一种基于线圈振动的静电场测量装置的制作方法

本发明涉及电场强度测量设备领域，尤其涉及一种基于线圈振动的静电场测量装置。

背景技术

为了保证电网稳定运行，需要对直流输电设备和直流输电线路进行检修维护，检修之前需要验明设备或线路是否有电压，输电线路维护过程中需要对高压直流电场强度进行检测，以便保证设备和工作人员的安全。

高压直流输电线路会产生高压静电场，目前静电场的测量方法主要有非接触式和接触式两种，直接接触式测量十分危险，因为静电电压接触测量的过程中会形成瞬时大电流，同时引起电位和电荷的变化，导致静电场的测量不准确。

为了准确测量高压静电场的电场强度，一般使用场磨旋转式静电场测量传感器进行非接触式测量，但是该传感器受机械结构的影响，导致其存在使用寿命短、体积大、功耗大、无法微型化以及动态性能差等问题。

技术实现要素：

本发明提供一种基于线圈振动的静电场测量装置，以解决现有的传感器受机械结构的影响，导致其存在使用寿命短、体积大、功耗大、无法微型化以及动态性能差等问题。

本发明提供一种基于线圈振动的静电场测量装置，包括：金属壳体以及设置于所述金属壳体内的固定极板、动极板、支架、线圈、永磁体、磁轭和信号处理模块；

所述固定极板和动极板相对设置且互相平行，所述固定极板的表面设置有第一绝缘层，背向所述动极板的所述第一绝缘层的表面设置有信号电极金属膜，朝向所述动极板的所述第一绝缘层的表面设置有第一屏蔽电极金属膜；

所述动极板的表面设置有第二绝缘层，朝向所述固定极板的所述第二绝缘层的表面设置有第二屏蔽电极金属膜；

所述磁轭的中部设置有一圆柱形凸起部，所述线圈绕制于所述凸起部上，所述支架的一端垂直连接于所述线圈，所述支架的另一端垂直连接于所述动极板；

所述磁轭内设置所述永磁体，使所述线圈置于所述永磁体的磁场中；

所述信号处理模块包括信号发生单元以及依次电连接的i/v变换单元、放大滤波单元和电压测量单元，所述信号发生单元与所述线圈电连接，所述固定极板通过滤波电容与所述i/v变换单元电连接；

所述金属壳体设置有通信接口，所述通信接口与所述信号处理模块电连接，靠近所述固定极板的所述金属壳体的一面设置有开口。

在本发明的一个实施例中，所述第一绝缘层和第二绝缘层采用树脂绝缘材料制成。

在本发明的一个实施例中，所述线圈由铜线直接排绕制成，所述线圈的形状为圆形、矩形或正方形，厚度为2-3mm。

在本发明的一个实施例中，所述支架为具有相互平行的双圆柱体结构，采用树脂绝缘材料制成。

在本发明的一个实施例中，所述永磁体设置为矩形贴片状，由铁硼材料制成。

本发明提供的一种基于线圈振动的静电场测量装置，包括金属壳体以及设置于所述金属壳体内的固定极板、动极板、支架、线圈、永磁体、磁轭和信号处理模块，信号处理模块包括信号发生单元以及依次电连接的i/v变换单元、放大滤波单元和电压测量单元。动极板接受激励源产生的激励信号进行上下周期性的振动，从而改变固定极板和动极板之间的距离，随着固定极板和动极板的间距周期性改变，固定极板感应到的静电荷也发生变化，从而产生交变的感应电流，交变的感应电流经过信号处理模块，信号处理模块对信号进行锁相放大和滤波之后，输出可以稳定测量的信号。本发明能够解决静电场测量时存在动态性、连续性和带宽范围的问题，提高静电场传感器检测时的精度、稳定性和可靠性。此外，本发明还具有灵敏度高和体积小的优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于线圈振动的静电场测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的固定极板和动极板的截面图；

图3为本发明实施例提供的信号处理模块和固定极板的连接关系示意图。

图中标号表示：

1-金属壳体，101-通信接口，102-开口，2-固定极板，201-第一绝缘层，202-信号电极金属膜，203-第一屏蔽电极金属膜，3-动极板，301-第二绝缘层，302-第二屏蔽电极金属膜，4-支架，5-线圈，6-永磁体，7-磁轭，8-信号处理模块，801-信号发生单元，802-i/v变换单元，803-放大滤波单元，804-电压测量单元，9-滤波电容。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，为本发明实施例提供的基于线圈振动的静电场测量装置的结构示意图，该装置包括：金属壳体1以及设置于所述金属壳体1内的固定极板2、动极板3、支架4、线圈5、永磁体6、磁轭7和信号处理模块8。

