[发明专利]用于电缆绝缘检测的叉指型电容传感器结构参数优化方法

说明书

本发明公开了一种用于电缆绝缘检测的叉指型电容传感器结构参数优化方法，通过两个水平的全因子实验，判断各因素及其交互作用的影响，确定参数大致范围；可对多因素间的交互作用进行考察，结果可靠；通过仿真进行优化，得出初步结果后再制作实物进行实验。本发明通过对电容传感器的结构进行优化设计，如改变电极对数、电极宽度、电极间距等结构参数，传感器的灵敏度和其他性能，设计灵活，并且不用对所有组合进行实验，节省时间，结果可靠；通过仿真进行优化，可得出初步结果后再制作实物进行实验，大大节省了优化时间。

技术领域

本发明属于传感器领域，尤其提供了一种用于电缆绝缘检测的叉指型电容传感器结构参数优化方法。

背景技术

交联聚乙烯电缆具有耐热性好，击穿强度高，绝缘电阻系数大，介电常数小，介质损耗因数低等优点，被大量应用于电力系统各电压等级的输电线路及配电网。但是由于电缆本身的结构缺陷及运行环境 (高温、外力、外电场、水分等)和运行时间的影响，交联聚乙烯电缆会不可避免的发生绝缘老化现象，这容易导致出现重大事故。为保证电缆可靠运行，需要经常对电缆的绝缘状态进行检测。

但是为了达到最好的效果需要对其进行优化。对于传感器结构优化，方法包括全因子优化、控制变量法等。

全因子优化即对所有因子的所有水平的所有组合都至少进行一次实验，可以估计所有的主效应和所有的各阶交互效应。但其所需要的实验次数最多,因此耗费的人力、物力和时间也较多,当所考察的实验因素和水平较多时,研究者很难承受。

控制变量法即采用控制因素(变量)的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决。但该方法仅能考虑单因素改变的影响，对于多因素互相影响无法考察，传感器不同结构参数之间可能存在相互影响，因此该方法无法求解结构参数的最优组合。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于电缆绝缘检测的叉指型电容传感器结构参数优化方法。本发明通过对电容传感器的结构进行优化设计，如改变电极对数、电极宽度、电极间距等结构参数，可以提升该装置的灵敏度和其他性能，设计灵活，并且不用对所有组合进行实验，节省时间；通过两个水平的全因子实验，判断各因素及其交互作用的影响，确定参数大致范围；可对多因素间的交互作用进行考察，结果可靠；通过仿真进行优化，可得出初步结果后再制作实物进行实验，大大节省了优化时间。

为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：

一种用于电缆绝缘检测的叉指型电容传感器结构参数优化方法，包括如下步骤：

步骤一、确定影响电容传感器效果的主要参数；对所述主要参数进行二水平全因子实验，得到仿真数据；

步骤二、对仿真数据进行因子分析得到的效应影响结果图，确定对各电容传感器效果影响显著的主要参数的种类，及对各电容传感器效果影响显著的主要参数件的交互效应，从而确定各对各电容传感器效果影响显著的主要参数的取值范围；

步骤三、根据各电容传感器效果影响显著的主要参数件的交互效应，在确定的取值范围内进行仿真优化，得到若干组优化结果，对优化结果进行实验，选择最优的优化结果。

进一步的改进，所述电容传感器效果包括信号强度、灵敏度和渗透深度。

进一步的改进，所述交互效应包括正效应和负作用。

进一步的改进，所述影响电容传感器效果的主要参数包括金属电极的对数N、电极宽度与间隙之比K，电极厚度D1，基底材料介电常数E，基底厚度D2。

进一步的改进，所述最优的优化结果为选择介电常数为4的PI 作为基底材料，基底厚度D2＝50μm；电极厚度D1＝18μm-36μm。

本发明的优点：