一种悬浮场磨装置及空间直流合成电场测量方法

技术领域

本发明涉及电场测量领域，并且更具体地，涉及一种悬浮场磨装置及空间直流合成电场测量方法。

背景技术

在直流输电工程中，当直流输电线路的表面场强超过其起晕场强时，线路周围的气体分子电离生成离子，并产生与其带电性质相同的空间电荷，此时，直流输电线路产生的标称电场与线路下方空间电荷激发的离子流场叠加形成合成电场。由于线路合成电场超过一定限值时，人在靠近或穿越线路邻近区域时，会产生“蛛网感”、“刺痛感”，而引发公众质疑直流输电工程的安全性。因此，合成电场强度是当前直流特高压输电工程环保验收的一项关键指标。目前，对于空间合成电场强度的测量主要采用了悬浮场磨装置，但传统的悬浮场磨装置采用了两个不同转速的电机来分别驱动两个感应探头，这显著增大了悬浮场磨装置的尺寸。

发明内容

根据本发明，提供了一种悬浮场磨装置及空间直流合成电场测量方法，解决了双电机造成的悬浮场磨装置尺寸过大的问题。

根据本发明的第一个方面，提供了一种悬浮场磨装置，所述装置包括感应探头6、动力件3以及绝缘壳体；

所述感应探头6和所述绝缘壳体的绝缘支座5同轴布置，所述动力件3 设置于所述感应探头6和所述绝缘壳体组成的封闭空间内；所述动力件3 的轴与所述感应探头6进行同轴固定连接，所述动力件3的主体与绝缘支座5进行同轴固定连接；

所述动力件3以至少两种不同的转速切换运转，所述感应探头6感应直流线路下方的合成电场。

可选地，所述装置还包括电路模块，所述电路模块包括动端电路模块 2以及静端电路模块4；

所述动端电路模块2的中心与所述动力件3的轴同轴固定相连，所述动端电路模块2的边缘与所述感应探头6的电极相连；

所述静端电路模块4的中心与所述动力件3的主体同轴固定相连，所述静端电路模块4的边缘与所述绝缘支座5通过固定剂同轴固定相连；

静端电路模块4通过电线与所述动力件3进行电气连接，控制所述动力件3以至少两种不同的转速定切换运转。

可选地，所述动端电路模块2将所述感应探头6的感应电流转换成电压输出信号，并同步所述电压输出信号的放大、滤波、采集、分析和传输；

所述动端电路模块2包括供电电路单元、信号调理电路单元、数据采集电路单元、数据分析电路单元和无线通信电路单元；

所述静端电路模块4对所述动力件3进行驱动与转速控制，使所述动力件3能够以第一转速ω

所述静端电路模块4包括供电电路单元和电机调速控制电路单元。

可选地，所述感应探头6与绝缘支座5之间留有预定距离的间隙。

可选地，所述绝缘支座5的内、外径均与所述感应探头6相同。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种场磨装置的空间直流合成电场测量方法，包括：

控制动力件以第一转速运转，获取感应探头随所述动力件同步转动产生的第一感应电流，转换所述第一感应电流为第一电压输出信号；

控制动力件以第二转速运转，获取感应探头随所述动力件同步转动产生的第二感应电流，转换所述第二感应电流为第二电压输出信号；

根据所述第一转速、第二转速、第一电压输出信号和第二电压输出信号进行联立求解计算，得到合成电场强度值。

可选地，控制动力件以第二转速运转之前，还包括：

存储所述第一转速和第一电压输出信号。

可选地，控制动力件以第二转速运转，包括：

判断当前电机转速是否为所述第一转速；

若当前电机转速为所述第一转速，控制所述动力件以第二转速运转。

可选地，控制动力件以第二转速运转，获取感应探头随所述动力件同步转动产生的第二感应电流，转换所述第二感应电流为第二电压输出信号后，包括：

存储所述第二转速和第二电压输出信号。

可选地，控制动力件以第一转速运转第一预设时间。

从而，采用一个动力件，即直流无刷电机通过程控方式使其以不同的转速进行稳定的变速运行，来实现空间合成电场强度的准确测量，减少了传统方案中电机数量，实现了悬浮场磨装置的小型化、轻量化。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本实施方式所述的悬浮场磨装置的剖视图；

图2为根据本实施方式所述的悬浮场磨A-A截面示意图；

图3为根据本实施方式所述的一种空间直流合成电场测量方法的流程示意图；

图4为根据本实施方式所述的一种空间直流合成电场测量方法的流程示意图；

图5为根据本实施方式所述的空间直流合成电场测量分析示意图。

图中：1第一电极，2动端电路模块，3动力件，4静端电路模块，5 绝缘支座，6感应探头，7绝缘螺栓，8电机绝缘固定螺栓，9第二电极， 601第一电荷感应区，602第二电荷感应区，603第一绝缘区，604第二绝缘区。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1是根据本申请一个实施例的一种悬浮场磨装置的示意性剖视图。所述装置包括感应探头6、动力件3以及绝缘壳体；

