一种电场测量系统及其测量方法与流程

本发明涉及电场测量方法与测量仪器设计制造，尤其是涉及一种电场测量系统及其测量方法。背景技术：1、在电气工程等领域，电场测量应用和需求很广泛，如在高压交流与直流电器设备的设计合理性测试中，输电线路周围的电场环境测量中，都需要电场测量探头或仪器。对于交流电场测量可以采用电磁感应原理，测量探头与仪器比较容易实现。但对于直流电场的测量，目前并没有有效的方法与仪器。2、目前存在的一类电场测量仪器的原理是基于电场对光的影响原理，可称之为电场-光效应，虽然这种电场-光效应原理式传感器的结构看着很简单，但实际上光系统会很复杂，这使得其成本很高、运行维修较复杂；且光受电场的影响程度较低，故这种探头或传感器的灵敏度较低，不适合于测量低电场。3、目前采用的另一类测量直流电场的探头为 “场磨”，“场磨”是一个基于电场感应原理将被测直流场强转换为电流脉冲的探头或传感器。如果没有旋转的屏蔽叶片，由于直流电场不随时间变化，电极上只会存在由没有感应电荷到感应出电荷这一个变化过程，便只会产生一个电流脉冲。要仅利用这一个脉冲来驱动后面的电流检测电路，便难以达到较高的测量准确度。而这种“场磨”是将直流电场转化成了持续的很多电流脉冲，便于信号测量。但其缺点是带有旋转运动部件，相关部件容易老化和损坏，且测量稳定性差、分辨率较低、体积较大，不能测量较小空间中的电场。一个测量仪器中有旋转运动部件的“场磨”显然不应该是一般测量仪器具有的结构状态。技术实现思路1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电场测量系统及其测量方法，能够利用电场-电容转换效应，及铁电体在两个方向上被极化的相互作用来体现被测电场大小，通过测量由铁电体构成的电容器的电容值便可以得到被测电场的电场强度。2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：3、一方面，本发明提供了一种电场测量系统，包括历史电场、铁电体电容器、直流电压源和电容测量仪；4、所述铁电体电容器包括铁电体和安装在所述铁电体两侧的电极，所述直流电压源与电感串联后、所述电容测量仪与隔直电容串联后，通过电极与所述铁电体电容器并联；所述电容测量仪的输出端连接数据处理器；5、所述铁电体电容器无电极的铁电体任一面，与所述历史电场的电场方向正交。6、本发明的电场测量系统，其工作原理独特，利用的是电场-电容转换效应，基于电场作用在铁电体材料上其介电常数会改变的原理，并且利用铁电体在两个方向上被极化的相互作用来体现电场大小，通过测量由铁电体构成的电容器的电容值便可以得到待测电场的电场强度值。7、可选的，所述直流电压源的电压值为：8、；9、其中， e 0表示采用铁电体的 e- d非线性曲线，在非线性曲线膝点处的历史电场的电场强度； d表示铁电体电容器两侧的电极之间的距离。 10、可选的，所述电感的电感值满足：11、；12、；13、；14、其中， l表示电感的电感值； f表示电容测量仪输出信号的主频； c 0表示初始铁电体电容器的电容值；ε表示介电常数； s表示电极与铁电体连接面的面积； d 0表示采用铁电体的 e- d非线性曲线，在非线性曲线膝点处的历史电场的电场强度对应的电位移。 15、可选的，所述电容测量仪测量的电容值，如公式：16、；17、其中，  c e表示铁电体电容器的电容值； c g表示隔直电容的电容值。 18、可选的，所述隔直电容的电容值与所述初始铁电体电容器的电容值之间存在函数关系，如公式：19、。20、可选的，所述两侧电极分别连接导线构成所述铁电体电容器的两个端子；21、所述所述直流电压源与电感串联后、所述电容测量仪与隔直电容串联后，两端分别与两个端子连接。