本实用新型涉及电压监测技术领域，尤其涉及非接触式电压传感器系统。
背景技术：
电压监测应用十分广泛。在石油、石化、工业生产等领域，通过监测易燃易爆危险品及其容器电压，能够及时获知危险品携带静电情况，对于静电超标现象进行预警以及联动控制，避免因静电放电引燃甚至引爆危险品。通过监测人体及设备电压，并对电压超标情况预警，及时提示人体释放静电、设备接地，也能够避免静电放电造成精密电路损伤、易燃易爆等危险品起火等事故。在电网领域，监测输电线路及相关电气设备的电压，能够反应电网的实时运行状态，为电力调配、故障诊断提供基本数据。
非接触式电压监测能够避免被测物对仪表及人体放电，具有测试方便、对被测物影响小、测试过程安全等优点。通过电场传感器测量被测物附近的电场，能够实现对被测物电压的测量，尤其是随着电场传感器技术的进步，小型化、微型化电场传感器为非接触式电压监测提供了便利性。然而，仅通过测量带电物附近电场，无法准确获知其电压情况，其原因在于，电场传感器的测试结果，不仅与被测物电压有关，还与测试距离、测试环境相关。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本实用新型为了提升非接触式电压监测的精度，提出一种非接触式电压传感器系统，引入了电场传感器、测距模块等关键部件。通过电场传感器测试带电体附近的电场强度，通过测距模块测试二者之间的距离，从而计算被测物的带电电压。
(二)技术方案
一种非接触式电压传感器系统，包括测量及通信电路和电场传感器，所述测量及通信电路与电场传感器连接；所述电场传感器用于测量电场强度；所述测量及通信电路用于采集和处理电场传感器的输出信号，得到被测带电物带电电压。
在本实用新型的一些示例性实施例中，还包括距离模块，所述测量及通信电路与距离模块连接；所述距离模块用于测量或限定电场传感器与被测带电物之间的距离，所述测量及通信电路用于采集和处理距离模块的输出信号，得到被测带电物带电电压。
在本实用新型的一些示例性实施例中，还包括感应电极和探头外壳；所述距离模块和电场传感器设置在探头外壳内部，所述感应电极设置在探头外壳外部并与探头外壳之间采用绝缘隔离层固定，所述感应电极与电场传感器通过导线连接，用于将感应电极的感应电荷传导到电场传感器表面。
在本实用新型的一些示例性实施例中，所述距离模块为测距模块，用于测量电场传感器与被测带电物之间的距离，所述测距模块固定在电场传感器前端或侧面。
在本实用新型的一些示例性实施例中，所述测距模块包括超声波测距模块、激光测距模块或红外测距模块。
在本实用新型的一些示例性实施例中，其中，所述距离模块为定距模块，用于确定电场传感器与被测物之间为预设距离，所述定距模块固定在电场传感器前端或侧面。
在本实用新型的一些示例性实施例中，所述定距模块为激光模块，包括至少两个发光单元，所述两个发光单元发出的光束在预设距离处光斑重合。
在本实用新型的一些示例性实施例中，所述探头外壳开设窗口，用于使距离模块发出的信号导出；和/或所述感应电极开设窗口，用于使距离模块发出的信号导出。
在本实用新型的一些示例性实施例中，所述电场传感器为静电场传感器或交流电场传感器。
在本实用新型的一些示例性实施例中，所述电场传感器限定一测量区域，被测带电物的运动路径至少部分落在所述测量区域；所述电场传感器用于测量被测带电物的电场强度并传输至测量及通信电路；所述测量及通信电路用于接收所述电场强度，并依照测量区域内被测带电物与电场传感器的最大距离的校准参数进行电压测试，当电场传感器的电场强度超过阈值时，发出被测带电物带电超标的预警信息。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本实用新型的非接触式电压传感器系统具有以下有益效果：
(1)引入测试距离参量，使传感器能够在多种测试距离下准确反演被测电压，无需担心测试距离引入的误差；
(2)与传统振动电容式非接触静电压表相比，本实用新型无闭环反馈电路，避免了反馈电极自身带高压电造成的放电危险，使用更安全、方便。
附图说明
图1是根据本实用新型第一实施例的可变测试距离非接触式电压传感器系统剖面示意图。
图2是根据本实用新型第二实施例的光学限定测试距离非接触式电压传感器系统剖面示意图。
图3是根据本实用新型第三实施例的限定测试空间非接触式电压传感器系统结构示意图。
其中：
1-感应电极，2-绝缘隔离层，3-测距模块，4-电场传感器，5-探头外壳，6-探头线，7-测量和通信电路，8-激光模块，9-光束汇聚点所在面，10-电场传感器，11-被测带电物相对运动路径，A-运动路径上测量区域的起点，B-运动路径上测量区域的终点，d-测量区域内电场传感器与被测带电物的最大测试距离。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
