一种三维电磁场平移扫描光学测量系统及电磁场测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于空间电磁场检测技术领域，尤其是涉及一种三维电磁场平移扫描光学 测量系统及电磁场测定方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统的安全生产关乎到国家的经济建设和国家安全，而电力系统的生产安全 决定于电气设备的运行状况。通过电磁场三维移动扫描可以对电气设备故障电流和电压所 形成的空间电磁场进行检测，获得电气设备的故障特征信息，从而判断出电气设备的故障 位置和故障类型。在电气设备故障检测技术中，准确获得电流和电压所形成的空间电磁场 信息，是故障定位的核心技术之一。现有的空间电磁场检测技术是，通过空心线圈感应出空 间磁场信号，将信号输入到一个滤波器中，通过模拟电路进行信号幅度的检测，然后显示到 数码管或者液晶显示器上，该现有技术存在仅能测量一维磁场；磁场测量值是对于穿过空 心线圈空间磁场的面积分，无法实现对微小点的磁场和电场测量；无法实现三维电磁场的 重现的技术不足。本发明提出了一种三维电磁场平移扫描光学测量系统及方法，提供了一 种三维磁光效应和电光效应为特征的空间电磁场检测系统，采用磁光效应和电光效应的三 维矩阵通道光学测量，通过与位置数据实时结合实现对空间电磁场信息的三维重现。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于，针对目前空间电磁场检测技术只能测量一维磁场，无法实现 对微小点的磁场和电场测量以及无法实现三维电磁场重现的问题，提出一种三维电磁场平 移扫描光学测量系统及电磁场测定方法。
[0004] 本发明提出一种三维电磁场平移扫描光学测量系统，包括：三维光学矩阵通道磁 场移动扫描测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移 动扫描测量系统，其特征在于，三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统为三维磁场矩阵 通道光学传感单元23安置于三维移动和位置数据输出平台25的光学传感支撑杆26上，三 维磁场矩阵通道光学传感单元23在零磁场屏蔽空腔24内进行磁场测量的零位整定，工业 控制机计算机35通过控制三维移动和位置数据输出平台25进行三维空间位置的精确平移 和定位，并记录空间位置数据，三维磁场矩阵通道光学传感单元23通过X轴、Y轴和Z轴的 光学传感矩阵通道测量磁场，通过三维电磁场光学信息处理单元15进行信息处理后传输 到工业控制机计算机35,工业控制机计算机35根据三维磁场矩阵通道光学传感单元23所 测量的磁场数据和三维移动和位置数据输出平台25输出的三维空间位置数据进行磁场反 演计算，得到三维坐标下的磁场信息。
[0005] 所述三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统中，智能调制功率光源14通过一 束光纤束将光强基本相同的光发送到X轴向矩阵通道输入准直器17、Y轴向矩阵通道输入 准直器19和Z轴向矩阵通道输入准直器21，光束分别在X轴、Y轴和Z轴方向依次通过X 轴向起偏器1、Y轴向起偏器3和Z轴向起偏器5后分别在在X轴、Y轴和Z轴方向通过磁 光传感立方体7,再经过X轴向检偏器2、Y轴向检偏器4和Z轴向检偏器6通过X轴向矩 阵通道输出准直器18、Y轴向矩阵通道输出准直器20和Z轴向矩阵通道输出准直器22,经 由光纤束将在三维磁场中感应后的光信号输出到三维电磁场光学信息处理单兀15 ;
[0006] X轴向矩阵通道输入准直器17、Y轴向矩阵通道输入准直器19和Z轴向矩阵通道 输入准直器21以及X轴向矩阵通道输出准直器18、Y轴向矩阵通道输出准直器20和Z轴 向矩阵通道输出准直器22都是由NXN或者NXM个准直器以矩阵方式排列组成的准直器 组，NXN或者NXM个准直器之间的相对位置固定，各个准直器的出光端面处于同一个平面 内，各个准直器的轴线相互平行；NXN或者NXM个准直器中任意两个相邻准直器轴线的距 离相等；X轴向矩阵通道输入准直器17中的各个准直器与X轴向矩阵通道输出准直器18中 对应的各个准直器的中心轴线处于同一条直线上，Y轴向矩阵通道输入准直器19中的各个 准直器与Y轴向矩阵通道输出准直器20中对应的各个准直器的中心轴线处于同一条直线 上，Z轴向矩阵通道输入准直器21中的各个准直器与Z轴向矩阵通道输出准直器22中对 应的各个准直器的中心轴线处于同一条直线上。
