电场测量的方法及其测量系统的制作方法
【专利摘要】电场测量的方法及其测量系统涉及一种具有微型探头的适用于高强度电场测量的方法及其数字式测量系统，适用于DC到AC、电器表面空间电场到环境空间电场的测量。本发明测量系统由电场传感器、数据处理系统、通信系统、定位系统、校正系统和电源组成，通信系统端口分别与定位系统端口、校正系统端口、数据处理系统端口、电场传感器端口相连；所述数据处理系统通过通信系统从电场传感器、校正系统、定位系统获取数字信息或向电场传感器、校正系统、定位系统发送指令；所述定位系统通过对被测对象和电场传感器的定位检测获取被测对象和电场传感器的位子及外形几何信息。
【专利说明】电场测量的方法及其测量系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电场测量的方法及其测量系统，特别涉及一种具有微型探头的适用于高强度电场测量的方法及其数字式测量系统，适用于DC到AC、电器表面空间电场到环境空间电场的测量。
【背景技术】
[0002]现有技术下,有很多环境空间电场测量系统，但没有一款可用于带电电器表面空间电场测量的电场测量系统(现有电场测量系统电场传感器探头包含较多的金属部件，易畸变原有电场，使得测量电场为实际电场的畸变电场)。因此在现有技术下，多数电器产品关于表面电场的优化设计是基于计算机仿真结果。
[0003]此外，现有的DC/AC电场测量方法主要包括:粒子漂移法、小球法(球隙法)、电位平衡法、感应电荷法、电荷捕捉法、应变光学材料法。这些方法各具优点但同时存在一些不足之处。
[0004]I)粒子漂移法测量精度高但测量范围窄，不能用于强电场测量。
[0005]2)小球法因受影响因素多，稳定性差且精度低。
[0006]3)电位平衡法操作复杂，且精度差。
[0007]4)电容充电法和电荷捕捉法因具有大体积的金属探头对原有电场畸变影响大，不适用于超高电场强度(10~6kV/m以上)测量。
[0008]5)应变光学材料法易受诸如温度湿度等环境因素影响。
【发明内容】
[0009]本发明就是针对上述问题，提供一种测量精度高、可采集测量点相对位置的适用于高强度电场测量的方法及其数字式测量系统。
[0010]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明测量系统由电场传感器、数据处理系统、通信系统、定位系统、校正系统和电源组成，通信系统端口分别与定位系统端口、校正系统端口、数据处理系统端口、电场传感器端口相连。
[0011]所述数据处理系统通过通信系统从电场传感器、校正系统、定位系统获取数字信息或向电场传感器、校正系统、定位系统发送指令。
[0012]所述定位系统通过对被测对象和电场传感器的定位检测获取被测对象和电场传感器的位子及外形几何信息，并将信息传回数据处理系统。
[0013]所述数据处理系统向校正系统发出充电或校正指令，校正系统对电场传感器充电或校正，并将电压数据传回数据处理系统。
[0014]所述数据处理系统向电场传感器发出测量指令，电场传感器对电场进行测量，并将电场信息传回数据处理系统。
[0015]作为一种优选方案，本发明所述电场传感器包括探头、摄像机、激光背板、激光枪和机架，探头设置在机架横向前侧中部；探头包括透明壳体包裹的真空室，真空室内设置有绝缘杆、探测球和平面镜，平面镜竖直设置在真空室的后侧，平面镜中间与绝缘杆一端连接，绝缘杆另一端与真空室前侧的探测球相连，绝缘杆与金属线垂直连接，金属线两端与真空室上下壁连接，探测球下方的壳体为波纹管结构，波纹管与竖杆充电电极相连，充电电极穿通波纹管结构，上端位置相应于探测球设置；所述激光背板相应于平面镜设置在机架的后侧上部，激光枪相应于探头设置在机架的后侧下部，摄像机设置在激光背板后方的机架上。
[0016]作为另一种优选方案，本发明所述壳体下部前侧设置有与机架连接的活动拆装部件(便于探头的拆装)。
[0017]作为另一种优选方案，本发明所述探测球、平面镜、绝缘杆组合体重心与金属线重
心重合。
[0018]作为另一种优选方案，本发明所述探测球为表面喷金的塑胶球。
[0019]作为另一种优选方案，本发明所述的校正系统包含平板电极、棒电极、可编程直流电源，平板电极和棒电极分别连接于可编程直流电源两输出端。
