荷密度，并将空间电荷密度发送 至显示电路进行显示，同时通过通信电路将空间电荷密度传送至远程上位机。 所述处理单元包括信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路、A/D转换电路、控制电 路、振动控制电路、显示电路和通信电路； 所述信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路、A/D转换电路、控制电路、振动控制 电路和通信电路均位于屏蔽盒内部； 所述振动控制电路用于调节振动型电位探针的振动频率，使振动感应片的振动频 率稳定； 所述电位探针测量的空间电位经由信号传输屏蔽线输入信号调理电路，依次通过 信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路进行调理、滤波、隔离处理后，由A/D转换电路转换 为数字信号，控制电路对数字信号进行处理后得到空间电荷密度，并将空间电荷密度通过 显示电路进行显示，同时通过通信电路将空间电荷密度传送至远程上位机。 所述底座设有安装孔，所述测量装置通过安装孔固定在垂直支撑杆上，所述垂直 支撑杆可在竖直方向上进行伸缩运动。 所述垂直支撑杆与水平面上的导轨垂直设置，通过垂直支撑杆在导轨上的水平移 动带动传感单元的水平移动。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于： 1)本专利技术基于探针阵列测量空间电位，其采用电位探针进行测量，稳定性高、可靠 性强； 2)本专利技术处理单元中的信号隔离电路减小信号受到外界环境的影响，使信号传输 更为稳定； 3)本专利技术获取空间电荷密度采用高斯定理，并用数值积分方法求解离散情况下的 面积分，具有较高的计算精度； 4)电位探针可根据测量需求进行拆卸或更换，阵列框架通过与垂直支撑杆、导轨 连接可实现其在空间中的移动，使测量更为灵活、方便； 5)空间电荷密度可实时显示和传输，便于数据收集和处理； 6)本专利技术装配简便，能准确、可靠、稳定地测量空间电荷密度，为高电压环境下空 间电荷密度分析提供了有力的支持。【附图说明】 图1是本专利技术实施例中感应型电位探针的结构示意图； 图2是本专利技术实施例中振动型电位探针的结构示意图； 图3是本专利技术实施例中探针阵列的结构示意图； 图中，1-感应球壳，2-金属球，3-空心圆柱管，4-分压电阻，5-空间电荷感应区， 6-采集管，7-振动感应片，8-预处理单元，9-电位探针，10-阵列框架。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。 本专利技术提供一种基于探针阵列的空间电荷密度测量装置，所述测量装置包括传感 单元、处理单元和底座；所述处理单元置于传感单元下方且与底座相连。 所述传感单元采用探针阵列，所述探针阵列包括阵列框架10和电位探针9 ; 所述探针阵列为四个长方体组合结构，每个长方体顶点处设有电位探针9,且每两 个长方体结合的结点处共用电位探针，共18个电位探针； 阵列框架10为空心圆柱管，所述空心圆柱管内部布置信号传输屏蔽线，电位探针 测量的空间电位通过信号传输屏蔽线传输给处理单元。 所述电位探针9采用感应型电位探针或振动型电位探针。 所述感应型电位探针包括感应球壳1、金属球2和分压电阻4 ;[0042当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于探针阵列的空间电荷密度测量装置，其特征在于：所述测量装置包括传感单元、处理单元和底座；所述处理单元置于传感单元下方且与底座相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢莉，鞠勇，袁海文，杨晓洪，张月魁，陆家榆，罗晓川，葛瑞祎，吕建勋，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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