电场测量组件以及电场测量装置论文和设计-陈青松

全文摘要

本实用新型涉及电磁场测量领域，涉及一种电场测量组件以及电场测量装置，其中电场测量组件，其包括：两个电场探头，每个电场探头均设置有激发组件、感应元件、处理器、壳体，处理器设置在壳体内，感应元件电连接于处理器，两个电场探头的壳体通过导电体相对地连接在一起。激发组件被配置为使感应元件产生交变电流，处理器被配置为计算直流合成电场。两个电场探头彼此相对的设置方式能够使得在计算直流合成电场时，抵消掉壳体上的电荷产生的电场的影响，从而仅需基于每个电场探头所计算出的电场值便能够计算出较为准确的直流合成电场的值，最终实现减小测量空间直流合成电场强度时的测量误差的目的。

主设计要求

1.一种电场测量组件，其特征在于，所述电场测量组件包括：两个电场探头，每个所述电场探头均设置有激发组件、感应元件、处理器、壳体，所述处理器设置在所述壳体内，所述感应元件电连接于所述处理器，两个所述电场探头的所述壳体通过导电体相对地连接在一起；其中，所述激发组件被配置为使所述感应元件产生交变电流，所述处理器被配置为计算直流合成电场。

设计方案

1.一种电场测量组件，其特征在于，所述电场测量组件包括：

两个电场探头，每个所述电场探头均设置有激发组件、感应元件、处理器、壳体，所述处理器设置在所述壳体内，所述感应元件电连接于所述处理器，两个所述电场探头的所述壳体通过导电体相对地连接在一起；

其中，所述激发组件被配置为使所述感应元件产生交变电流，所述处理器被配置为计算直流合成电场。

2.根据权利要求1所述的电场测量组件，其特征在于，所述激发组件包括驱动元件和转子，所述转子传动连接于所述驱动元件，所述感应元件和所述转子均设置在所述壳体外，所述感应元件设置在所述转子与所述壳体之间，所述转子被配置为在所述驱动元件的带动下使所述感应元件周期性地暴露于电场中。

3.根据权利要求2所述的电场测量组件，其特征在于，所述感应元件由固定件固定于所述壳体上，所述固定件由绝缘材料组成。

4.根据权利要求1所述的电场测量组件，其特征在于，所述激发组件包括驱动元件，所述壳体设置有开口端，所述感应元件设置在所述壳体内，并且所述感应元件被配置为通过所述开口暴露于电场中，所述感应元件被配置为在所述驱动元件的作用下沿平行于所述直流合成电场的方向作往复振动。

5.一种电场测量组件，其特征在于，所述电场测量组件包括：

壳体，所述壳体内设置有处理器；

两个感应元件，均设置在所述壳体外部或者内部，两个所述感应元件相对地设置在所述壳体的两端；以及

激发组件，所述激发组件被配置为使每个所述感应元件均产生交变电流；

其中，所述处理器被配置为电连接于每个所述感应元件并计算直流合成电场。

6.根据权利要求5所述的电场测量组件，其特征在于，所述激发组件包括至少一个驱动元件和两个转子，每个所述转子均传动连接于所述驱动元件，所述感应元件和所述转子均设置在所述壳体外，所述感应元件设置在所述转子与所述壳体之间，所述转子被配置为在所述驱动元件的带动下使所述感应元件周期性地暴露于电场中。

7.根据权利要求5所述的电场测量组件，其特征在于，所述激发组件包括至少一个驱动元件，所述壳体的两端上均设置有开口，每个所述感应元件均设置在所述壳体内，并且所述感应元件被配置为通过所述开口暴露于电场中，所述感应元件被配置为在所述驱动元件的作用下沿平行于所述直流合成电场的方向作往复振动。

8.一种电场测量装置，其特征在于，所述电场测量装置包括权利要求1-7任一项所述的电场测量组件；以及

支架，所述支架连接于所述电场测量组件。

9.根据权利要求8所述的电场测量装置，其特征在于，所述支架包括底座和支撑部，所述底座连接于所述支撑部，所述支撑部由绝缘材料组成，所述支撑部连接于所述电场测量组件。

10.根据权利要求9所述的电场测量装置，其特征在于，所述底座呈T形，所述支撑部设置有支撑板，支撑板设置有容置孔，所述容置孔被构造为放置所述电场测量组件。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电磁场测量领域，具体而言，涉及一种电场测量组件以及电场测量装置。

