一种用于硬压板电压非侵入监测的电场感知探头的制作方法

本技术涉及硬压板监测的，尤其是涉及一种用于硬压板电压非侵入监测的电场感知探头。

背景技术：

1、我国拥有世界上规模最大的电网，电网稳定运行关乎国计民生，继电保护设备等故障严重威胁电网运行安全。出口硬压板的测试是二次装置检验的一项非常重要的测试内容。

2、目前，针对硬压板状态的检查主要通过人工定期去巡检，运维人员在进行刀闸操作过程中，需要频繁的对硬压板进行投退。根据变电运行规程要求，硬压板在投入前，需要进行硬压板两端对地电压的测量，以防止继电保护装置出现拒动或误动。常规的电压测量方法一般为人工使用万用表直接测量，万用表与硬压板直接电连接，不仅容易对硬压板已运行回路产生影响，同时这样的测量方式也比较繁琐、费时费力。

技术实现思路

1、为了减少对硬压板定期检测过程中的人工投入，便利硬压板两端对地电压的测量，本技术提供一种用于硬压板电压非侵入监测的电场感知探头。

2、本技术提供的一种用于硬压板电压非侵入监测的电场感知探头采用如下的技术方案：

3、一种用于硬压板电压非侵入监测的电场感知探头，包括：

4、绝缘基座，其上固定有焊盘；

5、金属外壳，与所述绝缘基座固定，并与绝缘基座的地电连接，形成内部为空腔的电磁屏蔽壳体，硬压板的连接线缆固定在所述金属外壳的顶部，所述金属外壳的顶部开设有电场感应窗，用于供连接线缆的电场穿过；

6、电场敏感器件，设置在金属外壳内并与绝缘基座电连接，所述电场敏感器件包括电场敏感芯片及其接口电路，所述电场敏感芯片用于感应所述连接线缆的电场并产生电流信号，所述接口电路用于处理所述电流信号并形成与所述连接线缆电压成比例的直流信号量；

7、信号传输接头，固定在所述绝缘基座上并与所述焊盘电连接，用于将所述直流信号量输出。

8、通过采用上述技术方案，通过设置电场敏感器件，通过其内部的电场敏感芯片对连接线缆通电时产生的电场进行感应，产生一个电流信号，并经过电场敏感芯片的接口电路的处理生成与连接线缆的电压成比例的直流信号量，该直流信号量通过信号传输接口直接传输至终端设备，实现了数字化传输；使用时，每个硬压板的连接线缆均安装探头从而可以将硬压板的对地电压实时显示，不需要人工再去依次的使用万用表测量硬压板的对地电压；并且本技术使用的是非侵入式的电场感知方案，可以实现在不断电、不改变接线的情况下对硬压板的对地电压进行测量，并且不与硬压板直接电连接，因此不会对已运行的回路带来影响，结构简单，检测精确，方便大批量铺设，本技术的探头也适用于静电场的检测，适用范围更加广泛。

9、优选的，所述电场敏感芯片为mems电场敏感芯片，所述接口电路用于提供驱动电压以带动mems电场敏感芯片内部的屏蔽电极来回振动，所述屏蔽电极两侧的感应电极受所述屏蔽电极的周期性屏蔽产生两个相反方向的电流信号，所述接口电路用于将所述相反方向的电流信号转换放大为相反方向的电压信号，并经过差分放大、解调、滤波处理得到与所述连接线缆电压成比例的所述直流信号量。

10、通过采用上述技术方案，本技术使用mems（microelectro mechanical systems，微机电系统）电场感知技术，实现了微机电电场感知技术在硬压板非侵入式监测方向的应用；mems电场敏感芯片具有高灵敏、低功耗的优点，可实现非接触式的监测和报警，并且其尺寸较小，在提高了感应精度的基础上大大缩小了本技术探头的整体尺寸，便利了整体探头的安装。

11、优选的，所述接口电路为集成电路芯片；或者

12、所述接口电路为包括电流电压转换放大器、差分放大器、低通滤波器、同步解调器的组合电路。

13、通过采用上述技术方案，为实现电流信号的转换放大、差分放大、解调、滤波等步骤，以输出与硬压板连接线缆的电压成比例的直流信号量，可以直接使用asic集成电路芯片也可以为可以实现所需功能的多个独立元器件的组合。

