本發(fā)明涉及電壓監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電壓監(jiān)測(cè)應(yīng)用十分廣泛。在石油、石化、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，通過監(jiān)測(cè)易燃易爆危險(xiǎn)品及其容器電壓，能夠及時(shí)獲知危險(xiǎn)品攜帶靜電情況，對(duì)于靜電超標(biāo)現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警以及聯(lián)動(dòng)控制，避免因靜電放電引燃甚至引爆危險(xiǎn)品。通過監(jiān)測(cè)人體及設(shè)備電壓，并對(duì)電壓超標(biāo)情況預(yù)警，及時(shí)提示人體釋放靜電、設(shè)備接地，也能夠避免靜電放電造成精密電路損傷、易燃易爆等危險(xiǎn)品起火等事故。在電網(wǎng)領(lǐng)域，監(jiān)測(cè)輸電線路及相關(guān)電氣設(shè)備的電壓，能夠反應(yīng)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，為電力調(diào)配、故障診斷提供基本數(shù)據(jù)。

非接觸式電壓監(jiān)測(cè)能夠避免被測(cè)物對(duì)儀表及人體放電，具有測(cè)試方便、對(duì)被測(cè)物影響小、測(cè)試過程安全等優(yōu)點(diǎn)。通過電場(chǎng)傳感器測(cè)量被測(cè)物附近的電場(chǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被測(cè)物電壓的測(cè)量，尤其是隨著電場(chǎng)傳感器技術(shù)的進(jìn)步，小型化、微型化電場(chǎng)傳感器為非接觸式電壓監(jiān)測(cè)提供了便利性。然而，僅通過測(cè)量帶電物附近電場(chǎng)，無法準(zhǔn)確獲知其電壓情況，其原因在于，電場(chǎng)傳感器的測(cè)試結(jié)果，不僅與被測(cè)物電壓有關(guān)，還與測(cè)試距離、測(cè)試環(huán)境相關(guān)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明為了提升非接觸式電壓監(jiān)測(cè)的精度，提出一種非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)，引入了電場(chǎng)傳感器、測(cè)距模塊等關(guān)鍵部件。通過電場(chǎng)傳感器測(cè)試帶電體附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，通過測(cè)距模塊測(cè)試二者之間的距離，從而計(jì)算被測(cè)物的帶電電壓。

(二)技術(shù)方案

一種非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)，包括測(cè)量及通信電路和電場(chǎng)傳感器，所述測(cè)量及通信電路與電場(chǎng)傳感器連接；所述電場(chǎng)傳感器用于測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度；所述測(cè)量及通信電路用于采集和處理電場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)，得到被測(cè)帶電物帶電電壓。

在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，還包括距離模塊，所述測(cè)量及通信電路與距離模塊連接；所述距離模塊用于測(cè)量或限定電場(chǎng)傳感器與被測(cè)帶電物之間的距離，所述測(cè)量及通信電路用于采集和處理距離模塊的輸出信號(hào)，得到被測(cè)帶電物帶電電壓。

在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，還包括感應(yīng)電極和探頭外殼；所述距離模塊和電場(chǎng)傳感器設(shè)置在探頭外殼內(nèi)部，所述感應(yīng)電極設(shè)置在探頭外殼外部并與探頭外殼之間采用絕緣隔離層固定，所述感應(yīng)電極與電場(chǎng)傳感器通過導(dǎo)線連接，用于將感應(yīng)電極的感應(yīng)電荷傳導(dǎo)到電場(chǎng)傳感器表面。

在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，所述距離模塊為測(cè)距模塊，用于測(cè)量電場(chǎng)傳感器與被測(cè)帶電物之間的距離，所述測(cè)距模塊固定在電場(chǎng)傳感器前端或側(cè)面。

在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，所述測(cè)距模塊包括超聲波測(cè)距模塊、激光測(cè)距模塊或紅外測(cè)距模塊。

在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，其中，所述距離模塊為定距模塊，用于確定電場(chǎng)傳感器與被測(cè)物之間為預(yù)設(shè)距離，所述定距模塊固定在電場(chǎng)傳感器前端或側(cè)面。

在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，所述定距模塊為激光模塊，包括至少兩個(gè)發(fā)光單元，所述兩個(gè)發(fā)光單元發(fā)出的光束在預(yù)設(shè)距離處光斑重合。

在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，所述探頭外殼開設(shè)窗口，用于使距離模塊發(fā)出的信號(hào)導(dǎo)出；和/或所述感應(yīng)電極開設(shè)窗口，用于使距離模塊發(fā)出的信號(hào)導(dǎo)出。

在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，所述電場(chǎng)傳感器為靜電場(chǎng)傳感器或交流電場(chǎng)傳感器。