[0020]其次，本发明所述的定位系统包含APS-GPS定位系统和激光定位系统。
[0021]另外，本发明所述的通信系统包括光纤通信接口、远程无线网络通信接口和近程无线通信接口 ；通信系统通过光纤通信接口分别与校正系统、电场传感器、定位系统相连，通信系统通过远程无线网络通信接口和近程无线通信接口与数据处理系统相连。
[0022]本发明测量的方法包括充电、校验、定位、测量、验正五个步骤。
[0023]充电步骤。
[0024]I)将探头置于自然环境中。
[0025]2)将校正系统的平板电极紧贴着探头真空室的上表面。
[0026]3)将校正系统的棒电极与探头的充电电极相连，并使充电电极与测量小球接触。
[0027]4)调节可编程直流电源电压至U1，使探测球与平板电极组成的球-板电容系统充电。
[0028]5)T1时间后，保持Ul不变，快速使充电电极与探测球分离，并快速断开棒电极。
[0029]6)继续保持Ul不变，快速断开平板电极，探测球带Ql的电量。
[0030]7)调节可编程直流电源电压至0，移除平板电极。
[0031]校验步骤。
[0032]I)将探头置于自然环境中。
[0033]2)将校正系统的棒电极接地。
[0034]3)将校正系统的平板电极紧贴于探头真空室的侧表面。
[0035]4)使可编程直流电源输出有效值为U2，频率与被测工频电场频率一致的正弦波。
[0036]5)在U2的作用下，探测球处的空间产生电场Ε2，激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量。
[0037]6)将摄像机设置于拍照模式，对激光背板进行拍照。
[0038]7)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取U2产生的电场Ε2的比例幅值Α2等信息，记此比例参数集为G2。
[0039]8)根据Α2的值来预估探测球的充电量是否属于合理范围；若是，则调节可编程直流电源电压至0，移除平板电极，并进行下一个步骤；若不能，则重复充电步骤和校验步骤，直至是为止。
[0040]定位步骤。
[0041]I)将探头4置于需要测量电场的位置，用APS-GPS系统测量出探测系统的大致位置，坐标记录为PG1，PG2，…PGN。
[0042]2)用激光定位系统测量出探头与参照物、被测对象与参照物、探头与被测对象之间的相对位置关系，并分别记录为P11，P12，…P1N;P21，P22，...P2N ;P31，P32，…P3N。
[0043]测量步骤。
[0044]I)将探头置于被测量工频电场E3中。
[0045]2)激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量。
[0046]3)将摄像机设置于拍照模式，对激光背板进行拍照。
[0047]4)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取E3的比例幅值A3等信息，记此比例参数集为G3。 [0048]5)比较被测电 场E3参数集G3与已知电场E2参数集G2中的信息，得到被测电场E3的实际参数。
[0049]验证步骤。
[0050]I)将探头置于自然环境中。
[0051]2)将校正系统的棒电极接地。
[0052]3)将校正系统的平板电极紧贴于探头真空室的侧表面。
[0053]4)使可编程直流电源输出有效值为U2频率与被测工频电场频率一致的正弦波。
[0054]5)在U2的作用下，探测球处的空间产生电场E2，激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量。
[0055]6)将摄像机设置于拍照模式，然后对激光背板进行拍照。
[0056]7)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取U2此时产生的电场E4的比例幅值A4等信息，记此比例参数集为G4 ；比较G4与G2，若相同参数变化在合理范围内，则视测量步骤所得参数集G3正确；否则重复上述充电、校验、定位、测量四个步骤，直至正确为止。
