本發(fā)明屬于電場強(qiáng)度檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種交直流混合電場檢測儀。

背景技術(shù)：

近年以來我國土地資源日益緊張，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)建設(shè)新的輸電走廊成本較大，且伴隨如此多的特高壓輸電線路建設(shè)。這就要求電力行業(yè)提高現(xiàn)有輸電走廊的利用率，實(shí)現(xiàn)緊湊型輸電。目前，特高壓直流線路與交流線路同走廊架設(shè)的情況已經(jīng)出現(xiàn)。而在超特高壓輸電線路設(shè)計(jì)中，地面場強(qiáng)是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)原則，因此準(zhǔn)確測量交直流線路并行傳輸走廊地面處的混合電場將對于交直流并行輸電線路的設(shè)計(jì)起到重要指導(dǎo)意義。但是，目前已有的交直流混合電場檢測裝置，其定片都為扇形結(jié)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)混合電場的準(zhǔn)確測量。以上所述的現(xiàn)有的交直流混合電場檢測裝置的缺點(diǎn)急需改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有扇形結(jié)構(gòu)定片混合電場檢測裝置無法實(shí)現(xiàn)混合電場的準(zhǔn)確測量的缺陷，提供了一種采用伯努利扭線定片的交直流混合電場檢測儀。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種交直流混合電場檢測儀，包括：

定片，其設(shè)置有多個(gè)，并且在一圓周內(nèi)均勻布置，所述定片輪廓呈伯努利扭線狀，所述定片固定不動并且通過電阻接地；

動片，其設(shè)置有多個(gè)，并且在一圓周內(nèi)均勻布置，所述動片呈扇形，所述動片直接接地；

所述動片設(shè)置在定片的上部，并且定片和動片相互絕緣，所述動片在驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動下轉(zhuǎn)動，電場從相鄰兩個(gè)動片之間穿過作用到定片上，動片轉(zhuǎn)動到定片上方時(shí)能夠?qū)㈦妶銎帘巍?/p>

優(yōu)選的是，所述每一個(gè)定片的角度為其中n為定片的數(shù)量。

優(yōu)選的是，所述定片和動片均設(shè)置有18個(gè)。

優(yōu)選的是，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和轉(zhuǎn)軸，所述電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述動片與轉(zhuǎn)軸固定連接。

一種交直流混合電場測量方法，包括如下步驟：

步驟一、獲取與定片連接的電阻上的電壓信號；

步驟二、獲取與定片連接的電阻阻值，計(jì)算得到電流時(shí)域信號；

步驟三、對電流時(shí)域信號進(jìn)行頻譜分析，得到電流信號的頻譜圖；

步驟四、由頻譜圖中特征頻率，求取直流電場強(qiáng)度和交流電場強(qiáng)度。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的交直流混合電場檢測儀，采用了伯努利曲線型的定片，使用設(shè)計(jì)的定片結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在動片旋轉(zhuǎn)時(shí)，暴露于電場中定片面積為正弦性變化。并從數(shù)學(xué)原理出發(fā)推導(dǎo)了該面積變化的數(shù)學(xué)表，使電場的測量更精準(zhǔn)可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的交直流混合電場檢測儀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的運(yùn)行過程工作原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種交直流混合電場檢測儀，包括設(shè)置在探頭上的動片110和定片120。其中動片110和定片120均設(shè)置在轉(zhuǎn)軸130上，動片110設(shè)置在轉(zhuǎn)軸130的上部，定片120設(shè)置在轉(zhuǎn)軸130的下部，所述轉(zhuǎn)軸130由電機(jī)140驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。動片110與轉(zhuǎn)軸固定連接，能夠隨著轉(zhuǎn)軸130轉(zhuǎn)動，并且直接接地。所述定片120套設(shè)在轉(zhuǎn)軸130上，不隨轉(zhuǎn)軸130轉(zhuǎn)動，并通過1個(gè)電阻接地。所述動片110和定片120相互絕緣。

所述動片110和定片120均設(shè)置有多個(gè)，相鄰兩個(gè)動片110之間有扇形孔隙。當(dāng)動片110轉(zhuǎn)動時(shí)，交直流電場通過動片110之間的扇形孔隙時(shí)而作用在定片120上，時(shí)而又被屏蔽，這樣在定片120與地之間產(chǎn)生1個(gè)交變的電流信號，通過測量該交變的電流可以推知交直流電場的大小。