在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，所述電場(chǎng)傳感器限定一測(cè)量區(qū)域，被測(cè)帶電物的運(yùn)動(dòng)路徑至少部分落在所述測(cè)量區(qū)域；所述電場(chǎng)傳感器用于測(cè)量被測(cè)帶電物的電場(chǎng)強(qiáng)度并傳輸至測(cè)量及通信電路；所述測(cè)量及通信電路用于接收所述電場(chǎng)強(qiáng)度，并依照測(cè)量區(qū)域內(nèi)被測(cè)帶電物與電場(chǎng)傳感器的最大距離的校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行電壓測(cè)試，當(dāng)電場(chǎng)傳感器的電場(chǎng)強(qiáng)度超過閾值時(shí)，發(fā)出被測(cè)帶電物帶電超標(biāo)的預(yù)警信息。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)具有以下有益效果：

(1)引入測(cè)試距離參量，使傳感器能夠在多種測(cè)試距離下準(zhǔn)確反演被測(cè)電壓，無需擔(dān)心測(cè)試距離引入的誤差；

(2)與傳統(tǒng)振動(dòng)電容式非接觸靜電壓表相比，本發(fā)明無閉環(huán)反饋電路，避免了反饋電極自身帶高壓電造成的放電危險(xiǎn)，使用更安全、方便。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的可變測(cè)試距離非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)剖面示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光學(xué)限定測(cè)試距離非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)剖面示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的限定測(cè)試空間非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

1-感應(yīng)電極，2-絕緣隔離層，3-測(cè)距模塊，4-電場(chǎng)傳感器，5-探頭外殼，6-探頭線，7-測(cè)量和通信電路，8-激光模塊，9-光束匯聚點(diǎn)所在面，10-電場(chǎng)傳感器，11-被測(cè)帶電物相對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑，a-運(yùn)動(dòng)路徑上測(cè)量區(qū)域的起點(diǎn)，b-運(yùn)動(dòng)路徑上測(cè)量區(qū)域的終點(diǎn)，d-測(cè)量區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)傳感器與被測(cè)帶電物的最大測(cè)試距離。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

在本發(fā)明第一實(shí)施例提供了一種可變測(cè)試距離的非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)。圖1為該系統(tǒng)的剖面示意圖，請(qǐng)參照?qǐng)D1，該傳感器系統(tǒng)包括：感應(yīng)電極1、絕緣隔離層2、測(cè)距模塊3、電場(chǎng)傳感器4、探頭外殼5、探頭線6和測(cè)量及通信單元7。

其中，測(cè)距模塊3與電場(chǎng)傳感器4剛性固定在一起，從而可以保證測(cè)距模塊能夠準(zhǔn)確測(cè)量出電場(chǎng)傳感器與被測(cè)帶電物之間的距離。

測(cè)距模塊3為超聲波測(cè)距模塊、激光測(cè)距模塊、紅外測(cè)距模塊等，固定在電場(chǎng)傳感器4前端或側(cè)面(圖1中為前端)，從而避免測(cè)距信號(hào)被電場(chǎng)傳感器4遮擋。

電場(chǎng)傳感器4是靜電場(chǎng)傳感器或交流電場(chǎng)傳感器，用于測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度，包括場(chǎng)磨式、振動(dòng)電容式、電子開關(guān)式、光學(xué)式、電容式、微機(jī)電系統(tǒng)式電場(chǎng)傳感器等。對(duì)于采用微納米加工技術(shù)制備而成的微機(jī)械結(jié)構(gòu)芯片，通常需要封裝管殼進(jìn)行安置。電場(chǎng)傳感器4還可以包括信號(hào)放大電路，從而延長(zhǎng)信號(hào)傳輸距離。

感應(yīng)電極1在探頭外殼5前端，與電場(chǎng)傳感器4之間采用導(dǎo)線相連，從而將感應(yīng)電極上的感應(yīng)電荷傳導(dǎo)到電場(chǎng)傳感器4表面。采用該電極式結(jié)構(gòu)能夠避免電場(chǎng)傳感器直接暴露在外，從而避免電場(chǎng)傳感器損壞，提升系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。一般情況下，感應(yīng)電極1為圓形、圓角方形、球形等，并且在銳利處進(jìn)行圓角或鈍角處理，避免測(cè)試過程中發(fā)生尖端放電現(xiàn)象。感應(yīng)電極1可以為金屬材料或半導(dǎo)體材料。

感應(yīng)電極1與探頭外殼5之間采用絕緣隔離層2固定，固定方式可以為螺紋或螺絲固定，也可以采用膠粘、鉚接等方式。探頭外殼5用于容納測(cè)距模塊3及電場(chǎng)傳感器4，材料為金屬或半導(dǎo)體材料，接電路信號(hào)地。

在感應(yīng)電極1及探頭外殼5的前端開設(shè)窗口，用于使測(cè)距模塊3發(fā)出的測(cè)距信號(hào)導(dǎo)通，窗口可以為開孔，也可以采用玻璃等材料進(jìn)行適當(dāng)密封。

