空间直流电场测量设备论文和设计

全文摘要

本申请实施例提供了一种空间直流电场测量设备，涉及电磁场测量技术领域。设备包括：绝缘支架；M个电场测量装置，M个电场测量装置设置在绝缘支架上且，每两个电场测量装置电连接，其中，M为大于1的数；其中，在空间直流电场测量设备置于待测电场中，每个电场测量装置在待测电场中会产生干扰电场，且至少两个电场测量装置产生的干扰电场会形成抵消。基于M个电场测量设备获得的M个电场值，可以通过计算，将电场测量设备形成的干扰电场抵消掉，从而解决了空间直流电场测量设备在测量空间电场存在偏差的技术问题，提高了电场测量设备测量空间电场的准确性。

主设计要求

1.一种空间直流电场测量设备，其特征在于，所述设备包括：绝缘支架；M个电场测量装置，所述M个电场测量装置设置在所述绝缘支架上且，每两个所述电场测量装置电连接，其中，M为大于1的整数；其中，在所述空间直流电场测量设备置于待测电场中，每个所述电场测量装置在所述待测电场中产生干扰电场，且所述至少两个电场测量装置一共产生的干扰电场形成抵消。

设计方案

1.一种空间直流电场测量设备，其特征在于，所述设备包括：

绝缘支架；

M个电场测量装置，所述M个电场测量装置设置在所述绝缘支架上且，每两个所述电场测量装置电连接，其中，M为大于1的整数；

其中，在所述空间直流电场测量设备置于待测电场中，每个所述电场测量装置在所述待测电场中产生干扰电场，且所述至少两个电场测量装置一共产生的干扰电场形成抵消。

2.根据权利要求1所述的空间直流电场测量设备，其特征在于，所述绝缘支架上设置有导电连接件，每两个所述电场测量装置通过连接所述导电连接件形成电连接。

3.根据权利要求2所述的空间直流电场测量设备，其特征在于，所述M个电场测量装置中对应的两个电场测量装置形成一组测量装置，共M\/2组所述测量装置，其中，M为大于1的偶数；

任一组所述测量装置中：一个所述电场测量装置的探测方向沿远离所述导电连接件的第一方向延伸且另一个所述电场测量装置放入探测方向沿远离所述导电连接件的第二方向延伸，其中，所述第二方向与所述第一方向相反；

以及，任一组所述测量装置中一个所述电场测量装置和另一个电场测量装置在所述第一方向或所述第二方向上的投影关系为：至少部分重合和不重合中的任一种关系；

以及，任一组所述测量装置中一个所述电场测量装置产生的干扰电场和另一个电场测量装置产生的干扰电场形成抵消。

4.根据权利要求2所述的空间直流电场测量设备，其特征在于，所述导电连接件上开设至少N个通孔，所述至少N个通孔中每个通孔用于固定所述电场测量装置，其中，N为不大于M的正整数。

5.根据权利要求4所述的空间直流电场测量设备，其特征在于，所述至少N个通孔中任一通孔的通孔直径为：小于所述电场测量装置的底部下沿处的直径，且不小于所述电场测量装置的探测方向处的直径；或不大于所述电场测量装置的探测方向处的直径中的任一种直径大小。

6.根据权利要求3所述的空间直流电场测量设备，其特征在于，所述导电连接件包括M\/2个导电子连接件，每个所述导电子连接件均与M\/2组所述测量装置中对应的一组所述测量装置中的两个电场测量装置连接，每两个所述导电子连接件连接。

7.根据权利要求2所述的空间直流电场测量设备，其特征在于，所述导电连接件为所述M\/2个导电子连接件通过一体成型的方式形成。

8.根据权利要求1-7任一权项所述的空间直流电场测量设备，其特征在于，所述绝缘支架的两端的距离可调。

9.根据权利要求1所述的空间直流电场测量设备，其特征在于，所述设备还包括：

处理装置，用于获得每个所述空间直流电场测量设备测得所述待测电场的电场值，共获得M个电场值，并根据所述M个电场值确定出所述待测电场的场强大小。

10.根据权利要求9所述的空间直流电场测量设备，其特征在于，

所述处理装置，还用于对获得的每组测量装置的电场值进行求差处理后，获得共M\/2个电场值差值，每个所述电场值差值再与2相除获得M\/2个电场值差值平均值，并基于所述电场值差值平均值的平方值进行求和运算，获得和值，并将所述和值进行开方运算，获得所述待测电场的场强大小；其中，对所述每组测量装置的电场值进行求差处理将每组测量装置中的由所述电场测量装置形成的干扰电场的干扰电场值抵消。

