[发明专利]一种数字式电场传感器

说明书

本发明提供一种数字式电场传感器，包括：电场感应系统：将高压直流输电线路下的合成电场转化为感应电流输出给被测信号输入通道；参考信号产生系统：产生与感应电流同频同相的方波信号作为参考信号输出给参考信号输入通道；被测信号输入通道：将感应电流进行放大、滤波和AD采样后输出给微处理模块；参考信号输入通道：AD采样参考信号后，输出给微处理模块；微处理模块，用两个相敏检波器对输入的离散序列和同步参考信号序列进行相敏检波后，计算高压直流输电线路下合成电场的幅值和相位。本发明提供的技术方案可完全克服传统模拟式电场传感器存在的输出漂移、传感特性不一致等缺陷，极大提高了测量精确性和长期使用的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种电场传感器，具体讲涉及一种适用于高压直流输电线路下地面合成电场测量的数字式电场传感器。

背景技术

伴随着我国特高压输电工程的蓬勃开展，输电线路周边的电磁环境问题日益引起人们重视。在日趋严格的环保形势下，输电线路的电磁环境将成为影响其应用和发展的重要因素之一，是线路设计和运行中必须考虑的重大技术问题。电场强度是电磁环境的一个重要参数，对其进行准确检测具有重要意义。

传统的模拟式直流电场传感器基于锁定放大器的原理实现，锁定放大器能将电场传感器检测到的微弱信号进行提取和放大，从而在噪声中识别有用信号。而相敏检波是实现锁定放大的核心，一方面，将输入信号与同频的参考信号进行相关运算，得到只和被测信号以及被测信号同频的噪声分量有关的相关运算结果。大部分噪声因与之不相关，从而被极大的抑制，提高检测的信噪比。另一方面，相敏检波实现了对被测电场方向的鉴别，起鉴相器的作用。

目前模拟式电场传感器锁定放大器的结构如图1所示，由测量输入信号通道部分，参考信号输入通道部分以及模拟式相关器三部分组成。

测量输入信号通道对输入的正弦信号进行放大，再经带通滤波器滤除部分干扰和噪声，以提高相敏检测的动态范围。

参考信号选择正弦信号或方波信号，与被测信号同频同相。参考信号输入通道对参考信号进行放大或衰减，以适应相敏检测器对幅度的要求。

模拟相关器由模拟式相敏检波器(APSD)和模拟式低通滤波器(ALPF)构成，相敏检波器对输入信号和参考信号做乘法运算并输出。低通滤波环节滤除相敏检波输出中的非直流分量，使输出为稳定的直流。

在模拟式电场传感器中，输入测量信号m(t)为正弦波，参考信号r(t)为方波，设方波的幅度为Vr，正弦波的幅度为Vm，两者角频率相等，均为ω₀，θ和φ分别为输入测量信号和参考信号的初相位。则输入测量信号可表示为：m(t)＝V_m sin(ω₀t+θ)；将参考信号方波r(t)进行傅立叶级数展开，可表示为：通过相敏检波器后，x(t)和r(t)乘积u_p(t)为：

经过模拟式低通滤波器后，上式中n＞1的差频项及所有和频项被滤除，只保留n＝1的差频项，也就是直流量，最后输出u_o为：

一般情况下，通过调节滑动变阻器使参考信号r(t)和输入测量信号m(t)的相位差θ-φ等于零，从而得到最大的输出此时传感器具有最大灵敏度，该过程一般由人工调节移相电路完成。但由于人为操作误差，将相位差准确地调节为零有较大困难。人为误差导致的相位差异性，造成传感器的灵敏度具有分散性。此外，相位的调节是通过滑动变阻器来实现的，而滑动变阻器本身存在漂移特性，长时间使用会造成相角的漂移，使传感器的灵敏度发生偏移，造成测量误差。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种适用于高压直流输电线路下合成电场测量的数字式电场传感器，以提高高压直流输电线路下合成电场测量的数据精确度。