14、优选的，所述mems电场敏感芯片和所述集成电路芯片叠合放置在衬底上，且所述mems电场敏感芯片和集成电路芯片采用系统级封装方式；

15、或者

16、所述mems电场敏感芯片和所述集成电路芯片相邻布置在所述衬底上；

17、或者

18、所述mems电场敏感芯片和所述集成电路芯片分布在所述绝缘基座的上下表面，所述mems电场敏感芯片固定在所述绝缘基座上表面的所述凹槽内。

19、通过采用上述技术方案，可以采用多种封装方式实现mems电场敏感芯片与集成电路芯片的电连接，系统级封装可以根据功能和需求自由组合,为客户提供弹性化设计，并且封装面积更大，当mems电场敏感芯片与集成电路芯片叠合放置时，使得电场敏感器件更加小型化，有利于缩小探头整体的体积。

20、优选的，所述集成电路芯片叠合在所述mems电场敏感芯片下方并通过引线键合技术或者硅通孔技术封装，所述集成电路芯片叠合在所述mems电场敏感芯片之间设置有绝缘层。

21、通过采用上述技术方案，当mems电场敏感芯片与集成电路芯片叠合放置时，可以采用引线键合技术或者硅通孔技术封装，引线键合成品具有稳定性高的优势，适合量产，硅通孔技术可以缩小封装尺寸、降低芯片功耗，并且高频特性出色，具有减小传输延时、降低噪声的优点。

22、优选的，还包括将所述电场敏感芯片密闭罩设的绝缘上盖，所述绝缘上盖与所述绝缘基座固定连接。

23、通过采用上述技术方案，设置绝缘上盖可以将电场敏感芯片完全隔离，避免外界的灰尘、湿气等进入影响电场探测。

24、优选的，所述绝缘上盖包括顶板和围合在所述顶板各个侧边的t型插板，所述绝缘基座上开设有供所述t型插板的竖直板插入的插孔，所述顶板、所述绝缘基座以及所述t型插板的水平板围合形成将所述电场敏感芯片密封的密闭空间。

25、通过采用上述技术方案，采用插接的方式可以实现绝缘上盖与绝缘基座的可拆卸式固定连接，便于安装同时便于维修时将绝缘上盖拆下。

26、优选的，所述连接线缆横跨所述电场感应窗，并胶接固定在所述金属外壳的顶面；或者

27、所述连接线与所述金属外壳顶部的结构件固定，所述结构件为导电材质，所述结构件使所述连接线缆可拆卸式横跨在所述电场感应窗的上方。

28、通过采用上述技术方案，为了更好的感应连接线缆产生的电场，连接线缆应横跨式安装在电场感应窗的上方，固定方式可以采用胶接或者通过结构件固定，使用结构件固定时可以使得连接线缆与金属外壳的拆装更加方便。

29、优选的，所述结构件为抱箍，所述抱箍在所述电场感应窗的顶部设置有一个，所述抱箍形成的夹持空间与所述电场感应窗连通，或所述抱箍在所述电场感应窗的两侧设置有至少两个；

30、或者

31、所述结构件为与所述连接线缆上扣件配合的卡扣，所述卡扣至少设置有两个，两个所述卡扣分别固定在所述电场感应窗的两侧。

32、通过采用上述技术方案，为了便于安装，结构件可以选择抱箍，连接线缆插入到抱箍围合形成的夹持空间内实现连接固定；结构件选择与连接线缆上扣件配合的卡扣时，通过直接扣合实现连接线缆在金属外壳顶部的固定。

33、优选的，所述信号传输接头为金属插针，所述金属插针焊接在所述绝缘基座上预留的过孔内，所述过孔与所述焊盘电连接。

34、通过采用上述技术方案，使用与焊盘电连接的金属插针来实现信号输送，安装方便。

35、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

36、1.本技术通过非侵入式的电场感知技术，不与硬压板直接电连接，因此可以在硬压板不断电、不改变接线且不影响已运行回路的前提下，对硬压板的对地电压进行检测，实现了与连接线缆的电压成比例的直流信号量的实时输出与显示，不需要人工在巡检时使用万用表依次测量，节省了人力，提高了巡检效率以及巡检质量；

37、2.通过设置绝缘上盖，绝缘上盖与绝缘基座连接，可以将电场敏感芯片完全隔离，以防止灰尘、湿气等进入影响电场探测；

38、3.通过设计mems电场敏感芯片和集成电路芯片的多个封装方式，可以根据供能和需求自由组合，设计mems电场敏感芯片和集成电路芯片使用引线键合技术或者硅通孔技术封装，有利于提高电场敏感器件的稳定性、降低电场敏感芯片的能耗，缩小封装尺寸。