一种基于电场传感器确定电场值的方法、装置和系统与流程

本申请涉及传感器应用技术领域，具体涉及一种基于电场传感器确定电场值的方法、装置和系统。

背景技术

电网是指电力系统中各种电压的变电站及输配电线路组成的整体。随着电网建设规模不断增大，电力运检工作的强度也在不断增大。由于电网中的输配电线路、变电站以及相关带电设备周围电场分布复杂，作业人员进行电力运检工作过程中容易误入危险区域造成触电事故的发生。

现有技术中，为了减少作业人员在电力运检工作过程中的安全隐患，采用电场预警装置来确定电场值的大小，其中，电场值指电场强度的大小。现有技术采用的电场预警装置通常包含电场传感器，利用电场传感器测得电场值的大小，将电场值与预先设定的阈值相比较，若电场值大于预先设定的阈值，则进行告警；若电场值小于预先设定的阈值，则不进行告警。

但是，配电线路、变电站以及相关带电设备周围电场分布复杂，而电场传感器仅能测量固定方向的电场值，若电场传感器所测电场方向与作业人员所处电场方向之间的角度发生变化，则会造成测量误差大的问题。

技术实现要素：

本申请提供一种基于电场传感器确定电场值的方法、装置和系统，以解决现有技术中，电场传感器所测电场方向与作业人员所处电场方向之间的角度发生变化，容易造成测量误差大的问题。

本申请的第一方面，提供一种基于电场传感器确定电场值的方法，所述方法应用于基于电场传感器确定电场值的系统中的mcu微处理器，所述系统还包括：第一电场传感器，第二电场传感器，第三电场传感器以及液晶显示器；

所述mcu微处理器与各个电场传感器之间，以及与液晶显示器之间通过连接线进行连接；

所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所在平面两两垂直；

所述方法包括：

在所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与自身所在平面垂直方向上分电场的电场值之后，所述mcu微处理器接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述分电场的电场值；

所述mcu微处理器根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值；

所述mcu微处理器将所述总电场的电场值传输至液晶显示器，以便所述液晶显示器显示所述总电场的电场值。

可选的，所述mcu微处理器根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值，包括：

所述mcu微处理器根据以下公式计算总电场的电场值：

其中，e为总电场的电场值，e1、e2和e3分别为所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值。

可选的，在所述mcu微处理器根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值之后，还包括：

所述mcu微处理器根据所述总电场的电场值、各个分电场的电场值，计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角；

所述mcu微处理器将各个所述夹角传输至所述液晶显示器，以便所述液晶显示器将由各个所述夹角形成的总电场方向作为场源方向，并在三维图中显示所述场源方向。

可选的，根据所述总电场的电场值、各个分电场的电场值以及总电场方向和分电场方向的夹角之间的关系，计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角，包括：

所述mcu微处理器根据以下公式计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角：

其中，α为总电场方向上任意一条直线与第一电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角，β为总电场方向上任意一条直线与第二电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角，γ为总电场方向上任意一条直线与第三电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角。

本申请的第二方面，提供一种基于电场传感器确定电场值的装置，所述装置应用于基于电场传感器确定电场值的系统中的mcu微处理器，所述装置包括：

接收模块，用于在所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与自身所在平面垂直方向上分电场的电场值之后，接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述分电场的电场值；

第一计算模块，用于根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值；

第一传输模块，用于将所述总电场的电场值传输至液晶显示器，以便所述液晶显示器显示所述总电场的电场值。

可选的，所述第一计算模块包括：

第一计算单元，用于根据以下公式计算总电场的电场值：

其中，e为总电场的电场值，e1、e2和e3分别为所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值。

可选的，所述装置还包括：

第二计算模块，用于在计算所述总电场的电场值之后，根据所述总电场的电场值、各个分电场的电场值，计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角；

第二传输模块，用于将各个所述夹角传输至所述液晶显示器，以便所述液晶显示器将由各个所述夹角形成的总电场方向作为场源方向，并在三维图中显示所述场源方向。

可选的，所述第二计算模块包括：

第二计算单元，用于根据以下公式计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角：

其中，α为总电场方向上任意一条直线与第一电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角，β为总电场方向上任意一条直线与第二电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角，γ为总电场方向上任意一条直线与第三电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角。

本申请的第三方面，提供一种基于电场传感器确定电场值的系统，所述系统包括mcu微处理器，第一电场传感器，第二电场传感器，第三电场传感器以及液晶显示器；

所述mcu微处理器与各个电场传感器之间，以及与液晶显示器之间通过连接线进行连接；

所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所在平面两两垂直；

所述mcu微处理器包括第二方面或第二方面的任意一种可能实现方式提供的装置。

可选的，所述mcu微处理器、第一电场传感器、第二电场传感器、第三电场传感器和液晶显示器分别安装于安装体不同的表面，所述安装体为正方体。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于电场传感器确定电场值的方法、装置和系统，其中，所述方法应用于基于电场传感器确定电场值的系统中的mcu微处理器，所述系统还包括：第一电场传感器，第二电场传感器，第三电场传感器以及液晶显示器；所述mcu微处理器与各个电场传感器之间，以及与液晶显示器之间通过连接线进行连接；所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所在平面两两垂直。