[0057]作为一种优选方案，本发明Tl时间大于Is ;摄像机拍照曝光时间大于15ms，小于35ms ο
[0058]作为另一种优选方案，本发明所述比例参数集G中包含电场幅值、频频、纹波特性参数；所述定位数据PGN、PIN、P2N、P3N用于创建三维数据模型。
[0059]本发明有益效果。
[0060]本发明精度高(校正系统可设置充电电量)、强度范围宽(探头无电子电路，不必考虑绝缘问题)、可用于电器表面空间电场和环境空间电场测量(体积小，金属部件少，对强电场畸变小)。
[0061]具体的说有以下有益效果。
[0062]1.本发明的传感器探头体积小、金属部件少，对测量点成畸变影响小。
[0063]2.本发明的传感器探头结构简单，可做得很小，利于在狭小空间内使用。
[0064]3.本发明的传感器探头完全由非电子元件构成，适用于高强度电场测量。
[0065]4.本发明的定位系统可以采集测量点的相对位置关系。[0066]5.通过本发明的数据处理系统对电场数据和相对位置关系数据处理，可获得被测对象周围空间电场特征。
[0067]6.本发明的结构简单，各自系统分工明确，易于实施。
[0068]7.本发明可以较为准确地测量带电电器产品表面空间电场强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0069]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
[0070]图1为本发明系统结构图。
[0071]图2为本发明传感器结构图。
[0072]图3为本发明传感器探头结构图。
[0073]图4为本发明校正系统结构图。
[0074]图5为本发明探测原理说明图。
[0075]图6为本发明探测原理光学辅助说明图。
[0076]图7为本发明校正系统可编程直流电源框图。
[0077]图中标号:1绝缘杆；2探测球；3真空室；4探头；5平面镜；6摄像机；7激光背板；8激光枪；9光路；10充电电极；11波纹管；12接校正系统棒电极处；13金属线与绝缘杆的结合处；14金属线；15拆装部件；16平板电极；17棒电极。
【具体实施方式】
[0078]如图所示，通过对电场对带电体的作用力(电场力)的测量来间接测量电场，其特点是。
[0079]首先，通过弹性细线将作用在带电体上的电场力转换成角度量。
[0080]然后，通过光杠杆将此角度量隔离高压电场传递至激光背板并放大成位移量。
[0081]接着，用摄像机6将此位移量转换为图像数字信号。
[0082]最后，通过微机图像处理，得到电场各参数，完成测量。
[0083]本发明给出的这种适用于高强度电场测量的数字式测量系统，其特点在于由电场传感器、数据处理系统、通信系统、定位系统、校正系统和电源组成。
[0084]其中通信系统实现各个子系统与数据处理系统之间数据的交换，数据处理系统通过通信系统实现从电场传感器、校正系统、定位系统获取数字信息或向电场传感器、校正系统、定位系统发送指令。
[0085]系统运行时，数据处理系统向定位系统发出定位指令，定位系统通过对被测对象和电场传感器的定位检测获取被测对象和电场传感器的位子及外形几何信息，并将信息传回数据处理系统。
[0086]系统运行时,数据处理系统向校正系统发出充电(或校正)指令，校正系统对电场传感器充电(或校正)，并将电压数据传回数据处理系统。
[0087]系统运行时，数据处理系统向电场传感器发出测量指令，电场传感器对电场进行测量，并经电场信息传回数据处理系统。
[0088]系统运行时，电源为各子系统供电。[0089]所述的电场传感器的结构如图2所示，包括:探头4、摄像机6、激光背板7、激光枪8和机架。其中，激光背板7上标有长度刻度信息，机架为探头4、摄像机6、激光背板7、激光枪8提供刚性固定条件。需要说明的是平面镜5、激光背板7和激光枪8三者中心位于同一平面内，三者的位置关系满足:传感器运作时，激光枪8发射出的激光通过金属线14 ;平面镜对激光反射的光线要在激光背板7的外形范围内，如图2所示，以便于光杠杆实现放大作用。