背景技术

直流合成电场强度是高压直流输变电工程的评价指标之一，直流合成电场强度指的是直流带电导体上电荷产生的场和导体电晕引起的空间电荷产生的场所合成的电场强度。目前，在进行离地面距离较近的电场测量时，常用的电场测量仪的外壳上通常设置有1m×1m的接地板，以泄放在电场作用下所产生的的电荷。然而，在进行诸如直流输变电工程的高空直流合成电场测量时，这种接地泄放的方式会造成测量值的畸变，这造成测得的值相对于实际的直流合成电场强度值误差较大。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种电场测量组件以及电场测量装置，以减小测量空间直流合成电场强度时的测量误差。

第一方面，本实用新型实施例提供一种电场测量组件，其包括：两个电场探头，每个电场探头均设置有激发组件、感应元件、处理器、壳体，处理器设置在壳体内，感应元件电连接于处理器，两个电场探头的壳体通过导电体相对地连接在一起。激发组件被配置为使感应元件产生交变电流，处理器被配置为计算直流合成电场。

本实用新型第一方面提供的电场测量组件采用导电体将两个电场探头的壳体连接在一起，以使电场探头的壳体成为等势体。并且，两个电场探头彼此相对的设置方式能够使得在计算直流合成电场时，抵消掉壳体上的电荷产生的电场的影响，从而仅需基于每个电场探头所计算出的电场值便能够计算出较为准确的直流合成电场的值，最终实现减小测量空间直流合成电场强度时的测量误差的目的。

在一个可能的设计中，激发组件包括驱动元件和转子，转子传动连接于驱动元件，感应元件和转子均设置在壳体外，感应元件设置在转子与壳体之间，转子被配置为在驱动元件的带动下使感应元件周期性地暴露于电场中。

在此方案中，采用了驱动元件带动转子旋转的方式，将感应元件设置在转子与壳体之间，转子的转动能够使感应元件周期性地暴露在直流合成电场中，从而产生交变电流。然后，通过测量感应产生的交变电流来测量电场。

在一个可能的设计中，感应元件由固定件固定于壳体上，固定件由绝缘材料组成。

采用固定件来连接感应元件能够将壳体固定在壳体上，另外，将绝缘材料作为固定件的材料，能够避免由于壳体与感应元件之间产生电性连接而降低测量的准确性。

在一个可能的设计中，激发组件包括驱动元件，壳体设置有开口端，感应元件设置在壳体内，并且感应元件被配置为通过开口暴露于电场中，感应元件被配置为在驱动元件的作用下沿平行于直流合成电场的方向作往复振动。

在此方案中，采用了驱动元件带动感应元件做往复振动的方式，通过使感应元件经由壳体上的开口暴露于直流合成电场，在感应元件振动时，感应元件能够在直流合成电场的不同位置周期性地往复运动，从而产生交变电流。通过测量感应产生的交变电流便能够测量每个感应元件上的电场。

第一方面的一些实现方式还提供了一种电场测量组件，其包括壳体、两个感应元件以及激发组件。壳体内设置有处理器。每个感应元件均设置在壳体外部或者内部，两个感应元件相对地设置在壳体的两端。激发组件被配置为使每个感应元件均产生交变电流。处理器被配置为电连接于每个感应元件并计算直流合成电场。

该电场测量组件仅采用一个壳体，在电场中，作为整体的壳体为一个等势体。并且，在测量时，每个感应元件均能够产生交变电流，两个感应元件彼此相对的设置方式能够使得在计算直流合成电场时，抵消掉壳体上的电荷产生的电场的影响，从而仅需基于每个感应元件所计算出的电场值便能够计算出较为准确的直流合成电场的值，最终实现减小测量空间直流合成电场强度时的测量误差的目的。

在一个可能的设计中，激发组件包括至少一个驱动元件和两个转子，每个转子均传动连接于驱动元件，感应元件和转子均设置在壳体外，感应元件设置在转子与壳体之间，转子被配置为在驱动元件的带动下使感应元件周期性地暴露于电场中。

在一个可能的设计中，激发组件包括至少一个驱动元件，壳体的两端上均设置有开口，每个感应元件均设置在壳体内，并且感应元件被配置为通过开口暴露于电场中，感应元件被配置为在驱动元件的作用下沿平行于直流合成电场的方向作往复振动。

在此方案中，采用了驱动元件带动感应元件做往复振动的方式，通过使感应元件经由壳体两端的开口暴露于直流合成电场，在感应元件振动时，感应元件能够在直流合成电场的不同位置周期性地往复运动，从而产生交变电流。通过测量感应产生的交变电流便能够测量每个感应元件上的电场。