本申请通过mcu微处理器接收第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个分电场的电场值；根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值；再将所述总电场的电场值传输至液晶显示器，以便所述液晶显示器显示所述总电场的电场值。本申请利用三个电场传感器在三个正交方向上所测分电场的电场值，计算总电场的电场值，即使其中一个电场传感器的位置发生变化，三个电场传感器的相对位置并不会因此而变化，所以本申请方法测量得到的总电场的电场值与现有技术相比更加稳定，解决了现有技术中，电场传感器所测电场方向与作业人员所处电场方向之间的角度发生变化，容易造成测量误差大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于电场传感器确定电场值的方法工作流程示意图；

图2为本申请实施例提供的又一种基于电场传感器确定电场值的方法工作流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种基于电场传感器确定电场值的装置结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种基于电场传感器确定电场值的系统结构示意图。

图示说明：001-连接线；002-第一电场传感器、003-第二电场检测传感器、004-第三电场传感器；005-液晶显示器；006-安装体；007-mcu微处理器。

具体实施方式

为了解决现有技术中，电场传感器所测电场方向与作业人员所处电场方向之间的角度发生变化，容易造成测量误差大的问题，本申请通过以下各个实施例提供一种基于电场传感器确定电场值的方法、装置和系统。

本申请提供一种基于电场传感器确定电场值的方法，所述方法应用于基于电场传感器确定电场值的系统中的mcu微处理器，所述系统还包括：第一电场传感器，第二电场传感器，第三电场传感器以及液晶显示器；所述mcu微处理器与各个电场传感器之间，以及与液晶显示器之间通过连接线进行连接；所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所在平面两两垂直。

本申请实施例提供的电场传感器基于平板电容的原理制成，电场传感器所测电场垂直于该电场传感器所在平面，电场传感器根据该电场传感器所处位置的电场的强弱进行放大标定，进而确定电场传感器所处位置的电场值。

现有技术中，电场预警装置中包含的电场传感器的垂直中心线处于同一方向，也就是说，电场传感器仅能测量一个方向上的电场。而在一个或多个电场源固定不动的电场中，电场预警装置所测电场值的大小不仅与电场预警装置所处位置有关，还与电场预警装置中包含的电场传感器与电场线之间的夹角有关。即使在电场中的同一位置，电场传感器与电场线之间的夹角不同，测量到的电场值大小可能存在差异。针对这种情况，本申请实施例提供一种基于电场传感器确定电场值的方法，在三个正交方向上设置三个电场传感器，分别测量三个正交方向上分电场的电场值，再计算总电场的电场值。

参见图1所示的工作流程示意图，本申请实施例提供一种基于电场传感器确定电场值的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤101，在所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与自身所在平面垂直方向上分电场的电场值之后，所述mcu微处理器接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述分电场的电场值。

本申请实施例提供的电场值计算过程在mcu微处理器中进行，因此，各个电场传感器测得的电场值需要传输给mcu微处理器，mcu微处理器再进行相应的计算。

步骤102，所述mcu微处理器根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值。

电网中的带电设备周围电场分布复杂，电场强度的大小和方向难以确定，所以利用分电场的电场值计算总电场的电场值，其中，本申请所述分/总电场的电场值分别表示分/总电场强度的大小。

假设电场中的场源电荷的大小和位置一定，在由场源电荷激发的电场中，距离场源电荷近的位置电场值大，距离场源电荷远的位置电场值小。根据作业人员所处位置的电场值大小，可以确定场源电荷相对于作业人员的方位，进而确定作业人员是否处于危险区域。在电场中某一固定位置，若电场值大小和电场方向构成电场值矢量，该电场值矢量可以在三个正交方向上分解为三个分电场矢量，每个分电场矢量对应一个分电场的电场值，因此，可以利用三个分电场的电场值计算所述总电场的电场值。

步骤103，所述mcu微处理器将所述总电场的电场值传输至液晶显示器，以便所述液晶显示器显示所述总电场的电场值。

所述总电场的电场值表示作业人员所处位置的电场值，所述mcu微处理器将所述总电场的电场值传输至液晶显示器，作业人员通过液晶显示器显示的电场值判断自身是否处于危险区域。另外，液晶显示器也可以将所述总电场的电场值与与预先设定的阈值进行比较，通过比较结果判断作业人员是够处于危险区域。

本申请实施例通过步骤101至步骤103提供一种基于电场传感器确定电场值的方法，所述方法应用于基于电场传感器确定电场值的系统中的mcu微处理器，所述系统还包括：第一电场传感器，第二电场传感器，第三电场传感器以及液晶显示器；所述mcu微处理器与各个电场传感器之间，以及与液晶显示器之间通过连接线进行连接；所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所在平面两两垂直。该方法中，通过mcu微处理器接收第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个分电场的电场值；根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值；再将所述总电场的电场值传输至液晶显示器，以便所述液晶显示器显示所述总电场的电场值。本申请利用三个电场传感器在三个正交方向上所测分电场的电场值，计算总电场的电场值，即使其中一个电场传感器的位置发生变化，三个电场传感器的相对位置并不会因此而变化，所以本申请方法测量得到的总电场的电场值与现有技术相比更加稳定，解决了现有技术中，电场传感器所测电场方向与作业人员所处电场方向之间的角度发生变化，容易造成测量误差大的问题。