[0090]本发明所述的电场传感器的探头4结构如图3所示，包括:绝缘杆1、探测球2、真空室3、平面镜5、充电电极10、波纹管11和金属线14。其中，金属线14两端固定于真空室3中；金属线14与绝缘杆I的交接处13为刚性交接；探测球2与平面镜5分别固定于绝缘杆I的两端，三者的组合体重心与金属线14重合；充电电极10与波纹管11刚性连接在一起，且安装在探测球2的正下方，与探测球2组成常不连接结构，平时并不与探测球2相接触，充电时通过外力作用与探测球2接触，连成一体。此外，需要特别说明的是探测球2为喷金处理的轻质塑胶小球；整个真空室3应有一定的密封强度、绝缘强度和机械强度；金属线14在真空室内的固定位子应为探测球2的运动提供适当的空间。
[0091]所述的校正系统包含平板电极16、棒电极17、可编程直流电源。其中，平板电极16和棒电极17分别连接于可编程直流电源两输出端。
[0092]所述的定位系统包含APS-GPS定位系统和激光定位系统。
[0093]所述的通信系统包括光纤通信接口、远程无线网络通信接口和近程无线通信接口。其中，光纤通信接口用于图1所示的校正系统与通信系统的通信链路A、电场传感器与通信系统的通信链路B、定位系统与通信系统的通信链路C，近程无线通信系统和远程无线通信系统用于通信系统与数据处理系统的通信链路。
[0094]本发明的所有非金属部件均采用相对介电常数较小的材料做成(如钢化玻璃)。
[0095]所述的绝缘杆I可采用直径为200um，长度为20mm的石英杆。
[0096]所述的探测球2为经喷金处理的轻质小球；可采用表面喷金(喷金:采用喷涂方式实现镀金的一种加工手段)处理一个直径为2.5mm的EPS膨胀聚苯乙烯球，喷金厚度约5um，喷涂金属可采用铝。
[0097]所述的真空室3采用绝缘强度和机械强度均较高的透明材料制成，该材料应具有较小的光学折射率温度系数，以便减小应温度不均衡造成的光杠杆放大误差。真空室可以保持探测球带电量，并减小空气对运动的探测球的阻力，提高测量系统灵敏度和测量精度。真空室3可采用钢化玻璃制成。
[0098]所述的金属线14采用扭转弹性系数线性度较高的金属材料制成，且该金属材料延展性较好，易于被加工为直径为100微米级的金属线；可采用304不锈钢制成。
[0099]所述的金属线14两端垂直固定于真空室3的上下端面中间，需要说明的是其固定点应考虑为其他结构工作留出足够的空间。
[0100]所述的金属线14与绝缘杆I的交接处13为刚性连接，以保证能承受足够的转矩。
[0101]所述的探测球2与平面镜5分别固定于绝缘杆I的两端，三者的组合体重心与金属线14重合，以减小因重力引起的非线性弯扭转伸。
[0102]所述的充电电极10为金属材料制成的细电极，与波纹管11刚性连接在一起。充电电极10安装在探测球2的正下方，与探测球2组成常不连接结构。平时充电电极10不与探测球2相接触，充电时通过外力作用，与探测球2接触，连成一体。
[0103]所述的波纹管11平滑固定于真空室3的下端面，并且具有一定的绝缘强度和机械强度。在无外力作用时，波纹管11有足够的强度来克服气压作用，保持充电电极10与探测球2分离的分离状态；在外力作用时，波纹管11应适当变形，向真空室3内凹陷，使得充电电极10与探测球2接触。
[0104]所述传感器包含:探头4、摄像机6、激光背板7、激光枪8和机架(未指出)共5个部分。
[0105]所述的机架由介电常数较小的硬质绝缘材料制成(如钢化玻璃)，其功能是为探头
4、摄像机6、激光背板7、激光枪8提供刚性固定条件。需要说明的是在固定平面镜5、激光背板7和激光枪8时，平面镜5、激光背板7和激光枪8三者的中心位于同一平面内，三者的位置关系满足:传感器运作时，激光枪8发射出的激光通过金属线14 ;平面镜对激光反射的光线要在激光背板7的外形范围内，如图2所示，以便于光杠杆实现放大作用。
[0106]所述的平板电极16应为圆形，面积应远远大于传感器探头4的任何端面的面积，以便方便实现均匀电场。
[0107]所述的直流电源应具有可编程调压功能，正负输出极性可编程改变，具有O-1Kv连续可调输出能力，电压调整速率不低于500V/ms，在输出电压为IkV时，电流输出能力不低于IuA。
[0108]所述的平板电极16和棒电极17连接于可编程直流电源的两输出端。
[0109]所述的GPS定位系统可采用BeStar BD-126模块。