[0007] -种三维电磁场平移扫描光学测量系统，包括：三维光学矩阵通道磁场移动扫描 测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移动扫描测量 系统，其特征在于，三维光学单通道磁场移动扫描测量系统为三维磁场单通道光学传感单 元16安置于三维移动和位置数据输出平台25的光学传感支撑杆26上，三维磁场单通道光 学传感单元16在零磁场屏蔽空腔24内进行磁场测量的零位整定，工业控制机计算机35通 过控制三维移动和位置数据输出平台25进行三维空间位置的精确平移和定位，并记录空 间位置数据，三维磁场单通道光学传感单元16通过X轴、Y轴和Z轴的光学传感矩阵通道 测量磁场，通过三维电磁场光学信息处理单元15进行信息处理后传输到工业控制机计算 机35,工业控制机计算机35根据三维磁场单通道光学传感单元16所测量的磁场数据和三 维移动和位置数据输出平台25输出的三维空间位置数据进行磁场反演计算，得到三维坐 标下的磁场信息。
[0008] 所述三维光学单通道磁场移动扫描测量系统中，智能调制功率光源14通过一束 光纤束将光强基本相同的光发送到X轴向单通道输入准直器8、Y轴向单通道输入准直器 10和Z轴向单通道输入准直器12,光束分别在X轴、Y轴和Z轴方向依次通过X轴向起偏 器1、Y轴向起偏器3和Z轴向起偏器5后分别在在X轴、Y轴和Z轴方向通过磁光传感立 方体7,再经过X轴向检偏器2、Y轴向检偏器4和Z轴向检偏器6通过X轴向单通道输出 准直器9、Y轴向单通道输出准直器11和Z轴向单通道输出准直器13,经由光纤束将在三 维磁场中感应后的光信号输出到三维电磁场光学信息处理单兀15 ;
[0009] X轴向单通道输入准直器8与X轴向单通道输出准直器9的中心轴线处于同一条 直线上，Y轴向单通道输入准直器10与Y轴向单通道输出准直器11的中心轴线处于同一 条直线上，Z轴向单通道输入准直器12与Z轴向单通道输出准直器13的中心轴线处于同 一条直线上；这三条轴线在空间有一个共同的交汇点。
[0010] -种三维电磁场平移扫描光学测量系统，包括：三维光学矩阵通道磁场移动扫描 测量系统、三维光学单通道磁场移动扫描测量系统、三维光学矩阵通道电场移动扫描测量 系统，其特征在于，三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统为三维电场矩阵通道光学传 感单元40安置于三维移动和位置数据输出平台25的光学传感支撑杆26上，三维电场矩阵 通道光学传感单元40在零电场屏蔽空腔41内进行电场测量的零位整定，工业控制机计算 机35通过控制三维移动和位置数据输出平台25进行三维空间位置的精确平移和定位，并 记录空间位置数据，三维电场矩阵通道光学传感单元40通过X轴、Y轴和Z轴的光学传感 矩阵通道测量电场，通过三维电磁场光学信息处理单元15进行信息处理后传输到工业控 制机计算机35,工业控制机计算机35根据三维电场矩阵通道光学传感单元40所测量的磁 场数据和三维移动和位置数据输出平台25输出的三维空间位置数据进行电场反演计算， 得到三维坐标下的电场信息。
[0011] 所述三维光学矩阵通道电场移动扫描测量系统中，智能调制功率光源14通过一 束光纤束将光强基本相同的光发送到X轴向矩阵通道输入准直器17、Y轴向矩阵通道输入 准直器19和Z轴向矩阵通道输入准直器21，光束分别在X轴、Y轴和Z轴方向依次通过X 轴向起偏器1、Y轴向起偏器3和Z轴向起偏器5后分别在在X轴、Y轴和Z轴方向通过磁 光传感立方体7,经过X轴向四分之一波片37、Y轴向四分之一波片38和Z轴向四分之一 波片39,再经过X轴向检偏器2、Y轴向检偏器4和Z轴向检偏器6通过X轴向矩阵通道输 出准直器18、Y轴向矩阵通道输出准直器20和Z轴向矩阵通道输出准直器22,经由光纤束 将在三维磁场中感应后的光信号输出到三维电磁场光学信息处理单兀15。
[0012] 本发明提出一种三维电磁场平移扫描光学测量系统测定电磁场的方法，包括：三 维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统测定磁场的方法和三维光学矩阵通道电场移动扫 描测量系统测定电场的方法，其特征在于，三维光学矩阵通道磁场移动扫描测量系统测定 磁场的方法，包含如下步骤：
[0013] 步骤1 :三维磁场矩阵通道光学传感单元23安置于三维移动和位置数据输出平台 25的光学传感支撑杆26上，将智能调制矩阵功率光源14通过光纤连接到三维磁场矩阵通 道光学传感单元23上，将三维电磁场光学信息处理单元15连接到三维磁场矩阵通道光学 传感单元23上，将三维电磁场光学信息处理单元15通过USB接口连接到工业控制计算机 35的USB接口上，构成三维磁场平移扫描矩阵光学测量系；
[0014] 步骤2 :将三维磁场矩阵通道光学传感单元23中X轴向矩阵通道输出