设计说明书

技术领域

本申请涉及电磁场测量技术领域，具体而言，涉及一种空间直流电场测量设备。

背景技术

空气中的空间电场的测量在科学研究和工程技术研究领域中具有广泛的运用。在电力行业，电场测量可用于电力系统状态监测、电气设备内外电场分布测量。空间电场的准确有效测量有利于高压输电线路绝缘距离的选择。在电气设备中，通过空间电场的测量，可以有效判别设备的绝缘情况，更好的进行绝缘设置。

现有技术中使用电场测量探头测量空间电场时，如果电场测量探头不接地线，则由于空间电荷累积在探头上，无法泄放，测量到的电场是空间电场与累积在探头上的空间电荷共同的电场，不再是实际空间的电场，而且电场测量值会随累积电荷的增加而变化。如果接地线，则由于长接地线在空间场中感应电场导致测量值的畸变，而且将地平面抬高到了探头外壳处，改变了原有的场分布，测试的不再是实际的空间电场，与实际情况不符。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种空间直流电场测量设备，以有效的改善因电场测量装置在测量空间电场时存在误差的技术缺陷。

本申请的实施例通过如下方式实现：

第一方面，本申请实施例提供了一种空间直流电场测量设备，设备包括：绝缘支架；M个电场测量装置，M个电场测量装置设置在绝缘支架上且，每两个电场测量装置电连接，其中，M为大于1的整数；其中，在空间直流电场测量设备置于待测电场中，每个电场测量装置在待测电场中产生干扰电场，且至少两个电场测量装置一共产生的干扰电场形成抵消。

在本申请实施例中，基于M个电场测量设备获得的M个电场值，可以通过计算，将电场测量设备产生的干扰电场抵消掉，从而解决了空间直流电场测量设备在测量空间电场存在偏差的技术问题，提高了电场测量设备测量空间电场的准确性。

结合第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，绝缘支架上设置有导电连接件，每两个电场测量装置通过连接导电连接件形成电连接。

在本申请实施例中，每两个电场测量装置通过连接导电连接件形成电连接，可以使得两个电场测量装置相较于两个电场测量装置通过直接接触具有更好的电连接性，使得每个电场测量装置测得的电场值更加准确，从而使得电场测量设备测量空间电场的准确性提高。

结合第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，M个电场测量装置中对应的两个电场测量装置形成一组测量装置，共M\/2组测量装置，其中，M为大于1的偶数；任一组测量装置中：一个电场测量装置的探测方向沿远离导电连接件的第一方向延伸且另一个电场测量装置的探测方向沿远离导电连接件的第二方向延伸，其中，第二方向与第一方向相反；以及，任一组测量装置中一个电场测量装置和另一个电场测量装置在第一方向或第二方向上的投影关系为：至少部分重合和不重合中的任一种关系；以及，任一组测量装置中一个电场测量装置产生的干扰电场和另一个电场测量装置产生的干扰电场形成抵消。

在本申请实施例中，每两个电场测量装置组成一组测量装置，两个电场测量装置具有不同的结构设置方式，保证电场测量装置测得的电场值可以为有效值，避免基于电场测量装置获得的电场值出现较大的偏差，从而提高了M个电场值的精确性，进而使得电场测量设备测量空间电场的准确性提高。

结合第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，导电连接件上开设至少N个通孔，至少N个通孔中每个通孔用于固定电场测量装置，其中，N为不大于M的正整数。

在本申请实施例中，通过在导电连接件上开设通孔固定电场测量装置，既可以使得电场测量装置与导电连接件具有良好的连接，也可以避免额外的连接件引起空间电场的变化，因此，使得电场测量设备测量空间电场的准确性提高。