步骤102中，公开了根据各个电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值的操作。在本申请实施例提供的一种实现方式中，所述mcu微处理器根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值，包括：

所述mcu微处理器根据以下公式计算总电场的电场值：

其中，e为总电场的电场值，e1、e2和e3分别为所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值。

参见图2所示的工作流程示意图，本申请实施例提供的又一种基于电场传感器确定电场值的方法，包括：

步骤201，在所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与自身所在平面垂直方向上分电场的电场值之后，所述mcu微处理器接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述分电场的电场值。

步骤202，所述mcu微处理器根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值。

步骤203，所述mcu微处理器根据所述总电场的电场值、各个分电场的电场值，计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角。

本申请实施例提供的三个电场传感器所测分电场的电场值为矢量，所述分电场方向垂直于所述电场传感器所在平面，所述分电场的电场值大小为各个电场传感器的测量结果，总电场的方向和电场值的大小为各个所述分电场的电场值矢量的合成结果。所以，能够通过总电场的电场值、各个分电场的电场值，计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角。

步骤204，所述mcu微处理器将各个所述夹角传输至所述液晶显示器，以便所述液晶显示器将由各个所述夹角形成的总电场方向作为场源方向，并在三维图中显示所述场源方向。

液晶显示器根据各个所述夹角构建三维图，由总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角能够确定总电场方向，进而确定场源方向。

步骤205，所述mcu微处理器将所述总电场的电场值传输至液晶显示器，以便所述液晶显示器显示所述总电场的电场值。

步骤205可在步骤203或者步骤204之后执行，也可在步骤203或者步骤204之前执行，本申请不作具体限定。

其中，步骤201至步骤202的具体操作过程与步骤101至步骤102的具体操作过程相同，步骤205的具体操作过程与步骤103的具体操作过程相同，可相互参见，此处不再赘述。

步骤203中，公开了根据所述总电场的电场值、各个分电场的电场值以及总电场方向和分电场方向的夹角之间的关系，计算总电场方向和分电场方向的夹角的操作。在本申请实施例提供的一种实现方式中，根据所述总电场的电场值、各个分电场的电场值以及总电场方向和分电场方向的夹角之间的关系，计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角，包括：

所述mcu微处理器根据以下公式计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角：

其中，α为总电场方向上任意一条直线与第一电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角，β为总电场方向上任意一条直线与第二电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角，γ为总电场方向上任意一条直线与第三电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角。

下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。

参见图3所示的结构示意图，本申请实施例提供一种基于电场传感器确定电场值的装置，所述装置应用于基于电场传感器确定电场值的系统中的mcu微处理器，所述装置包括：

接收模块100，用于在所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别测量与自身所在平面垂直方向上分电场的电场值之后，接收所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器传输的各个所述分电场的电场值；

第一计算模块200，用于根据所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值与总电场的电场值之间的关系，计算所述总电场的电场值；

第一传输模块300，用于将所述总电场的电场值传输至液晶显示器，以便所述液晶显示器显示所述总电场的电场值。

可选的，所述第一计算模块包括：

第一计算单元，用于根据以下公式计算总电场的电场值：

其中，e为总电场的电场值，e1、e2和e3分别为所述第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器所测分电场的电场值。

可选的，所述装置还包括：

第二计算模块，用于在计算所述总电场的电场值之后，根据所述总电场的电场值、各个分电场的电场值，计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角；

第二传输模块，用于将各个所述夹角传输至所述液晶显示器，以便所述液晶显示器将由各个所述夹角形成的总电场方向作为场源方向，并在三维图中显示所述场源方向。

可选的，所述第二计算模块包括：

第二计算单元，用于根据以下公式计算总电场方向上任意一条直线与各个电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角：

其中，α为总电场方向上任意一条直线与第一电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角，β为总电场方向上任意一条直线与第二电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角，γ为总电场方向上任意一条直线与第三电场传感器所测分电场方向上任意一条直线之间的夹角。

参见图4所示的系统结构示意图，本申请实施例提供一种基于电场传感器确定电场值的系统，所述系统包括mcu微处理器007，第一电场传感器002，第二电场传感器003，第三电场传感器004以及液晶显示器005；所述mcu微处理器007与各个电场传感器之间，以及与液晶显示器005之间通过连接线001进行连接；所述第一电场传感器002、第二电场传感器003和第三电场传感器004所在平面两两垂直；所述mcu微处理器包括图3提供的一种基于电场传感器确定电场值的装置。

可选的，所述mcu微处理器007、第一电场传感器002、第二电场传感器003、第三电场传感器004和液晶显示器005分别安装于安装体006不同的表面，所述安装体006为正方体。

具体实现中，本申请还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本申请提供的一种基于电场传感器确定电场值的方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-onlymemory，简称：rom)或随机存储记忆体(英文：randomaccessmemory，简称：ram)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。