一種空間電荷密度測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量系統(tǒng)，具體涉及一種空間電荷密度測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]直流輸電線路下及換流站內(nèi)的合成電場是直流輸電電磁環(huán)境的一個(gè)重要參數(shù)，電暈產(chǎn)生的離子形成的電場作為合成場強(qiáng)的一部分，對(duì)合成場強(qiáng)值的影響很大。為研究我國特殊環(huán)境下的空間電荷密度與地面合成電場之間的關(guān)系，需要對(duì)空間分布的電荷密度進(jìn)行測量。
[0003]目前用于電荷密度測量的方法主要有離子計(jì)數(shù)器法、電荷篩選法、法拉第籠法等，離子計(jì)數(shù)器法的原理為:當(dāng)在構(gòu)成傳感器的兩極板間加電壓時(shí)，極板間便形成電場，在電場力的作用下，離子、電子將向相應(yīng)的極板運(yùn)動(dòng)，測量其形成的電流，通過積分可得到一段時(shí)間內(nèi)通過離子計(jì)數(shù)器的電荷數(shù)，使用流量計(jì)對(duì)流量進(jìn)行測量，通過積分可得到一段時(shí)間內(nèi)流經(jīng)離子計(jì)數(shù)器的氣體體積，從而通過電荷數(shù)與氣體體積之比得到空間電荷密度。
[0004]現(xiàn)有成型的儀器主要針對(duì)空氣中的負(fù)離子密度進(jìn)行測量，很少涉及直流輸電的空間電荷密度測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種空間電荷密度測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了直流輸電環(huán)境中空間電荷密度的自動(dòng)測量、顯示、存儲(chǔ)以及分析，提高了測量的自動(dòng)化程度及測量效率。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供一種空間電荷密度測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)包括測量單元、無線傳輸單元和處理單元;所述測量單元與處理單元通過無線傳輸單元進(jìn)行通信。
[0008]所述測量單元包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)，所述電氣結(jié)構(gòu)設(shè)置于機(jī)械結(jié)構(gòu)的電路板上。
[0009]所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括離子計(jì)數(shù)器傳感器、屏蔽殼、絕緣層、流量計(jì)、風(fēng)扇、信號(hào)傳輸屏蔽線、電氣室、電路板、供電電池、安裝座。
[0010]所述電路板和供電電池位于電氣室內(nèi)部，所述離子計(jì)數(shù)器傳感器、流量計(jì)、風(fēng)扇和電氣室均位于絕緣層內(nèi)部，所述屏蔽殼位于絕緣層外部，所述安裝座位于屏蔽殼底部且與屏蔽殼為一體；
[0011]所述離子計(jì)數(shù)器傳感器、流量計(jì)和風(fēng)扇從上到下依次布置于絕緣層內(nèi)的一側(cè)，所述電氣室布置于絕緣層內(nèi)的另一側(cè)；
[0012]所述離子計(jì)數(shù)器傳感器通過信號(hào)傳輸屏蔽線與電路板連接。
[0013]所述離子計(jì)數(shù)器傳感器用于獲取空間電荷，并將空間電荷轉(zhuǎn)換為電流信號(hào);所述屏蔽殼用于屏蔽外界電磁干擾，所述絕緣層用于絕緣屏蔽殼與絕緣層內(nèi)部的離子計(jì)數(shù)器傳感器、流量計(jì)、風(fēng)扇和電氣室;所述流量計(jì)用于測量經(jīng)過離子計(jì)數(shù)器傳感器的氣體流量，所述風(fēng)扇用于將氣體吸入離子計(jì)數(shù)器傳感器;所述電氣室用于安裝電路板和供電電池，所述電路板用于氣體流量和空間電荷的處理及空間電荷密度的傳輸，所述供電電池為所述測量系統(tǒng)供電。
[0014]所述流量計(jì)包括流量計(jì)A和流量計(jì)B ；
[0015]所述流量計(jì)A和流量計(jì)B分別設(shè)置在絕緣層和電氣室上，且對(duì)稱設(shè)置；
[0016]流量計(jì)A和流量計(jì)B均采用熱式流量計(jì)；
[0017]所述風(fēng)扇采用軸流風(fēng)扇。
[0018]所述離子計(jì)數(shù)器傳感器包括外極板、第一內(nèi)極板、第二內(nèi)極板和第三內(nèi)極板；
[0019]所述外極板、第一內(nèi)極板、第二內(nèi)極板和第三內(nèi)極板同軸，且均為圓柱形；
[°02°]所述外極板固定在絕緣層上，所述第一內(nèi)極板、第二內(nèi)極板和第三內(nèi)極板從上至下依次設(shè)置，且所述第一內(nèi)極板、第二內(nèi)極板、第三內(nèi)極板與外極板之間均通過聚四氟乙烯材料進(jìn)行絕緣支撐。
[0021]所述電氣結(jié)構(gòu)包括信號(hào)處理電路、隔離電路、控制電路、檢測電路和保護(hù)電路；
[0022]所述信號(hào)處理電路包括電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路和濾波電路。