结合第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，至少N个通孔中任一通孔的通孔直径为：小于电场测量装置的底部下沿处的直径，且不小于电场测量装置的探测方向处的直径；或不大于电场测量装置的探测方向处的直径中的任一种直径大小。

在本申请实施例中，通孔直径可以根据电场测量装置的连接方式进行选择，使得电场测量装置与导电连接件具有良好的连接，提高了M个电场值的精确性，进而使得电场测量设备测量空间电场的准确性提高。

结合第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，导电连接件包括M\/2个导电子连接件，每个导电子连接件均与M\/2组测量装置中对应的一组测量装置中的两个电场测量装置连接，每两个导电子连接件连接。

在本申请实施例中，每个导电子连接件均与M\/2组测量装置中对应的一组测量装置中的两个电场测量装置连接，既可以避免因电场测量装置的数量过多时，需要面积较大的导电连接件，制作工艺不易实现，也可以使得电场测量装置与导电连接件具有良好的连接，提高了M个电场值的精确性，进而使得电场测量设备测量空间电场的准确性提高。

结合第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，导电连接件为M\/2个导电子连接件通过一体成型的方式形成。

在本申请实施例中，导电连接件包括M\/2个导电子连接件，使得电场测量装置与导电连接件具有良好的连接，提高了M个电场值的精确性，进而使得电场测量设备测量空间电场的准确性提高。

结合第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，绝缘支架的两端的距离可调。

在本申请实施例中，绝缘支架的两端的距离可调，可以使得根据实际需要调整空间直流电场测量设备测量不同高度处的空间电场。这可以增加空间直流电场测量设备的实际应用性，并且调整后测量空间电场的原理不变，因此也可以解决空间直流电场测量设备在测量空间电场存在偏差的技术问题，提高电场测量设备测量空间电场的准确性。

结合第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，设备还包括：处理装置，用于获得每个空间直流电场测量设备测得待测电场的电场值，共获得M个电场值，并根据M个电场值确定出待测电场的场强大小。

在本申请实施例中，电场测量装置测量的电场值需要经过传输给处理装置，才可以获得待测电场的场强大小。处理模块将M个电场值进行运算，确定出待测电场的场强大小，提高电场测量设备测量空间电场的准确性。

结合第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，处理装置，还用于对获得的每组测量装置的电场值进行求差处理后，获得共M\/2个电场值差值，每个电场值差值再与2相除获得M\/2个电场值差值平均值，并基于电场值差值平均值的平方值进行求和运算，获得和值，并将和值进行开方运算，获得待测电场的场强大小；其中，对每组测量装置的电场值进行求差处理将每组测量装置中的由电场测量装置形成的干扰电场的干扰电场值抵消。

在本申请实施例中，处理装置通过对M个电场值进行求差处理，将电场测量装置产生的干扰电场抵消，进而确定出待测电场的场强大小。因此，通过处理模块的运算，提高电场测量设备测量空间电场的准确性，

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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示出了本申请实施例提供的一种空间直流电场测量设备100的第一视角结构图；

图2示出了本申请实施例提供的另一种空间直流电场测量设备100的第二视角结构图；

图3示出了本申请实施例提供的另一种空间直流电场测量设备100的第三视角结构图；

图标：100-空间直流电场测量设备；110-绝缘支架；120-电场测量装置； 130-导电连接件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

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。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。

空间直流电场测量设备100包括：绝缘支架110和M个电场测量装置 120。其中，M为大于1的整数；在空间直流电场测量设备100置于待测电场中，每个电场测量装置120在待测电场中产生一个干扰电场，且至少两个电场测量装置120一共产生的至少两个干扰电场形成抵消。

可以理解到的是，每个电场测量装置120在待测电场中产生干扰电场表示的是由于电场测量装置120处于待测电场中，外界的电荷会累积在电场测量装置120上，电荷的累积使得最终产生干扰电场，使得电场测量装置120的测量结果与真实结果之间存在误差。

空间直流电场测量设备100中M个单独的电场测量装置120设置在绝缘支架110上，在使用空间直流电场测量设备100测量空间中的电场时，可以通过M个电场测量装置120中每个电场测量装置120形成的干扰电场之间具有抵消效果，使得空间直流电场测量设备100的测量结果可以消除电场测量装置120本身所积累的电荷引起的电场畸变的测量误差，从而使得空间测量设备的测量结果更加准确。