第二方面，一种电场测量装置，其包括上述电场测量组件和支架，支架连接于电场测量组件。

本申请第二方面公开的电场测量装置设置了用于连接电场测量组件的支架，从而在测量高空直流合成电场时，支架的设置能够将电场测量组件置于所需的高度进行电场测量，从而解决了目前在测量直流合成电场时采用接地线造成的电场畸变的问题，并且，鉴于该电场测量装置包括上述电场测量组件，电场测量装置最终能够减小测量空间直流合成电场强度时的测量误差。

在一个可能的设计中，支架包括底座和支撑部，底座连接于支撑部，支撑部由绝缘材料组成，支撑部连接于电场测量组件。

通过设置底座和支撑部，能够确保电场测量组件受到稳定的支撑，采用由绝缘材料组成的支撑部，能够避免电场测量组件在测量直流合成电场时受到干扰。

在一个可能的设计中，底座呈T形，支撑部设置有支撑板，支撑板设置有容置孔，容置孔被构造为放置电场测量组件。

将底座构造成T形能够使电场测量组件稳定的固定，容置孔的设置能够便于放置和取出电场测量组件，方便操作人员进行操作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的一种电场测量组件的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的一种电场测量组件的部分部件的示意图；

图3为本实用新型第一实施例提供的另一种电场测量组件的结构示意图；

图4为本实用新型第二实施例提供的一种电场测量组件的结构示意图；

图5为本实用新型第二实施例提供的另一种电场测量组件的结构示意图；

图6为本实用新型第三实施例提供的一种电场测量装置的结构示意图；

图7为本实用新型第三实施例提供的一种电场测量装置的支架的结构示意图。

图标：10-电场测量组件；11-电场探头；111-激发组件；1111-驱动元件； 1112-转子；112-感应元件；113-壳体；1131-开口；114-金属连接板；115- 固定件；20-电场测量组件；21-壳体；211-开口；22-感应元件；23-激发组件；231-驱动元件；232-转子；30-电场测量装置；31-支架；310-底座；311- 杆部；312-支撑部；3121-横杆；3122-支撑板；3123-容置孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实现方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型的第一实施例提供一种电场测量组件10，其包括两个电场探头11，每个电场探头11均设置有激发组件111、感应元件112、处理器、壳体113，处理器设置在壳体113内，感应元件112电连接于处理器。两个电场探头11的壳体113通过导电体连接在一起，从而使得两个电场探头11 的壳体113成为等电势体。通过这样的设置，处理器能够测量每个电场探头11的感应元件112上的电场值，并利用测出的电场值计算出直流合成电场E。

请参照图1，图1示出了一个电场测量组件10的第一实施例的第一种实现方式。电场测量组件10的两个电场探头11相对设置，两个电场探头 11的壳体113通过导电体连接在一起，壳体113能够屏蔽外界电场对内部电子元件的干扰。在本实施例中，导电体为金属连接板114，金属连接板 114采用螺栓连接或焊接的方式将每个壳体113的端面连接在一起。在其他可选的实施例中，为了降低成本，也可以采用塑料板代替金属连接板114，并通过采用金属导线丝将两个壳体113电性地连接在一起。通过采用导电体将两个电场探头11的壳体113连接在一起，每个电场探头11壳体113 上的电荷电势相同。

进一步地，请参照图1和图2，每个电场探头11的激发组件111包括驱动元件1111和转子1112，其中，转子1112传动连接于驱动元件1111，感应元件112为定子，定子和转子1112均设置在壳体113外，定子设置在转子1112与壳体113之间，在本实施例中，驱动元件1111为旋转电机，定子由固定件115固定于壳体113上，固定件115由绝缘材料组成。绝缘材料可以是塑料等本领域技术人员常用的材料。进一步地，转子1112端面的形状大致呈两个扇形板的组合体，扇形板的弧度为120°。定子的端面的形状大致呈四个扇形板的组合体，其中，两个扇形板的弧度均为120°，另外两个扇形板的弧度均为60°。由此，转子1112在驱动元件1111的驱动下转动，从而使定子的各部分周期性地暴露于电场中。每个处理器均被配置为电连接于相应电场探头11的定子，由于壳体113上的电荷的影响，每个处理器首先计算出的电场并非实际所要测的直流合成电场E，而是所要测的直流合成电场E与壳体113上的电荷产生的电荷的叠加后的电场E_{1<\/sub>和E_2<\/sub>。}