22、第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的电场测量系统的测量方法，其特征在于，包括：23、获取电容测量仪的测量结果；24、根据所述电容测量仪的测量结果，基于预先构建的数据处理器，得到待测电场的测量结果；25、其中，所述数据处理器的构建包括：26、获取历史电场集；27、根据所述历史电场集，通过串联的电容测量仪和隔直电容，得到铁电体电容器的电容值集；28、以所述历史电场集的电场强度为横坐标、铁电体电容器的电容值集为纵坐标，建立电场的电场强度和铁电体电容器的电容值之间的关系曲线，输入数据处理器中。29、可选的，通过串联的直流电压源和电感，对所述铁电体电容器内的铁电体施加偏置电压，极化所述铁电体电容器。30、可选的，根据电容测量仪的测量结果，得到所述铁电体电容器的电容值，通过电场的电场强度和铁电体电容器的电容值之间的关系曲线，读取待测电场的电场强度结果。31、有益效果32、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：33、（1）本发明的电场测量系统及其测量方法，其工作原理独特，利用的是电场-电容转换效应，基于待测电场作用在铁电体材料上其介电常数会改变的原理，并且利用铁电体在两个方向上被极化的相互作用来体现待测直流电场大小，这样，通过测量由铁电体构成的电容器的电容值便可以得到待测电场的电场强度值；34、（2）本发明的电场测量系统及其测量方法的灵敏度较高，可测量较弱的直流电场，并且测量范围广，分辨率和准确度都较高，系统容易实现，整个测量系统的测量电路简单、容易实现、系统稳定性好、成本低；且不带运动部件，传感器尺寸小，可以用来测量狭窄区域中的电场的电场强度。技术特征：1.一种电场测量系统，其特征在于，包括历史电场、铁电体电容器、直流电压源和电容测量仪；2.根据权利要求1所述的电场测量系统，其特征在于，所述直流电压源的电压值为：3.根据权利要求2所述的电场测量系统，其特征在于，所述电感的电感值满足：4.根据权利要求3所述的电场测量系统，其特征在于，所述电容测量仪测量的电容值，如公式：5.根据权利要求4所述的电场测量系统，其特征在于，所述隔直电容的电容值与所述初始铁电体电容器的电容值之间存在函数关系，如公式：6.根据权利要求1所述的电场测量系统，其特征在于，所述两侧电极分别连接导线构成所述铁电体电容器的端子一和端子二；7.一种权利要求1-6任一项所述的电场测量系统的测量方法，其特征在于，包括：8.根据权利要求7所述的电场测量系统的测量方法，其特征在于，通过串联的直流电压源和电感，对所述铁电体电容器内的铁电体施加偏置电压，极化所述铁电体电容器。9.根据权利要求7所述的电场测量系统的测量方法，其特征在于，根据电容测量仪的测量结果，得到所述铁电体电容器的电容值，通过电场的电场强度和铁电体电容器的电容值之间的关系曲线，读取待测电场的电场强度结果。技术总结本发明公开了一种电场测量系统及其测量方法，属于电场测量方法技术领域。其系统包括：历史电场、铁电体电容器、直流电压源和电容测量仪；所述铁电体电容器包括铁电体和安装在所述铁电体两侧的电极，所述直流电压源与电感串联后、所述电容测量仪与隔直电容串联后，通过电极与所述铁电体电容器并联；所述电容测量仪的输出端连接数据处理器；所述铁电体电容器无电极的铁电体任一面，与所述历史电场的电场方向正交。本发明利用的是电场‑电容转换效应，基于被测直流电场作用在铁电体材料上其介电常数会改变的原理，通过测量由铁电体构成的电容器的电容值便可以得到被测直流电场的电场强度值。技术研发人员：赵科,丁然,高山,杨景刚,孙蓉,朱孟周,李洪涛,王静君,李玉杰,肖焓艳,庄添鑫,尹泽,张照辉,徐阳,陈阳受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/16