参见图2，为本发明实施例提供的固定极板和动极板的截面图，所述固定极板2和动极板3相对设置且互相平行，所述固定极板2的表面设置有第一绝缘层201，背向所述动极板3的所述第一绝缘层201的表面设置有信号电极金属膜202，朝向所述动极板3的所述第一绝缘层201的表面设置有第一屏蔽电极金属膜203。

固定极板2用于感应被测物体输出的静电信号，固定极板2设置为矩形极板，第一绝缘层201采用树脂绝缘材料制成，第一绝缘层201也为矩形，且分别设置于固定极板2的上下表面，在固定极板2上表面的第一绝缘层201上设置信号电极金属膜202，在固定极板2下表面的第一绝缘层201上设置第一屏蔽电极金属膜203。此外，为了便于将固定极板2固定安装在金属壳体1内部，第一绝缘层201开设有安装孔。

所述动极板3的表面设置有第二绝缘层301，朝向所述固定极板2的所述第二绝缘层301的表面设置有第二屏蔽电极金属膜302。

动极板3也设置为矩形极板，并与固定极板2在竖直方向上相对设置，第二绝缘层301采用树脂绝缘材料制成，第二绝缘层301也为矩形，且分别设置于动极板3的上下表面，在动极板3上表面的第二绝缘层301的上表面设置屏蔽电极金属膜302。

所述磁轭7的中部设置有一圆柱形凸起部，所述线圈5绕制于所述凸起部上，所述支架4的一端垂直连接于所述线圈5，所述支架4的另一端垂直连接于所述动极板3。

磁轭7起到闭合磁路和均匀磁场的作用，由具有良好导磁特性的材料制成。线圈5由铜线直接排绕制成，所述线圈5的形状为圆形、矩形或正方形，厚度为2-3mm。动极板3下表面的第二绝缘层301设置有连接支架4的孔，支架4的两端分别与动极板3和线圈5垂直连接，通过支架4能够使动极板3随线圈5一同在竖直方向内运动，且动作一致。本发明实施例中，所述支架4为具有相互平行的双圆柱体结构，采用树脂绝缘材料制成，减小对静电测量的影响。

所述磁轭7内设置所述永磁体6，使所述线圈5置于所述永磁体6的磁场中。

所述永磁体6设置为矩形贴片状，由铁硼材料制成，通过永磁体6产生磁场使线圈处于磁场环境中，使线圈5受安培力发生位移振动。

参见图3，为本发明实施例提供的信号处理模块和固定极板的连接关系示意图，所述信号处理模块8包括信号发生单元801以及依次电连接的i/v变换单元802、放大滤波单元803和电压测量单元804，所述信号发生单元801与所述线圈5电连接，所述固定极板2通过滤波电容9与所述i/v变换单元802电连接。

信号发生单元801通过信号线与线圈5电连接，信号发生单元801输出驱动信号以驱动线圈5振动，线圈5周期性振动的同时通过支架4带动动极板3振动，且该振动的距离小于1mm，通过振动改变固定极板2与动极板3之间的距离，同时使固定极板2和动极板3之间的电容值发生周期性变化。

固定极板2通过滤波电容9与i/v变换单元802采用信号线电连接，固定极板2感应到的静电信号通过滤波电容9滤除高频信号成分，增大输入阻抗，增强信号的稳定性，然后静电信号依次通过电连接的i/v变换单元802、放大滤波单元803和电压测量单元804进行处理，首先通过i/v变换单元802将静电电流信号转换为静电电压信号，然后再通过放大滤波单元803放大微弱的有用信号，提高精度、稳定性和可靠性，最后通过电压测量单元804输出可测的电压信号。

所述金属壳体1设置有通信接口101，所述通信接口101与所述信号处理模块8电连接。

电压测量单元804输出的可测电压信号通过通信接口101输出，通信接口101处设置固定装置，防止用于信号输出的同轴线从通信接口101脱落。

靠近所述固定极板2的所述金属壳体1的一面设置有开口102。

开口102用于将设置于金属壳体1内的各个部件取出和放入，也用于辅助固定极板2更好的感应静电场信号。

综上所述，本发明提供的一种基于线圈振动的静电场测量装置，包括金属壳体以及设置于所述金属壳体内的固定极板、动极板、支架、线圈、永磁体、磁轭和信号处理模块，信号处理模块包括信号发生单元以及依次电连接的i/v变换单元、放大滤波单元和电压测量单元。动极板接受激励源产生的激励信号进行上下周期性的振动，从而改变固定极板和动极板之间的距离，随着固定极板和动极板的间距周期性改变，固定极板感应到的静电荷也发生变化，从而产生交变的感应电流，交变的感应电流经过信号处理模块，信号处理模块对信号进行锁相放大和滤波之后，输出可以稳定测量的信号。本发明能够解决静电场测量时存在动态性、连续性和带宽范围的问题，提高静电场传感器检测时的精度、稳定性和可靠性。此外，本发明还具有灵敏度高和体积小的优点。

以上所述的本发明的具体实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。