[0110]所述的激光定位系统可采用SICK DT50-P1113传感器。
[0111]本发明测量电场的步骤为:充电、校验、定位、测量、验正五个步骤。
[0112]充电步骤。
[0113]I)将探头4置于自然环境中。
[0114]2)将校正系统的平板电极16紧贴着探头4真空室3的上表面。
[0115]3)将校正系统的棒电极17与探头4的充电电极10相连，并使充电电极10与测量小球2接触。
[0116]4)调节可编程直流电源电压至Ul，使探测球2与平板电极16组成的球-板电容系统充电。
[0117]5)T1(T1时间用于去除环境中带电粒子，减小对后续测量步骤的影响)时间后，保持Ul不变，快速使充电电极10与探测球2分离，并快速断开棒电极17(Τ1时间大于ls，便于充分排出环境空间的带电离子)。
[0118]6)继续保持Ul不变，快速断开平板电极16，此时，探测球2带Ql的电量。
[0119]7)调节可编程直流电源电压至0，移除平板电极16，完成此步骤。
[0120]校验步骤。
[0121]I)将探头4置于自然环境中。
[0122]2)将校正系统的棒电极17接地。
[0123]3)将校正系统的平板电极16紧贴于探头4真空室3的侧表面。
[0124]4)使可编程直流电源输出有效值为U2频率与被测工频电场频率一致的正弦波。
[0125]5)在U2的作用下，探测球4处的空间产生电场E2，电场E2使探测球4摆动，因此金属线14扭转一个角度(垂直于附图纸面移动)，此角度经光杠杆放大，转换成激光背板7上激光点的位移量。
[0126]6)将摄像机6设置于拍照模式,并使曝光时间大于15ms且小于35ms,然后对激光背板7进行拍照。
[0127]7)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取U2产生的电场E2 (已知电场)的比例幅值A2等信息，记此比例参数集为G2。
[0128]8)根据A2的值来预估探测球2的充电量是否属于合理范围。若是，则调节可编程直流电源电压至0，移除平板电极16，并进行下一个步骤；若不能，则重复充电步骤和校验步骤，直至是为止。
[0129]定位步骤。
[0130]I)将探头4置于需要测量电场的位置，用APS-GPS系统测量出探测系统的大致位置，坐标记录为PG1，PG2，…PGN。[0131]2)用激光定位系统测量出探头4与参照物、被测对象与参照物、探头4与被测对象之间的相对位置关系，并分别记录为P11，P12，…P1N;P21，P22，...P2N ;P31，P32，…P3N。
[0132]测量步骤。
[0133]I)将探头4置于被测量工频电场E3中。
[0134]2)在电场E3的作用下，探测球2摆动，金属线14扭转一个角度，此角度经光杠杆放大，转换成激光背板7上激光点的位移量。
[0135]3)将摄像机6设置于拍照模式,并使曝光时间大于15ms且小于35ms,然后对激光背板7进行拍照。
[0136]4)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取E3 (被测电场)的比例幅值A3等信息，记此比例参数集为G3。
[0137]5)比较被测电场E3参数集G3与已知电场E2参数集G2中的信息，得到被测电场E3的实际参数。
[0138]验证步骤。
[0139]I)将探头4置于自然环境中(确保小球带电量，提高稳定性)。
[0140]2)将校正系统的棒电极17接地。
[0141]3)将校正系统的平板电极16紧贴于探头4真空室3的侧表面。
[0142]4)使可编程直流电源输出有效值为U2频率与被测工频电场频率一致的正弦波。
[0143]5)在U2的作用下，探测球2处的空间产生电场E2，电场E2使探测球2摆动，因此金属线14扭转一个角度，此角度经光杠杆放大，转换成激光背板7上激光点的位移量。
[0144]6)将摄像机6设置于拍照模式,并使曝光时间大于15ms且小于35ms,然后对激光背板7进行拍照。
[0145]7)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取U2产生的电场E4 (已知电场)的比例幅值A4等信息，记此比例参数集为G4。
