[实用新型]三维平行板传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，特别涉及一种用于测量电场的传感器。

背景技术

关于高压电场测量，现有技术中主要有计算法和测量法。

计算法采用边界元法、模拟电荷法、有限元素法及有限差分法等数值分析方法来计算电场。但是许多电力设备由于结构比较复杂，并且可能存在表面污秽、表面电晕以及预放电过程等相对复杂的问题，使得通过计算机仿真计算来获得其周围空间电场分布比较困难，或者由于计算机软硬件限制，造成计算机仿真时间过长，使计算出来的电场结果无法满足工程实时性的需要；同时，一些电力设备的数学模型电场仿真结果也需要通过实际测量来验证。

测量法涉及到传感器的设计，在测量高压环境下的交变电场中，电场传感器作为工频信号接收部分，其性能的优劣直接影响系统的测量性能，合理的传感器设计可以保证传感器被引入电场时，不会使原来电场发生明显的畸变。传统的电场传感器大部分都为一维传感器，例如易于设计制作的平行板电容传感器。在应用于实际电场测量的环境下，由于一维测量传感器的方向单一性，其只接受垂直于平行板方向的感应信号；在工作人员手持设备的同时，由于不同位置的变化，使得测量点处的测量值存在变化较大的可能性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种三维平行板传感器，以解决现有一维测量传感器只接受单一方向的感应信号，检测值受自身位置变化影响，检测准确性和稳定性差的技术问题。

本实用新型三维平行板传感器，包括三组平行板电极，每组平行板电极由两块圆形极板组成，六块圆形极板成正六面体形布置，各圆形极板的电极出线位于圆形极板的中心部；还包括填充在六块圆形极板之间的中空部以支撑和隔离六块圆形极板的绝缘体。

优选的，所述圆形极板为铜板，所述绝缘体为正方体形环氧树脂体。

优选的，所述圆形极板的半径为20mm、厚度为1mm，所述每组平行板电极中的两块圆形极板相距44mm。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型三维平行板传感器，相对于一维或者二维方向的电场测量传感器，其测量结果受自身在电场中的方向影响更小，检测准确性和稳定性更高。

2、本实用新型三维平行板传感器，相对于一维或者二维方向的电场测量传感器，其更易于计算其表面电荷与电场的关系，可以更为精确地反映测量点电场强度的大小。

3、本实用新型三维平行板传感器，其结构和制作工艺简单，生产成本较低。

附图说明

图1为本实施例三维平行板传感器的立体结构示意图；

图2为一组圆形平行板电极的电压源模型图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

如图所示，本实施例三维平行板传感器，包括三组平行板电极，每组平行板电极由两块圆形极板1组成，六块圆形极板成正六面体形布置，各圆形极板的电极出线2位于圆形极板的中心部；还包括填充在六块圆形极板之间的中空部以支撑和隔离六块圆形极板的绝缘体3。

本实施例三维平行板传感器，将其置于被测电场中，每一对平行板电极会感应到与待测电场同频率的感应电荷，传感器通过静电感应原理获得工频信号，并将每一路工频信号转换为相应的感应电压信号。然后通过模拟信号处理单元完成对传感器输出的感应电压信号的相应处理，再对模拟电路处理的信号进行AD转换，对数据进行分析处理得到各组平行板电极对应方向的电场强度值E_x、E_y和E_z，通过公式以及综合处理电路得到测量点的电场强度，完成高压电场的测量。

本实施例三维平行板传感器，对一组圆形平行板电极的电路原理分析可以使用一个带内阻的电压源模型来代替，电压源模型如附图2，图中为等效感应电源，ω为工频电压角频率，C_N为平行板电场传感器的固有电容，C_M为外接测量电容，R_i为测量电路输入电阻，为测量系统输入电压，通过计算得到：

获得测量系统输入电压后，通过系统的后续处理电路可得到其有效值U_irms，则感应电压的有效值U_crms为：