具体地，根据电流I与电荷q的关系I＝dq\/dt，每个电场探头11的定子在转子1112转动时均会产生交变电流。根据电荷q和电场E之间的关系q＝ε*K*E*S，其中，ε、K均为常数，S为感应等效面积。因此，在确定了与两个电场探头11对应的两个电流的大小I_{1<\/sub>和I_{2<\/sub>的情况下，可以分别确定电场的大小E_{1<\/sub>和E_2<\/sub>。}}}

如上所述，处理器电连接于每个电场探头11的转子1112，处理器被配置为执行以上运算过程并计算出E_{1<\/sub>和E_{2<\/sub>，本领域技术人员可在有限的推导下知晓，直流合成电场E可由下式求出。}}

E＝(E_{1<\/sub>-E_{2<\/sub>)\/2 (1)}}

本领域技术人员应知晓，以上计算过程仅为示出计算直流合成电场E 的原理而示出，在具体实施过程中，每个处理器中均包括降噪电路、信号放大电路等电路。每个处理器均设置有无线通信模块，两个处理器能够相互通信，在两个处理器分别计算出电场E _{1<\/sub>和电场E_{2<\/sub>后，其中一个处理器将其计算出的电场发送至另一个处理器，从而求出直流合成电场E。}}

可选地，电场测量组件10可通信连接于主机，每个处理器均无线通信连接于主机并将计算出的电场E_{1<\/sub>和电场E_{2<\/sub>发送至主机，最终由主机确定直流合成电场E的大小，主机还配置有显示器，显示器用于显示直流合成电场E的大小。}}

在这种方案中，采用了驱动元件1111带动转子1112旋转的方式，并将感应元件112设置在转子1112与壳体113之间，转子1112的转动能够使感应元件112周期性地暴露在直流合成电场E中，从而产生交变电流。然后，通过测量感应产生的交变电流来测量电场并最终计算出直流合成电场E。

请参照图3，图3示出了本申请第一实施例的电场测量组件10的第二种实现方式。其中，电场测量组件10同样包括两个电场探头11，每个包括壳体113，壳体113由金属材料制成，与第一种实现方式不同的是，在这种实现方式中，每个电场探头11的壳体113设置有开口端，开口端设置有开口1131，激发组件111包括驱动元件1111，感应元件112设置壳体113内，并且感应元件112被配置为通过开口1131暴露于电场中。感应元件112为能够震动的板体(通常称为震板)，驱动元件1111为振动马达，感应元件 112被配置为在驱动元件1111的作用下沿平行于直流合成电场E的方向作往复振动。在直流合成电场E中进行往复振动时，震板上的电荷会出现变化，由于这种往复震动具有周期性，因此震板上的电荷的变化同样呈周期性。由此，仅需采用类似于第二种实现方式的原理便可测得直流合成电场E。在此方案中，采用了驱动元件1111带动感应元件112做往复振动的方式，通过使感应元件112经由壳体113上的开口1131暴露于直流合成电场E，在感应元件112振动时，感应元件112能够在直流合成电场E的不同位置周期性地往复运动，从而产生交变电流。通过测量感应产生的交变电流便能够测量每个感应元件112上的电场。

以上即为本实用新型第一实施例，本实用新型第一实施例提供的电场测量组件采用导电体将两个电场探头的壳体连接在一起，以使电场探头的壳体成为等势体。并且，两个电场探头彼此相对的设置方式能够使得在计算直流合成电场E时，抵消掉壳体上的电荷产生的电场的影响，从而仅需基于每个电场探头所计算出的电场值便能够计算出较为准确的直流合成电场E的值，最终实现减小测量空间直流合成电场E强度时的测量误差的目的。

本实用新型的第二实施例提供一种电场测量组件20，其包括壳体21、两个感应元件22以及激发组件23，壳体21内设置有处理器。其中，两个感应元件22分别设置在壳体21外部或者内部；激发组件23被配置为使每个感应元件22均产生交变电流；处理器被配置为电连接于每个感应元件22 并计算直流合成电场E。

请参照图4，类似于本实用新型的第实施例的第一种实现方式，在本实用新型的第二实施例的第一种实现方式中，激发组件23包括一个或两个驱动元件231以及两个转子232，每个转子232均传动连接于驱动元件231，驱动元件231为旋转电机。感应元件22和转子232均设置在壳体21外，感应元件22设置在转子232与壳体21之间，感应元件22为定子，转子232 被配置为在驱动元件231的带动下使感应元件22周期性地暴露于电场中。