以下将对空间直流电场测量设备100的各个部分的结构进行详细的说明。

支架用于为M个电场测量装置120提供安装位置，使得M个电场测量装置120朝远离地面的方向向空间延伸。用于安装M个电场测量装置120 的支架的材料为介电常数小的材料，这是因为介电常数大的材料将会导致 M个电场测量装置120与支架之间形成电连接，使得支架与M个电场测量装置120表面积累大量的电荷，引起空间电场的畸变，从而使得测量结果的误差大。因此，支架的材料需选择介电常数小的材料。

介电常数小的材料大多为绝缘材料，或者介于金属材料与非金属材料之间的半导电材料。本实施例中，采用的材料为介电常数小的绝缘材料。绝缘支架110的绝缘材料可以为玻璃纤维、碳纤维或者木质材料，可选地，在本实施例中，绝缘支架110的材料为玻璃纤维。玻璃纤维的绝缘性好、耐热性强以及抗腐蚀性好，且玻璃纤维价格便宜，使得支架的成本更低。

绝缘支架110的结构可以有多种，例如，绝缘支架110的结构可以为工字形结构、上字形结构或者绝缘支架110的支架底座为人字结构，支架主体设置在T字结构的支架底座上，可选地，本申请实施例中绝缘支架110 的结构为绝缘支架110的支架底座为T字结构，支架主体设置在T字结构的支架底座上。绝缘支架110的支架底座为T字结构，支架主体设置在T 字结构的支架底座上的结构可以使得空间直流电场测量设备100在使用过程中更稳定，使得空间直流电场测量设备100的安全性更高。

空间直流电场测量设备100测量空间中的电场，因此，测量的空间高度取决于绝缘支架110中支架主体的高度，绝缘支架110的支架主体的高度可以为可调，也可以为固定高度。可选地，为了使得绝缘支架110的结构便于绝缘支架110的支架主体距离长度可以根据实际需要进行设置，那么，绝缘支架110的支架主体两端的距离可以可调，即绝缘支架110的支架主体可以为可伸缩结构。由于本申请实施例中的空间直流电场测量设备 100是主要用于测量电力设备运行电压对地表1.5米或者1.7米高度处电场强度的设备。因此，绝缘支架110从地面到空间中的绝缘支架110的支架主体距离可以为1.5米或者1.7米。

可以理解的是，绝缘支架110的支架主体的高度不限于1.5米或者1.7 米，也可以根据实际需要调整支架高度，如2米。

常见的电场测量装置120有直接感应式电场测量装置120和场磨式电场测量装置120，可选地，在本申请实施例中M个电场测量装置120中每个电场测量装置120为场磨式电场测量装置120。直接感应式电场测量装置 120稳定性差，易受外界环境的影响；场磨式电场测量装置120测量过程中的稳定性更高，并且场磨式电场测量装置120的物理结构可以更有利于多个场磨式电场测量装置120进行连接。

使用场磨式电场测量装置120测量电场的原理为：电场测量装置120 的探头朝向被测电场的方向，转子在靠近被测电场的一侧，定子在远离被测电场的一侧，由转子旋转，周期性的遮挡定子，使定子周期性的曝露在被测电场中，产生周期性的感应电流信号，经前置放大器进行电流放大，再经必要的信号处理和校正后即可定量反映出被测电场的电场强度大小。

为了解决电场测量装置120测量空间电场存在误差的技术问题，在本申请的实施例中，该空间直流电场测量设备100中包括M个电场测量装置 120，M个电场测量装置120设置在空间直流电场测量设备100中的绝缘支架110上。这M个电场测量装置120可以为同一型号的电场测量装置120，也可以为不同型号的电场测量装置120。在M为奇数的情况下，M个电场测量装置120可以为不同型号的电场测量装置120；在M为偶数的情况下， M个电场测量装置120可以为不同型号的电场测量装置120，也可以为不同型号的电场测量装置120。