所述感应探头6和所述绝缘壳体的绝缘支座5同轴布置，所述动力件 3设置于所述感应探头6和所述绝缘壳体组成的封闭空间内；所述动力件3 的轴与所述感应探头6进行同轴固定连接，所述动力件3的主体与绝缘支座5进行同轴固定连接；

所述动力件3以至少两种不同的转速切换运转，所述感应探头6感应直流线路下方的合成电场。

如图1所示，本发明装置主要包括第一电极1，动端电路模块2，动力件(即直流无刷电机)3，静端电路模块4，绝缘支座5，感应探头6，绝缘螺栓7，电机绝缘固定螺栓8。直流无刷电机3布置在由感应探头6和绝缘支座5组成的封闭空间内，布置时，感应探头6和绝缘支座5同轴布置，且感应探头6和绝缘支座5之间留有约1mm宽的间隙，避免因两者之间的摩擦作用而导致场磨装置损坏。直流无刷电机6的轴与感应探头6之间通过一个绝缘螺栓7进行同轴固定连接。当直流无刷电机3工作时，电机轴带动感应探头6和动端电路模块2同步旋转。直流无刷电机3与绝缘支座8之间通过多个电机绝缘固定螺栓8进行固定连接。感应探头6一方面与直流无刷电机3的轴之间采用绝缘螺栓7进行固定相连，确保直流无刷电机3工作时能够驱动感应探头6同步旋转。另一方面，与动端电路模块 2之间采用两根电极进行焊接相连，感应探头6感应出的电流可以通过电极流入动端电路模块2中进行处理。动端电路模块2布置在由感应探头6 和绝缘支座5组成的封闭空间内，并通过绝缘螺栓7同轴固定在直流无刷电机3的轴上，当直流无刷电机3工作时，电机轴带动动端电路模块2同步旋转，并确保动端电路模块2与感应探头6之间无转速差。静端电路模块4布置在由感应探头6和绝缘支座5组成的封闭空间内，其中心与直流无刷电机3的主体同轴固定相连，边缘与绝缘支座5通过固定剂同轴固定相连。

本发明采用的感应探头6是由聚四氟乙烯等非极性绝缘材料制作而成的圆柱体结构，外径为80mm，壁厚为3mm，长度为100mm，用于阻隔空间自由电荷进入悬浮场磨装置内部，避免装置损坏。

优选地，本发明采用的直流无刷电机3用于给感应探头6的旋转提供动力，直流无刷电机3转速可达3000rpm，并且可采用程控调速方式使其变速运转。

如图2所示，本发明采用的感应探头6外表面有两处面积相等的电荷感应区，分别为第一电荷感应区601和第二电荷感应区602，和两处面积相等的绝缘区，分别为第一绝缘区603和第二绝缘区604，电荷感应区601 和602的面积远大于绝缘区603和604，电荷感应区601和602喷有1mm 厚的合金涂层，用于感应直流线路下方电场。

感应探头6的第一感应区601通过第一电极1与动端电路模块2进行电气焊接，感应探头6的第二感应区602与第二电极9与动端电路模块2 进行电气焊接，焊接位置位于第一感应区601和第二感应区602的中心。

可选地，所述装置还包括电路模块，所述电路模块包括动端电路模块2 以及静端电路模块4；

所述动端电路模块2的中心与所述动力件3的轴同轴固定相连，所述动端电路模块2的边缘与所述感应探头6的电极相连；

所述静端电路模块4的中心与所述动力件3的主体同轴固定相连，所述静端电路模块4的边缘与所述绝缘支座5通过固定剂同轴固定相连；

静端电路模块4通过电线与所述动力件3进行电气连接，控制所述动力件3以至少两种不同的转速定切换运转。

具体地，所述动端电路模块2包括供电电路单元、信号调理电路单元、数据采集电路单元、数据分析电路单元和无线通信电路单元，用于将所述感应探头6的感应电流转换成电压输出信号，并能同步所述电压输出信号的放大、滤波、采集、分析和传输，所述动端电路模块2布置在感应探头 6和绝缘支座8组成的封闭空间内，所述动端电路模块2的中心与直流无刷电机3的轴同轴固定相连，动端电路模块2的边缘与感应探头6通过第一电极和第二电极相连，当所述直流无刷电机3工作时，电机轴带动所述动端电路模块2同步旋转，所述动端电路模块2与所述感应探头6之间无转速差。

所述静端电路模块4包括供电电路单元和电机调速控制电路单元，用于对所述直流无刷电机3进行驱动与转速控制，使所述直流无刷电机3能够以两种不同的转速ω

可选地，所述动端电路模块2将所述感应探头6的感应电流转换成电压输出信号，并同步所述电压输出信号的放大、滤波、采集、分析和传输；

所述动端电路模块2包括供电电路单元、信号调理电路单元、数据采集电路单元、数据分析电路单元和无线通信电路单元；

所述静端电路模块4对所述动力件3进行驱动与转速控制，使所述动力件3能够以第一转速ω

所述静端电路模块4包括供电电路单元和电机调速控制电路单元。

具体地，动端电路模块2可以将感应探头6上的第一电荷感应区601 和第二电荷感应区602的感应电流转换成电压输出信号，并能同步完成电压输出信号的放大、滤波、采集、分析和传输功能。