[0146]8)比较G4与G2，若相同参数变化在合理范围内，则视测量步骤所得参数集G3正确；否则重复上述充电、校验、定位、测量四个步骤，直至正确为止。
[0147]需要说明的是。
[0148]I)比例参数集G中包含电场的特性参数，包括幅值、频频、纹波特性。[0149]2)定位数据PGN、P1N、P2N、P3N用于创建三维数据模型；可准确表示表面电场分布情况，可采用matlab创建。
[0150]补充说明。
[0151]测量原理具体说明。
[0152]充电步骤。
[0153]充电过程中，探测球2与平板电极16组成一个球一板电容系统，此电容系统的电容值为C。当对球一板电容系统施加电压U时，系统带电量。
[0154]Q = CxU (I) ο
[0155]保持电压U不变，移除棒电极17后，探测球2带电量为Q。
[0156]校正步骤。
[0157]因为真空室3内不是绝度真空，所以探测球2的带电量有可能减少，并且不是在电压U作用下的每次充电都能使探测球2带上值为Q的电量。该种情况下，校正系统检验校正探测球2的带电量。校正过程中，校正系统还将预判探测球2的带电量是否合理，若发现探测球2实际带电量过少或过多(带电过少将影响系统测量灵敏度，带电过多则可能导致超量程现象)，测量系统操作将退回充电步骤，调整探测球2的带电量。
[0158]测量步骤。
[0159]带电量为Q的探测球2在电场强度为E的电场中所受的电场力F。
[0160]F = QxE (2)。
[0161]电场力F在通过绝缘杆I作用于金属线的力矩T。
[0162]T = Fxa (3)。
[0163]在力矩T作用下，如图5所示，由探测球2、绝缘杆1、平面镜5组成的结构由实线位置转到虚线位，此时金属线的扭转角度α。
[0164]a = ~(4)。 [0165]β为平面镜5转动的角度，由几何原理知。
[0166]β = Cl (5)。
[0167]'Y为反射光线转动的角度，由光学原理知。
[0168] = 2 X β (6)。
[0169]为简化说明，如图5所示，以金属线14与绝缘杆I的结合处13为原点，并以过平面镜5中心、激光枪7中心的平面建立直角坐标系，光线I通过原点，并垂直于平面镜5，平面
镜5的中点为P，P坐标为(X0.y0)，光线I经平面镜5的反射光线为? (转动后为了··)。
[0170]由具体实施方案所述知,绝缘杆I垂直于平面镜5,则点P坐标满足。
【权利要求】
1.电场测量的方法，其特征在于包括充电、校验、定位、测量、验正五个步骤； 充电步骤: 1)将探头置于自然环境中； 2)将校正系统的平板电极紧贴着探头真空室的上表面； 3)将校正系统的棒电极与探头的充电电极相连，并使充电电极与测量小球接触； 4)调节可编程直流电源电压至Ul，使探测球与平板电极组成的球-板电容系统充电； 5)Tl时间后，保持Ul不变，快速使充电电极与探测球分离，并快速断开棒电极； 6)继续保持Ul不变，快速断开平板电极，探测球带Ql的电量； 7)调节可编程直流电源电压至O，移除平板电极； 校验步骤: 1)将探头置于自然环境中； 2)将校正系统的棒电极接地； 3)将校正系统的平板电极紧贴于探头真空室的侧表面； 4)使可编程直流电源输出有效值为U2，频率与被测工频电场频率一致的正弦波； 5)在U2的作用下，探测球处的空间产生电场E2，激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量； 6)将摄像机设置于拍照模式，对激光背板进行拍照； 7)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取U2产生的电场E2的比例幅值A2等信息，记此比例参数集为G2 ； 8)根据A2的值来预估探测球的充电量是否属于合理范围；若是，则调节可编程直流电源电压至O，移除平板电极，并进行下一个步骤；若不能，则重复充电步骤和校验步骤，直至是为止； 定位步骤: 1)将探头4置于需要测量电场的位置，用APS-GPS系统测量出探测系统的大致位置，坐标记录为PG1，PG2，…PGN; 2)用激光定位系统测量出探头与参照物、被测对象与参照物、探头与被测对象之间的相对位置关系，并分别记录为 