这种实现方式的原理类似于本实用新型的第一实施例的第一种实现方式，不同的是，电场测量组件20仅具有一个金属材料壳体21，两个转子 232可通过一个旋转电机进行驱动，当然，也可以采用两个旋转电机分别驱动两个转子232。

在此方案中，采用了驱动元件231带动转子232旋转的方式，将感应元件22设置在转子232与壳体21之间，转子232的转动能够使感应元件 22周期性地暴露在直流合成电场E中，从而产生交变电流。然后，通过测量感应产生的交变电流来测量电场。

请参照图5，类似于本实用新型的第一实施例的第二种实现方式，在本实用新型的第二实施例的第二种实现方式中，激发组件23包括至少一个(通常使用两个)驱动元件231，壳体21的两端上均设置有开口211，每个感应元件22均设置在壳体21内，并且感应元件22被配置为通过开口211暴露于电场中，每个感应元件22均为能够震动的板体(通常称为震板)，驱动元件231为振动马达，感应元件22被配置为在驱动元件231的作用下沿平行于直流合成电场E的方向作往复振动。这种实现方式的原理类似于本实用新型的第一实施例的第二种实现方式，不同的是，电场测量组件20仅具有一个金属材料壳体21。通过使感应元件22经由壳体21两端的开口211 暴露于直流合成电场E，在感应元件22振动时，感应元件22能够在直流合成电场E的不同位置周期性地往复运动，从而产生交变电流。通过测量感应产生的交变电流便能够测量每个感应元件22上的电场。

本实用新型第二实施例提供的电场测量组件仅采用一个壳体，作为整体的壳体在电场中为一个等势体。并且，在测量时，每个感应元件均能够产生交变电流，两个感应元件彼此相对的设置方式能够使得在计算直流合成电场E时，抵消掉壳体上的电荷产生的电场的影响，从而仅需基于每个感应元件所计算出的电场值便能够计算出较为准确的直流合成电场E的值，最终实现减小测量空间直流合成电场E强度时的测量误差的目的。

本实用新型的第三实施例提供一种电场测量装置30，其包括上述电场测量组件10(或20)以及支架31，支架31连接于电场测量组件10(或20)。通过设置连接于电场测量组件10(或20)的支架31，本实用新型提供电场测量装置30能够实现在高空中测量直流合成电场E。

进一步地，请参阅图6和图7，支架31包括底座310和支撑部312，底座310连接于支撑部312，支撑部312由绝缘材料组成，支撑部312被构造为连接于电场测量组件10(或20)。通过设置底座310和支撑部312，能够确保电场测量组件10(或20)受到稳定的支撑，采用由绝缘材料组成的支撑部312，能够避免电场测量组件10(或20)在测量直流合成电场E时受到干扰。

在一个实施例中，针对1.7米高度处的直流合成电场E，设置了如下所述的支架31。具体地，底座310呈T形，将底座310构造成T形能够使电场测量组件10(或20)稳定的固定。底座310由两个杆部311组成，每个杆部311长度为0.7m，每个杆部311由金属材质组成，两个杆部311被焊接在一起。

进一步地，在该实施例中，支撑部312的材料为玻璃纤维。支撑部312 与底座310通过螺栓连接在一起，支撑部312的上部套设有横杆3121，横杆3121也由诸如玻璃纤维的绝缘材料组成，横杆3121垂直于支撑部312，横杆3121远离支撑部312的一端设置有支撑板3122。支撑板3122大体上为圆形，支撑板3122的中央设置有容置孔3123，容置孔3123被构造为放置电场测量组件10(或20)，容置孔3123的大小适于容纳电场测量组件10 (或20)，在一个实施例中，电场测量组件10的最大直径为20cm，容置孔 3123的直径被配置为19cm。容置孔3123的设置能够便于放置和取出电场测量组件10(或20)，方便操作人员进行操作。

本申请第三实施例公开的电场测量装置设置了用于连接电场测量组件的支架，在测量高空直流合成电场E时，支架的设置能够将电场测量组件置于所需的高度进行电场测量，从而解决了目前在测量直流合成电场E时采用接地线造成的电场畸变的问题，并且，鉴于该电场测量装置包括上述电场测量组件，电场测量装置最终能够减小测量空间直流合成电场E强度时的测量误差。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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电场测量组件以及电场测量装置论文和设计

电场测量组件以及电场测量装置论文和设计-陈青松

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