可选地，在本实施例中，M个电场测量装置120中的每个电场测量装置120为同一型号。同一型号的电场测量装置120可以使得在空间测量时，积累在电场测量装置120表面的电荷量相当，从而使得电场测量装置120 表面的电荷量引起空间电场畸变的结果也是等同的，也就是说同一类型的电场测量装置120产生的干扰电场的干扰效果是等同的，因此，可以容易地将干扰电场进行抵消，使得空间直流电场测量设备100测量结果更加准确。

电场测量装置120包括探头和底座，探头设置在底座上。探头包括：转子和定子。转子为在具有一定直径长度的圆盘上开若干个扇形面的旋转叶片，底座上安装有一支撑轴，转子安装在支撑轴上，并且可以以支撑轴为轴心旋转，用于周期性遮挡定子。

详细地，转子为在直径为20㎝的圆形上开了6个均匀分布的扇形面。定子为固定的传感器，即感应电极，用于感应电场信号。底座为金属外壳形成的腔体，腔体内部设置有电场测量装置120中的控制电路及电机部分。通过金属外壳形成的底座腔体构型可以有多种，例如，由腔体的构型可以为上下直径大小相同的圆柱体、直径下宽上窄的圆台体或者规则的多面体。

可选地，在本申请实施例中，腔体的构型为直径下宽上窄的圆台体。圆台体可以因为上窄下宽的结构保证电场测量装置120与电场测量装置120 连接的稳定性，且相较于圆柱体的结构在连接时可以使得电场测量装置120 与电场测量装置120连接面小，降低制作工艺上的成本。详细地，探头中的旋转叶片的孔径小于金属外壳的上端孔径，这样可以使得在一个电场测量装置120与另一个电场测量装置120连接时，即通过电场测量装置120 的金属外壳在与外部进行连接时，旋转叶片可以绕中心轴旋转。其中，本实施例中下指的是靠近地面的一端，距离地面较远的一端为上，本实施例中的定义的上、下仅仅是为了对方案进行清楚的限定，不对上、下做具体限定。

空间直流电场测量设备100包括了M个电场测量装置120，绝缘支架 110上设置有导电连接件130，每两个电场测量装置120通过连接导电连接件130形成电连接。每两个电场测量装置120电连接，最终可以使得M个电场测量装置120中每个电场测量装置120与每个电场测量装置120之间电连接。

导电连接件130连接电场测量装置120，实现电场测量装置120与电场测量装置120之间形成电连接。那么，导电连接件130的材料须为非绝缘材料，才可以使得电场测量装置120与电场测量装置120之间具有良好的电连接。常见的非绝缘材料包括金属材料、合金、复合金属和复合型高分子导电材料，可选地，在本实施例中，导电连接件130的材料为金属。

详细地，导电连接件130的材料为铜，铜的导电性在金属材料中位列第二，具有良好的导电性，且导电连接件130的形状可以为圆形。选择导电连接件130的形状为圆形是因为在周长相同的情况下，圆的面积最大，面积大可以更利于在导电连接件130上设置电场测量装置120。

通过在导电连接件130上开设至少N个通孔，至少N个通孔中每个通孔用于固定电场测量装置120，其中，N为不大于M的正整数。通孔个个数取决于电场测量装置120与电场测量装置120之间的连接方式，不同的连接方式，N的数值不同。可理解到的是，通孔用于固定电场测量装置120，则至多一个电场测量装置120对应一个通孔，电场测量装置120的数量为M个，那么，N的数值应该为不大于M的整数。

导电连接件130的结构可以为：导电连接件130包括M\/2个导电子连接件，每个导电子连接件均与M\/2组测量装置中对应的一组测量装置中的两个电场测量装置120连接，每两个导电子连接件连接；或者为M\/2个导电子连接件通过一体成型的方式形成导电连接件130。可选地，在本实施例中，导电连接件130的结构为导电连接件130包括M\/2个导电子连接件，每个导电子连接件均与M\/2组测量装置中对应的一组测量装置中的两个电场测量装置120连接，每两个导电子连接件连接。导电连接件130这种结构可以便于根据实际应用环境自由组合不同个电场测量装置120对空间电场进行测量，并且单独连接相较于一体成型的制作工艺更容易实现，经济成本更低。