假設(shè)動片110上共有n個(gè)扇形孔隙，每個(gè)扇形孔隙的面積為a0，動片110轉(zhuǎn)動的角速度為w。這樣當(dāng)動片110轉(zhuǎn)動時(shí)，定片120暴露于直流電場的總面積隨時(shí)間的變化a(t)為

上述面積a(t)的計(jì)算過程如下：

根據(jù)伯努利雙紐線的極坐標(biāo)方程為：

r²＝2a²cos2θ

對于

r²＝2a²cosnθ

在此，稱為伯努利n紐線。

因?yàn)閞²≥0，即cosnθ≥0，可求得θ一取值范圍為即每片定片120的角度所以對于伯努利n紐線，對應(yīng)于n片定片120。

對于每一片定片120，如圖2所示，當(dāng)動片110旋轉(zhuǎn)時(shí)，則每一片定片120暴露于電場中的面積隨時(shí)間變化為：

又因?yàn)槊恳黄ㄆ?20面積為

因此，計(jì)算得到

對于n片定片120，則

若被測直流電場的場強(qiáng)為e，空氣的介電系數(shù)為ε0，則定片上感應(yīng)的電荷q(t)為：

q(t)＝ε0ea(t)

由此可以求得由直流電場感應(yīng)的電流為：

通過測量ie(t)可以知道合成電場e。

還需要指出的是，沿電力線移動的離子電流，也通過轉(zhuǎn)動圓片上的扇形孔進(jìn)入定片，若離子電流密度為j，則進(jìn)入到下面固定圓片的離子電流為：

由上式可見，進(jìn)入固定圓片的電流i(t)是由離子電流ij(t)和感應(yīng)電流ie(t)兩個(gè)分量組成，其感應(yīng)電流ie(t)和ij(t)相角正好差90°。按理，如能準(zhǔn)確區(qū)分和測量ie(t)和ij(t)兩個(gè)分量，利用該儀器可同時(shí)用來測量合成電場e和離子電流密度j，但由于旋轉(zhuǎn)電場儀的a值小，致使ij(t)很小，無法由此準(zhǔn)確求得j值。由于ij(t)<<ie(t)，ij(t)的存在對ie(t)讀數(shù)影響小，即i(t)≈ie(t)，故可以由此確定合成電場e值。

如果考慮交直流場疊加，圓片暴露于混合場下的面積仍然為：

若直流場強(qiáng)e1，交流場強(qiáng)幅值e2，角頻率ω2，則交直流混合電場為：

e＝e1+e2cos(ω2t+β)

定片上感應(yīng)電荷為：

此時(shí)混合電場感應(yīng)的電流為：

離子電流仍然為與ie(t)相比可以忽略。

故儀器測得電流即為ie(t)。

假設(shè)交流直流線路電壓等級相近，則地面直流電場和交流電場峰值也相近，故上式中三項(xiàng)數(shù)值相差不大，可以分別測量而不會產(chǎn)生較大誤差。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以對直流電場和交流電場分別用平板電極進(jìn)行校準(zhǔn)。

參考圖1，交直流混合電場檢測儀的動片及外殼需穩(wěn)定接地，定片通過大電阻接地。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將交直流混合電場檢測儀放在交直流混合電場環(huán)境下，使動片穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，進(jìn)行測量。具體測量步驟如下：

a、采集電阻上的電壓信號；

b、已知電阻阻值大小，通過電壓信號計(jì)算電流信號ie(t)；

c、對電流時(shí)域信號進(jìn)行頻譜分析，得到電流信號的頻譜圖；

d、由頻譜圖中特征頻率，求取直流電場e1和交流電場e2。

其中，特征頻率f(a')＝w2＝50hz，為交流基頻分量，對應(yīng)電流信號幅值為：

特征頻率f(b')＝nw1＝1620hz(本發(fā)明動、定片為18片結(jié)構(gòu)，n＝18；電極轉(zhuǎn)動頻率為90hz，對應(yīng)電流信號幅值為：

特征頻率f(c')＝(nw1+w2)＝1670hz，對應(yīng)電流信號幅值為：

特征頻率f(d')＝(nw1-w2)＝1570hz，對應(yīng)電流信號幅值為：

式中ε0、n、a0、w1、w2為已知量，從而可求出直流電場e1和交流電場e2的場強(qiáng)。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。