在本实用新型第一实施例提供了一种可变测试距离的非接触式电压传感器系统。图1为该系统的剖面示意图，请参照图1，该传感器系统包括：感应电极1、绝缘隔离层2、测距模块3、电场传感器4、探头外壳5、探头线6和测量及通信单元7。
其中，测距模块3与电场传感器4刚性固定在一起，从而可以保证测距模块能够准确测量出电场传感器与被测带电物之间的距离。
测距模块3为超声波测距模块、激光测距模块、红外测距模块等，固定在电场传感器4前端或侧面(图1中为前端)，从而避免测距信号被电场传感器4遮挡。
电场传感器4是静电场传感器或交流电场传感器，用于测量电场强度，包括场磨式、振动电容式、电子开关式、光学式、电容式、微机电系统式电场传感器等。对于采用微纳米加工技术制备而成的微机械结构芯片，通常需要封装管壳进行安置。电场传感器4还可以包括信号放大电路，从而延长信号传输距离。
感应电极1在探头外壳5前端，与电场传感器4之间采用导线相连，从而将感应电极上的感应电荷传导到电场传感器4表面。采用该电极式结构能够避免电场传感器直接暴露在外，从而避免电场传感器损坏，提升系统的环境适应性。一般情况下，感应电极1为圆形、圆角方形、球形等，并且在锐利处进行圆角或钝角处理，避免测试过程中发生尖端放电现象。感应电极1可以为金属材料或半导体材料。
感应电极1与探头外壳5之间采用绝缘隔离层2固定，固定方式可以为螺纹或螺丝固定，也可以采用胶粘、铆接等方式。探头外壳5用于容纳测距模块3及电场传感器4，材料为金属或半导体材料，接电路信号地。
在感应电极1及探头外壳5的前端开设窗口，用于使测距模块3发出的测距信号导通，窗口可以为开孔，也可以采用玻璃等材料进行适当密封。
感应电极1、绝缘隔离层2、测距模块3、电场传感器4和探头外壳5组成测试探头，在本实施例中，测量及通信单元7通过探头线6与测试探头中的测距模块3及电场传感器4相连，用于给二者供电，并采集、处理测距模块3及电场传感器4的输出信号，再结合标定系数计算出被测物带电电压情况。测量及通信单元7还可以包括显示屏用于显示测试结果及报警信息，其信号输出端口用于将解算出的测量结果输出给电脑等设备上，其还包括电池，用于给非接触式电压传感器系统供电。
需要说明的是，本实施例的测试探头与测量及通信单元分立设置，实际应用中也可以将二者加工成一体式结构。
在本实用新型第二实施例提供了一种光学限定测试距离的非接触式电压传感器系统。参见图2，与第一实施例的区别在于，将固定在电场传感器4的测距模块3更换为定距模块8。该定距模块包含至少2个发光单元，可同时向探头外射出激光束，光束汇聚点所在面9为被测面，其中，发光单元可以为激光光源。在感应电极1及探头外壳5前端适当开孔，使定距模块发出的光束可以穿出。
测试时，需将测试探头垂直于被测面9放置，调整探头与被测面9之间的距离使两束光束的光斑重合，使测试探头与被测面之间达到预设距离。读取电场传感器的输出，并参考电场传感器在该预设距离的标定参数，即可计算出被侧面的电压。
需要说明的是，第二实施例提供的是光学法限定测试距离，在实际应用中，也可以采用其他限定距离的方法。例如，测试前采用量尺测试探头与被侧面之间的距离，之后撤销量尺进行测量。采用夹具将探头与被测物固定在一起，固定后，探头与被测物之间为已知距离。此外，限定的距离可以为多个，不同的测试距离存在不同的校准参数。
在本实用新型提出的第三实施例提供了一种限定测试空间的非接触式电压传感器系统。对于被测物与测试传感器之间存在相对运动情况，测试探头可能无法及时对准被测物，从而确定二者之间的距离。本实施例提供的一种限定测试空间的非接触式电压传感器系统是一种非接触式电压传感器预警系统，用于被测带电物与电压传感器之间存在相对运动的情况，包括相互连接的电场传感器10和测量及通信单元，电场传感器用于测量电场强度，并定义电场传感器的测量区域，被测带电物的运动路径至少部分落在测量区域内。当被测带电物的运动路径11经过测量区域，测量及通信单元采集并处理电场传感器的输出信号。在测量区域内被测带电物与非接触式电压传感器之间存在最大测试距离d。
测试过程中，被测带电物沿路径进行运动，电场传感器测量被测带电物的电场强度并传输至测量及通信单元，测量及通信单元接收电场强度，依照上述的最大测试距离d对电场强度进行校准，并依照最大测试距离d的校准参数进行电压计算。当电场传感器的检测结果超过阈值，即认为被测物带电超标，测量及通信单元发出被测带电物带电超标的预警信息。
其原理在于，被测物与电场传感器10之间距离最远时，传感器探测到的电场最小，若该最小值超标，即可判定被测物带电超标。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本实用新型的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面实用新型的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。