详细地，若M的数值为大于1的偶数，那么，这M个电场测量装置120中对应的两个电场测量装置120形成一组测量装置，共M\/2组测量装置，其中，M为大于1的偶数；任一组测量装置中：一个电场测量装置120 的探测方向沿远离导电连接件130的第一方向延伸且另一个电场测量装置 120放入探测方向沿远离导电连接件130的第二方向延伸，其中，第二方向与第一方向相反；以及，任一组测量装置中一个电场测量装置120和另一个电场测量装置120在第一方向或第二方向上的投影关系为：至少部分重合和不重合中的任一种关系；以及，任一组测量装置中一个电场测量装置 120产生的干扰电场和另一个电场测量装置120产生的干扰电场形成抵消。

在任一组测量装置中，每个电场测量装置120中探头所朝向的方向为该电场测量装置120的探测方向，且一个电场测量装置120与另一个电场测量装置120通过导电连接件130连接。一个电场测量装置120的探测方向沿远离导电连接件130的第一方向延伸且另一个电场测量装置120的探测方向沿远离导电连接件130的第二方向延伸。

作为第一种可能的方式，任一组测量装置的连接方式可以为：在导电连接件130上开设一个通孔直径小于电场测量装置120的底部下沿处的直径，且不小于电场测量装置120的探测方向处的直径的通孔，先将一个电场测量装置120的探头朝向远离导电连接件130的第一方向从通孔穿过，通孔卡住了底座的外壳底部下沿，使得该电场测量装置120可以安装在导电连接件130上，不会在导电连接件130上的滑动；再将另一个电场测量装置120的探头朝向远离导电连接件130的第二方向，叠放在已经固定的电场测量装置120中的底座上。本实施例中的叠放指的是按照一个电场测量装置120的底座与另一个电场测量装置120的底座完全重合放置，第一方向与第二方向相反，即第一方向与第二方向之间的角度差值可以为180°，底座的外壳底部下沿指的是圆台结构中的直径较大的一端。

这种连接方式形成的结构，在通过两个电场测量装置120组成一组测量装置时，一组测量装置对应一个通孔。若M\/2组测量装置均采用第一种可能的方式连接，那么，导电连接件130上对应有M\/2个通孔。

第一种可能的方式中的结构中，在任一组测量装置中，一个电场测量装置120在第一方向上的投影和另一个电场测量装置120在第一方向上的投影关系可以为完全重合。若在将另一个电场测量装置120的探头朝向远离导电连接件130的第二方向，叠放在已经固定的电场测量装置120中的底座上时，该叠放为未完全重合的叠放，那么，一个电场测量装置120在第一方向上的投影和另一个电场测量装置120在第一方向上的投影关系可以为部分重合。

作为第二种可能的方式，任一组测量装置的连接方式可以为：导电连接件130包括第一导电连接件130和第二导电连接件130，第一导电连接件 130与第二导电连接件130可以平行设置，第一导电连接件130与第二导电连接件130之间的平行距离为电场测量装置120中的底座高度，第二导电连接件130所在的位置高度高于第一导电连接件130所在的位置高度。第一导电连接件130与绝缘支架110连接，在第一导电连接件130上开设一个通孔直径不大于电场测量装置120的探测方向处的直径的通孔，将一个电场测量装置120的探头朝远离第一导电连接件130和第二导电连接件130 的第一方向从第一导电连接件130的通孔穿过，通孔卡住电场测量装置120 的探头。在第二导电连接件130开设另一个通孔直径不大于电场测量装置 120的探测方向处的直径的通孔，将另一个电场测量装置120的探头朝远离第二导电连接件130的第二方向从第一导电连接件130的通孔穿过，通孔卡住电场测量装置120的探头。通过第一导电连接件130上的通孔卡住的探头的探测方向为远离第一导电连接件130且朝向地面的第一方向，通过第二导电连接件130上的通孔卡住的探头的探测方向为远离第二导电连接件130且朝向空间中的第二方向，第一方向与第二方向之间的角度差值可以为180°。