P11，P12，…P1N;P21，P22，...P2N ;P31，P32，...P3N; 测量步骤: 1)将探头置于被测量工频电场E3中； 2)激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量； 3)将摄像机设置于拍照模式，对激光背板进行拍照； 4)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取E3的比例幅值A3等信息，记此比例参数集为G3 ； 5)比较被测电场E3参数集G3与已知电场E2参数集G2中的信息，得到被测电场E3的实际参数； 验证步骤: 1)将探头置于自然环境中； 2)将校正系统的棒电极接地； 3)将校正系统的平板电极紧贴于探头真空室的侧表面；4)使可编程直流电源输出有效值为U2频率与被测工频电场频率一致的正弦波； 5)在U2的作用下，探测球处的空间产生电场E2，激光背板检测激光枪射出光经平面镜反射的位移量； 6)将摄像机设置于拍照模式，然后对激光背板进行拍照； 7)将所得的照片通过通信系统实时传递给数据处理系统，数据处理系统从照片中读取U2此时产生的电场E4的比例幅值A4等信息，记此比例参数集为G4 ；比较G4与G2，若相同参数变化在合理范围内，则视测量步骤所得参数集G3正确；否则重复上述充电、校验、定位、测量四个步骤，直至正确为止。
2.根据权利要求1所述电场测量的方法，其特征在于所述比例参数集G中包含电场幅值、频频、纹波特性参数；所述定位数据PGN、PIN、P2N、P3N用于创建三维数据模型。
3.电场测量系统，其特征在于由电场传感器、数据处理系统、通信系统、定位系统、校正系统和电源组成，通信系统端口分别与定位系统端口、校正系统端口、数据处理系统端口、电场传感器端口相连； 所述数据处理系统通过通信系统从电场传感器、校正系统、定位系统获取数字信息或向电场传感器、校正系统、定位系统发送指令； 所述定位系统通过对被测对象和电场传感器的定位检测获取被测对象和电场传感器的位子及外形几何信息，并将信息传回数据处理系统； 所述数据处理系统向校正系统发出充电或校正指令，校正系统对电场传感器充电或校正，并将电压数据传回数据处理系统； 所述数据处理系统向电场传感器发出测量指令，电场传感器对电场进行测量，并将电场信息传回数据处理系统。
4.根据权利要求3所述电场测量系统，其特征在于所述电场传感器包括探头、摄像机、激光背板、激光枪和机架，探头设置在机架横向前侧中部；探头包括透明壳体包裹的真空室，真空室内设置有绝缘杆、探测球和平面镜，平面镜竖直设置在真空室的后侧，平面镜中间与绝缘杆一端连接，绝缘杆另一端与真空室前侧的探测球相连，绝缘杆与金属线垂直连接，金属线两端与真空室上下壁连接，探测球下方的壳体为波纹管结构，波纹管与竖杆充电电极相连，充电电极穿通波纹管结构，上端位置相应于探测球设置；所述激光背板相应于平面镜设置在机架的后侧上部，激光枪相应于探头设置在机架的后侧下部，摄像机设置在激光背板后方的机架上。
5.根据权利要求4所述电场测量系统，其特征在于所述壳体下部前侧设置有与机架连接的活动拆装部件。
6.根据权利要求4所述电场测量系统，其特征在于所述探测球、平面镜、绝缘杆组合体重心与金属线重心重合。
7.根据权利要求4所述电场测量系统，其特征在于所述探测球为表面喷金的塑胶球。
8.根据权利要求3所述电场测量系统，其特征在于所述的校正系统包含平板电极、棒电极、可编程直流电源，平板电极和棒电极分别连接于可编程直流电源两输出端。
9.根据权利要求3所述电场测量系统，其特征在于所述的定位系统包含APS-GPS定位系统和激光定位系统。
10.根据权利要求3所述电场测量系统，其特征在于所述的通信系统包括光纤通信接口、远程无线网络通信接口和近程无线通信接口 ；通信系统通过光纤通信接口分别与校正系统、电场传感器、定位系统相连，通信系统通过远程无线网络通信接口和近程无线通信接口 与数据处理系统相连。
【文档编号】G01R29/12GK103926475SQ201410137513
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】徐叶飞, 刘晓明 申请人:沈阳工业大学