[0023]所述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路將通過離子計(jì)數(shù)器傳感器轉(zhuǎn)換得到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)通過所述電壓放大電路、濾波電路分別進(jìn)行放大、濾波處理，經(jīng)過放大、濾波處理后的電壓信號(hào)通過隔離電路發(fā)送給控制電路，控制電路將經(jīng)過放大、濾波處理后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再把該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為空間電荷密度，該空間電荷密度通過無線傳輸單元傳輸給處理單元。
[0024]所述檢測電路包括第一檢測電路、第二檢測電路和第三檢測電路；
[0025]所述第一檢測電路對(duì)氣體流速進(jìn)行檢測，通過所述流量計(jì)得到經(jīng)過離子計(jì)數(shù)器傳感器的氣體流量；
[0026]所述第二檢測電路對(duì)第一內(nèi)極板與外極板之間的電壓、第二內(nèi)極板與外極板之間的電壓以及第三內(nèi)極板與外極板之間的電壓分別進(jìn)行檢測；
[0027]所述第三檢測電路對(duì)供電電池的電量進(jìn)行檢測，當(dāng)供電電池電量不足時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示；
[0028]所述保護(hù)電路對(duì)信號(hào)處理電路、隔離電路、控制電路和檢測電路進(jìn)行保護(hù)，防止外界惡劣電磁環(huán)境的電磁干擾對(duì)信號(hào)處理電路、隔離電路、控制電路和檢測電路造成損壞。
[0029]所述處理單元采用數(shù)字信號(hào)處理器或工控計(jì)算機(jī)，處理單元接收無線傳輸單元傳輸?shù)目臻g電荷密度后，對(duì)空間電荷密度進(jìn)行顯示、分析和存儲(chǔ)。
[0030]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0031]1、通過加入保護(hù)電路等使測量系統(tǒng)更適用于直流輸電這一特殊強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場的應(yīng)用環(huán)境；
[0032]2、本發(fā)明提供的測量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)直流輸電環(huán)境空間電荷密度的自動(dòng)測量、顯示、存儲(chǔ)以及分析，提高了測量的自動(dòng)化程度及測量效率；
[0033]3、本發(fā)明提供的測量系統(tǒng)可移動(dòng)，并可實(shí)現(xiàn)不同位置的同時(shí)測量，這種方式測量得到的空間電荷密度，有利于對(duì)數(shù)據(jù)的分析；
[0034]4、測量的粒子迀移率范圍寬，并可以將帶電粒子分為不同迀移率范圍同時(shí)進(jìn)行測量，有利于霧霾等天氣條件下空間粒子的荷電特性及其對(duì)合成電場影響的研究。
【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中空間電荷密度測量系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明測量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0037]圖中，1-外極板，2-第一內(nèi)極板，3-第二內(nèi)極板，4-第三內(nèi)極板，5-屏蔽殼，6_絕緣層，7-流量計(jì)，8-風(fēng)扇，9-電氣室，10-電路板，11-供電電池，12-安裝座。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039]本發(fā)明提供一種空間電荷密度測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)包括測量單元、無線傳輸單元和處理單元;所述測量單元與處理單元通過無線傳輸單元進(jìn)行通信。
[0040]所述測量單元包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)，所述電氣結(jié)構(gòu)設(shè)置于機(jī)械結(jié)構(gòu)的電路板10上。
[0041]所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括離子計(jì)數(shù)器傳感器、屏蔽殼5、絕緣層6、流量計(jì)7、風(fēng)扇8、信號(hào)傳輸屏蔽線、電氣室9、電路板10、供電電池11、安裝座12。
[0042]所述電路板10和供電電池11位于電氣室9內(nèi)部，所述離子計(jì)數(shù)器傳感器、流量計(jì)7、風(fēng)扇8和電氣室9均位于絕緣層6內(nèi)部，所述屏蔽殼5位于絕緣層6外部，所述安裝座12位于屏蔽殼5底部且與屏蔽殼5為一體；
[0043]所述離子計(jì)數(shù)器傳感器、流量計(jì)7和風(fēng)扇8從上到下依次布置于絕緣層6內(nèi)的一側(cè)，所述電氣室9布置于絕緣層6內(nèi)的另一側(cè)；
[0044]所述離子計(jì)數(shù)器傳感器通過信號(hào)傳輸屏蔽線與電路板10連接。
[0045]所述離子計(jì)數(shù)器傳感器用于獲取空間電荷，并將空間電荷轉(zhuǎn)換為電流信號(hào);所述屏蔽殼5用于屏蔽外界電磁干擾，所述絕緣層6用于絕緣屏蔽殼5與絕緣層6內(nèi)部的離子計(jì)數(shù)器傳感器、流量計(jì)7、風(fēng)扇8和電氣室9;所述流量計(jì)7用于測量經(jīng)過離子計(jì)數(shù)器傳感器的氣體流量，所述風(fēng)扇8用于將氣體吸入離子計(jì)數(shù)器傳感器;所述電氣室9用于安裝電路板10和供電