这种连接方式形成的结构，在通过两个电场测量装置120组成一组测量装置时，一组测量装置对应两个通孔。若M\/2组测量装置均采用第二种可能的方式连接，那么，导电连接件130上对应有M个通孔。结合第一种可能方式的结构所对应的通孔数量，可以得到通孔的数量不大于M个。

第二种可能的方式中的结构中，在任一组测量装置中，因为两个电场测量装置120对称分布在以绝缘支架110为中心的两侧，因此，一个电场测量装置120在第一方向上的投影和另一个电场测量装置120在第一方向上的投影关系可以为不重合。

在本实施例中，第一导电连接件130开设通孔处，一个电场测量装置 120的探头朝着远离第一导电连接件130的第一方向，底座与第二导电连接件130连接，第二导电连接件130开设另一个通孔处，另一个电场测量装置120的探头朝着远离第二导电连接件130的第二方向，底座与第一导电连接件130连接，只将探头露在空间电场中，则导电连接件130相当于接地平面，被测电场可以在这个平面形成均匀的分布，避免了探头处的电场突变，导致被测电场的误差。

可选地，第一导电连接件130开设的通孔位置与第二导电连接件130 开设的通孔以第一导电连接件130和第二导电连接件130中心作为对称中心，对称分布在两侧。通孔对称分布在两侧可以提高空间直流电场测量设备100的稳定性。

假设，电场测量装置120中的探头直径为20㎝，探头高度为5厘米，电场测量装置120中的底座高度为10㎝。在第一种可能的方式中，在导电连接件130上开设的通孔的直径可以为20㎝，在垂直方向，两个电场测量装置120的探头之间的距离可以为两个电场测量装置120中的底座的高度，即30㎝，在水平方向，电场测量装置120中的探头没有位置差异。在第二种可能的方式中，在第一导电连接件130和第二导电连接件130上开设的通孔的直径可以为20㎝，电场测量装置120中的探头与探头在垂直向距离可以为20㎝，在水平面上两个探头之间的距离可以为40㎝以上，该40㎝包括：探头直径为20㎝、第一导电连接件130上通孔与绝缘支架110的距离至少为10㎝和第二导电连接件130上通孔与绝缘支架110的距离至少为 10㎝，第一导电连接件130上通孔与绝缘支架110的距离至少为10㎝是为了避免绝缘支架110上积累的电荷影响空间电场的测量。

可选地，在第一种可能的方式中，可以在绝缘支架110上设置一个绝缘材料制成的横杆，通过横杆将电场测量装置120与绝缘支架110连接起来，使得电场测量装置120与绝缘支架110保持一定的距离，这样可以有效避免绝缘支架110上积累的电荷影响空间电场的测量，一定的距离可以为任意的距离，不做限定，在本实施例中，该距离可以为10㎝。

容易理解到的是，对比第一种可能的方式和第二种可能的方式这两种方式中的结构，第一种可能的方式中的结构适用于测量在水平方向上电场变化大，而在垂直方向上电场变化小的场景，这是因为第一种可能的方式中的结构在垂直方向中具有较大的高度差异，而如果被测电场为在垂直方向上随距离的变化而变化较大的场合，那么，第一种可能的方式中的结构中的两个探头测量的电场值差别大，最终使得测量误差大。第二种可能的方式中的结构适用于测量在垂直方向上电场变化大，而在水平方向上电场变化小的场景，这是因为第二种可能的方式中的结构在水平方向中具有较大的距离差异，而如果被测电场为在水平方向上随距离的变化而变化较大的场合，那么，第二种可能的方式中的结构中的两个探头测量的电场值差别大，最终使得测量误差大。另外，第二种可能的方式中的结构比第一种可能的方式中的结构更稳定，具有更强的抗风性。

空间直流电场测量设备100还包括处理装置，处理装置用于对获得的每组测量装置的电场值进行求差处理后，获得共M\/2个电场值差值，每个所述电场值差值再与2相除获得M\/2个电场值差值平均值，并将每个所述电场值差值平均值的平方值与每个所述电场值差值平均值的平方值之间的和值的开方值确定为所述待测电场的场强大小，其中，对所述每组测量装置的电场值进行求差处理将每组测量装置中的由所述电场测量装置形成的干扰电场的干扰电场值抵消。其中，处理装置为具有处理单元的装置，例如个人电脑、平板电脑、智能手机。可选地，在本实施例中，处理装置为个人电脑。个人电脑具有高的处理速度，可以快速基于获得的M个电场值确定出待测电场的场强大小。

