一种空间电荷密度测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量系统，具体涉及一种空间电荷密度测量系统。
【背景技术】
[0002]直流输电线路下及换流站内的合成电场是直流输电电磁环境的一个重要参数，电晕产生的离子形成的电场作为合成场强的一部分，对合成场强值的影响很大。为研究我国特殊环境下的空间电荷密度与地面合成电场之间的关系，需要对空间分布的电荷密度进行测量。
[0003]目前用于电荷密度测量的方法主要有离子计数器法、电荷筛选法、法拉第笼法等，离子计数器法的原理为:当在构成传感器的两极板间加电压时，极板间便形成电场，在电场力的作用下，离子、电子将向相应的极板运动，测量其形成的电流，通过积分可得到一段时间内通过离子计数器的电荷数，使用流量计对流量进行测量，通过积分可得到一段时间内流经离子计数器的气体体积，从而通过电荷数与气体体积之比得到空间电荷密度。
[0004]现有成型的仪器主要针对空气中的负离子密度进行测量，很少涉及直流输电的空间电荷密度测量。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种空间电荷密度测量系统，实现了直流输电环境中空间电荷密度的自动测量、显示、存储以及分析，提高了测量的自动化程度及测量效率。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0007]本发明提供一种空间电荷密度测量系统，所述测量系统包括测量单元、无线传输单元和处理单元;所述测量单元与处理单元通过无线传输单元进行通信。
[0008]所述测量单元包括机械结构和电气结构，所述电气结构设置于机械结构的电路板上。
[0009]所述机械结构包括离子计数器传感器、屏蔽壳、绝缘层、流量计、风扇、信号传输屏蔽线、电气室、电路板、供电电池、安装座。
[0010]所述电路板和供电电池位于电气室内部，所述离子计数器传感器、流量计、风扇和电气室均位于绝缘层内部，所述屏蔽壳位于绝缘层外部，所述安装座位于屏蔽壳底部且与屏蔽壳为一体；
[0011]所述离子计数器传感器、流量计和风扇从上到下依次布置于绝缘层内的一侧，所述电气室布置于绝缘层内的另一侧；
[0012]所述离子计数器传感器通过信号传输屏蔽线与电路板连接。
[0013]所述离子计数器传感器用于获取空间电荷，并将空间电荷转换为电流信号;所述屏蔽壳用于屏蔽外界电磁干扰，所述绝缘层用于绝缘屏蔽壳与绝缘层内部的离子计数器传感器、流量计、风扇和电气室;所述流量计用于测量经过离子计数器传感器的气体流量，所述风扇用于将气体吸入离子计数器传感器;所述电气室用于安装电路板和供电电池，所述电路板用于气体流量和空间电荷的处理及空间电荷密度的传输，所述供电电池为所述测量系统供电。
[0014]所述流量计包括流量计A和流量计B ；
[0015]所述流量计A和流量计B分别设置在绝缘层和电气室上，且对称设置；
[0016]流量计A和流量计B均采用热式流量计；
[0017]所述风扇采用轴流风扇。
[0018]所述离子计数器传感器包括外极板、第一内极板、第二内极板和第三内极板；
[0019]所述外极板、第一内极板、第二内极板和第三内极板同轴，且均为圆柱形；
[°02°]所述外极板固定在绝缘层上，所述第一内极板、第二内极板和第三内极板从上至下依次设置，且所述第一内极板、第二内极板、第三内极板与外极板之间均通过聚四氟乙烯材料进行绝缘支撑。
[0021]所述电气结构包括信号处理电路、隔离电路、控制电路、检测电路和保护电路；
[0022]所述信号处理电路包括电流-电压转换电路、电压放大电路和滤波电路。
[0023]所述电流-电压转换电路将通过离子计数器传感器转换得到的电流信号转换为电压信号，该电压信号通过所述电压放大电路、滤波电路分别进行放大、滤波处理，经过放大、滤波处理后的电压信号通过隔离电路发送给控制电路，控制电路将经过放大、滤波处理后的电压信号转换为数字信号，再把该数字信号转换为空间电荷密度，该空间电荷密度通过无线传输单元传输给处理单元。
[0024]所述检测电路包括第一检测电路、第二检测电路和第三检测电路；
[0025]所述第一检测电路对气体流速进行检测，通过所述流量计得到经过离子计数器传感器的气体流量；
[0026]所述第二检测电路对第一内极板与外极板之间的电压、第二内极板与外极板之间的电压以及第三内极板与外极板之间的电压分别进行检测；
[0027]所述第三检测电路对供电电池的电量进行检测，当供电电池电量不足时进行报警提示；
[0028]所述保护电路对信号处理电路、隔离电路、控制电路和检测电路进行保护，防止外界恶劣电磁环境的电磁干扰对信号处理电路、隔离电路、控制电路和检测电路造成损坏。
[0029]所述处理单元采用数字信号处理器或工控计算机，处理单元接收无线传输单元传输的空间电荷密度后，对空间电荷密度进行显示、分析和存储。
[0030]与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果:
[0031]1、通过加入保护电路等使测量系统更适用于直流输电这一特殊强电场、强磁场的应用环境；
[0032]2、本发明提供的测量系统可以实现直流输电环境空间电荷密度的自动测量、显示、存储以及分析，提高了测量的自动化程度及测量效率；
[0033]3、本发明提供的测量系统可移动，并可实现不同位置的同时测量，这种方式测量得到的空间电荷密度，有利于对数据的分析；
[0034]4、测量的粒子迀移率范围宽，并可以将带电粒子分为不同迀移率范围同时进行测量，有利于雾霾等天气条件下空间粒子的荷电特性及其对合成电场影响的研究。
【附图说明】
[0035]图1是本发明实施例中空间电荷密度测量系统的分布式结构示意图；
[0036]图2是本发明测量装置机械结构剖面图；
[0037]图中，1-外极板，2-第一内极板，3-第二内极板，4-第三内极板，5-屏蔽壳，6_绝缘层，7-流量计，8-风扇，9-电气室，10-电路板，11-供电电池，12-安装座。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0039]本发明提供一种空间电荷密度测量系统，所述测量系统包括测量单元、无线传输单元和处理单元;所述测量单元与处理单元通过无线传输单元进行通信。
[0040]所述测量单元包括机械结构和电气结构，所述电气结构设置于机械结构的电路板10上。
[0041]所述机械结构包括离子计数器传感器、屏蔽壳5、绝缘层6、流量计7、风扇8、信号传输屏蔽线、电气室9、电路板10、供电电池11、安装座12。
[0042]所述电路板10和供电电池11位于电气室9内部，所述离子计数器传感器、流量计7、风扇8和电气室9均位于绝缘层6内部，所述屏蔽壳5位于绝缘层6外部，所述安装座12位于屏蔽壳5底部且与屏蔽壳5为一体；
[0043]所述离子计数器传感器、流量计7和风扇8从上到下依次布置于绝缘层6内的一侧，所述电气室9布置于绝缘层6内的另一侧；
[0044]所述离子计数器传感器通过信号传输屏蔽线与电路板10连接。
[0045]所述离子计数器传感器用于获取空间电荷，并将空间电荷转换为电流信号;所述屏蔽壳5用于屏蔽外界电磁干扰，所述绝缘层6用于绝缘屏蔽壳5与绝缘层6内部的离子计数器传感器、流量计7、风扇8和电气室9;所述流量计7用于测量经过离子计数器传感器的气体流量，所述风扇8用于将气体吸入离子计数器传感器;所述电气室9用于安装电路板10和供电