静端电路模块4对直流无刷电机3进行驱动与转速控制，使直流无刷电机3能够以两种不同的转速ω

直流无刷电机3的第一转速为ω

可选地，所述感应探头6与绝缘支座5之间留有预定距离的间隙。

可选地，所述绝缘支座5的内、外径均与所述感应探头6相同。

本发明采用的感应探头6是由聚四氟乙烯等非极性绝缘材料制作而成的圆柱体结构，外径为80mm，壁厚为3mm，长度为100mm，用于阻隔空间自由电荷进入悬浮场磨装置内部，避免装置损坏。

优选地，本发明采用的直流无刷电机3用于给感应探头6的旋转提供动力，直流无刷电机3转速可达3000rpm，并且可采用程控调速方式使其变速运转。

如图2所示，本发明采用的感应探头6外表面有两处面积相等的电荷感应区，分别为第一电荷感应区601和第二电荷感应区602，和两处面积相等的绝缘区，分别为第一绝缘区603和第二绝缘区604，电荷感应区601 和602的面积远大于绝缘区603和604，电荷感应区601和602喷有1mm 厚的合金涂层，用于感应直流线路下方电场。

感应探头6的第一感应区601通过第一电极1与动端电路模块2进行电气焊接，感应探头6的第二感应区602与第二电极9与动端电路模块2进行电气焊接，焊接位置位于第一感应区601和第二感应区602的中心。

从而，采用一个动力件，即直流无刷电机通过程控方式使其以不同的转速进行稳定的变速运行，来实现空间合成电场强度的准确测量，减少了传统方案中电机数量，实现了悬浮场磨装置的小型化、轻量化。

根据本发明的另一个方面，提供了一种场磨装置的空间直流合成电场测量方法300，参考图3所示，该方法300包括：

S301:控制动力件以第一转速运转，获取感应探头随所述动力件同步转动产生的第一感应电流，转换所述第一感应电流为第一电压输出信号；

S302:控制动力件以第二转速运转，获取感应探头随所述动力件同步转动产生的第二感应电流，转换所述第二感应电流为第二电压输出信号；

S303:根据所述第一转速、第二转速、第一电压输出信号和第二电压输出信号进行联立求解计算，得到合成电场强度值。

具体地，图4为本发明所述的一种悬浮场磨装置空间直流合成电场测量方法的工作流程示意图。悬浮场磨装置的空间直流合成电场测量方法具体可描述为：

第一步，悬浮场磨装置上电启动，静端电路模块4中的电机调速控制电路单元控制直流无刷电机3以第一转速ω

第二步，在直流无刷电机3轴的联动下，感应探头6与直流无刷电机3 以转速ω

第三步，动端电路模块2中的信号调理电路单元将拾取的感应电流信号转换成电压信号，并进行适当的信号放大与滤波处理，以确保第一有效电压输出信号U

第四步，动端电路模块2中的数据采集电路单元将提取的第一有效电压输出信号U

第五步，动端电路模块2中的数据分析电路单元判断当前直流无刷电机 3的转速是否为第一转速ω

第六步，将动端电路模块2中的数据采集电路单元记录并保存的第一转速ω

根据图5所示的空间直流合成电场测量分析示意图。空间直流合成电场激发的感应电流i(t)由标称场E激发的感应电流i

其中，r为轻质合金感应探头1的外径，ε

优选地，当感应探头6随直流无刷电机3以第一转速ω

其中，k为电流-电压转换系数。

根据动端电路模块2中的数据采集电路单元记录并保存的第一转速ω

计算得到的合成电场强度值通过动端电路模块2中的无线通信电路单元与上位机进行实时通信与显示。

可选地，控制动力件以第二转速运转之前，还包括：

存储所述第一转速和第一电压输出信号。

可选地，控制动力件以第二转速运转，包括：

判断当前电机转速是否为所述第一转速；

若当前电机转速为所述第一转速，控制所述动力件以第二转速运转。

可选地，控制动力件以第二转速运转，获取感应探头随所述动力件同步转动产生的第二感应电流，转换所述第二感应电流为第二电压输出信号后，包括：

存储所述第二转速和第二电压输出信号。

可选地，控制动力件以第一转速运转第一预设时间。

从而，采用一个直流无刷电机3并通过程控方式使其以第一转速ω

从而，只需采用一个直流无刷伺服电机，而且直流无刷伺服电机可以通过程控方式使其以不同的转速进行稳定的变速运行，减少了传统方案中电机数量，实现圆柱形悬浮场磨装置的小型轻量化。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。