可选地，每组测量装置可以设置为朝向空间的不同方向。可以以空间的一点作为坐标原点，建立空间直角坐标系。朝向各个不同方位方向上的场强均可以分解至坐标系上的坐标轴的方向上。若坐标轴上的每个方向均只包括一组测量装置，那么，将每组测量装置获得的电场差值平均值的平方值与每个电场值差值平均值的平方值之间的和值的开方值确定为待测电场的场强大小。若坐标轴上的任一方向上包括至少两组测量装置，那么，先获得该方向上的电场差值平均值的平均值，再基于电场差值平均值的平均值，将电场差值平均值的平均值的平方值与每个电场值差值平均值的平方值或每个电场值差值平均值之间的和值的开方值确定为所述待测电场的场强大小。

每个空间直流电场测量设备100中的电场测量装置120通过无线传输的方式将测得待测电场的共M个电场值传输至处理装置。无线传输的方式包括蓝牙无线传输、WiFi无线传输和ZigBee无线通信，可选地，在本实施例中，无线传输方式为WiFi无线传输。WiFi无线传输传输速度快，并且通信距离远。

通过M个电场值确定出待测电场的场强大小的原理为：

空间直流电场测量设备100在测量空间时，一组测量装置中的两个电场测量装置120所对应的两个探头和底座的金属外壳上均会持续有电荷积累，由于两个电场测量装置120的外壳为金属导体，且通过中间的导电连接件130连接，电荷会在导体表面形成等电位且电场方向一致。测量值为金属外壳上积累的电荷产生的场和被测电场的叠加。由于电荷在电场测量装置120的表面等电位，所以一个探头累积电荷产生的场和另一个探头累积电荷产生的电场均为Ei(t)，这里Ei(t)是随着累积的电荷量增加而增大的。空间中的被测电场，由于探头的位置基本相同，被测电场方向相同，探头的方向相反，因此一个探头测量的合成电场为Ed，另一个探头测量的合成电场为-Ed。

一个探头的测量值为：

E1＝Ei(t)+Ed； (1)

另一个探头的测量值为：

E2＝Ei(t)-Ed； (2)

合成电场为：

Ed＝(E1-E2)\/2 (3)

上述原理为一组测量装置进行测量的原理，要获得空间直流电场中的总场强大小，需要将通过上述公式1、公式2和公式3获得的M\/2组的测量装置的合成电场场强大小进行进一步的处理。若M为2，则通过上述公式1、公式2和公式3获得的合成电场场强大小就为空间直流电场中的总场强大小。若M为4，则可以通过先将公式1、公式2和公式3获得共2组沿不同方向设置的测量装置的合成电场场强中的每组合成电场场强进行平方操作，再将这两个平方值相加后得到一个和值，最后将这个和值进行开方操作后得到空间直流电场中的总场强大小。若M为6，则可以通过先将公式1、公式2和公式3获得共3组沿不同方向设置的测量装置的合成电场场强中的每组合成电场场强进行平方操作，再将这三个平方值相加后得到一个和值，最后将这个和值进行开方操作后得到空间直流电场中的总场强大小。该空间直流电场中的总场强大小即为待测电场的场强大小。

需要说明的是，由于所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本申请实施例提供了一种空间直流电场测量设备，设备包括：绝缘支架；M个电场测量装置，M个电场测量装置设置在绝缘支架上且，每两个电场测量装置电连接，其中，M为大于1的整数；其中，在空间直流电场测量设备置于待测电场中，每个电场测量装置在待测电场中产生一个干扰电场，且至少两个电场测量装置一共产生的至少两个干扰电场形成抵消。设备中包括M个电场测量装置，在测量空间电场中，基于M个电场测量装置获得的M个电场值，可以通过计算将电场测量装置产生的干扰电场抵消，进而提高空间直流电场测量设备在测量空间电场时的准确度。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。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。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

设计图

空间直流电场测量设备论文和设计

空间直流电场测量设备论文和设计

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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