感應(yīng)電極1、絕緣隔離層2、測(cè)距模塊3、電場(chǎng)傳感器4和探頭外殼5組成測(cè)試探頭，在本實(shí)施例中，測(cè)量及通信單元7通過探頭線6與測(cè)試探頭中的測(cè)距模塊3及電場(chǎng)傳感器4相連，用于給二者供電，并采集、處理測(cè)距模塊3及電場(chǎng)傳感器4的輸出信號(hào)，再結(jié)合標(biāo)定系數(shù)計(jì)算出被測(cè)物帶電電壓情況。測(cè)量及通信單元7還可以包括顯示屏用于顯示測(cè)試結(jié)果及報(bào)警信息，其信號(hào)輸出端口用于將解算出的測(cè)量結(jié)果輸出給電腦等設(shè)備上，其還包括電池，用于給非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)供電。

需要說明的是，本實(shí)施例的測(cè)試探頭與測(cè)量及通信單元分立設(shè)置，實(shí)際應(yīng)用中也可以將二者加工成一體式結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明第二實(shí)施例提供了一種光學(xué)限定測(cè)試距離的非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)。參見圖2，與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，將固定在電場(chǎng)傳感器4的測(cè)距模塊3更換為定距模塊8。該定距模塊包含至少2個(gè)發(fā)光單元，可同時(shí)向探頭外射出激光束，光束匯聚點(diǎn)所在面9為被測(cè)面，其中，發(fā)光單元可以為激光光源。在感應(yīng)電極1及探頭外殼5前端適當(dāng)開孔，使定距模塊發(fā)出的光束可以穿出。

測(cè)試時(shí)，需將測(cè)試探頭垂直于被測(cè)面9放置，調(diào)整探頭與被測(cè)面9之間的距離使兩束光束的光斑重合，使測(cè)試探頭與被測(cè)面之間達(dá)到預(yù)設(shè)距離。讀取電場(chǎng)傳感器的輸出，并參考電場(chǎng)傳感器在該預(yù)設(shè)距離的標(biāo)定參數(shù)，即可計(jì)算出被側(cè)面的電壓。

需要說明的是，第二實(shí)施例提供的是光學(xué)法限定測(cè)試距離，在實(shí)際應(yīng)用中，也可以采用其他限定距離的方法。例如，測(cè)試前采用量尺測(cè)試探頭與被側(cè)面之間的距離，之后撤銷量尺進(jìn)行測(cè)量。采用夾具將探頭與被測(cè)物固定在一起，固定后，探頭與被測(cè)物之間為已知距離。此外，限定的距離可以為多個(gè)，不同的測(cè)試距離存在不同的校準(zhǔn)參數(shù)。

在本發(fā)明提出的第三實(shí)施例提供了一種限定測(cè)試空間的非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)。對(duì)于被測(cè)物與測(cè)試傳感器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，測(cè)試探頭可能無法及時(shí)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物，從而確定二者之間的距離。本實(shí)施例提供的一種限定測(cè)試空間的非接觸式電壓傳感器系統(tǒng)是一種非接觸式電壓傳感器預(yù)警系統(tǒng)，用于被測(cè)帶電物與電壓傳感器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況，包括相互連接的電場(chǎng)傳感器10和測(cè)量及通信單元，電場(chǎng)傳感器用于測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度，并定義電場(chǎng)傳感器的測(cè)量區(qū)域，被測(cè)帶電物的運(yùn)動(dòng)路徑至少部分落在測(cè)量區(qū)域內(nèi)。當(dāng)被測(cè)帶電物的運(yùn)動(dòng)路徑11經(jīng)過測(cè)量區(qū)域，測(cè)量及通信單元采集并處理電場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)。在測(cè)量區(qū)域內(nèi)被測(cè)帶電物與非接觸式電壓傳感器之間存在最大測(cè)試距離d。

測(cè)試過程中，被測(cè)帶電物沿路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)傳感器測(cè)量被測(cè)帶電物的電場(chǎng)強(qiáng)度并傳輸至測(cè)量及通信單元，測(cè)量及通信單元接收電場(chǎng)強(qiáng)度，依照上述的最大測(cè)試距離d對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行校準(zhǔn)，并依照最大測(cè)試距離d的校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行電壓計(jì)算。當(dāng)電場(chǎng)傳感器的檢測(cè)結(jié)果超過閾值，即認(rèn)為被測(cè)物帶電超標(biāo)，測(cè)量及通信單元發(fā)出被測(cè)帶電物帶電超標(biāo)的預(yù)警信息。

其原理在于，被測(cè)物與電場(chǎng)傳感器10之間距離最遠(yuǎn)時(shí)，傳感器探測(cè)到的電場(chǎng)最小，若該最小值超標(biāo)，即可判定被測(cè)物帶電超標(biāo)。

還需要說明的是，實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。貫穿附圖，相同的元素由相同或相近的附圖標(biāo)記來表示。在可能導(dǎo)致對(duì)本發(fā)明的理解造成混淆時(shí)，將省略常規(guī)結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。

并且圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實(shí)大小和比例，而僅示意本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)容。另外，在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號(hào)之間的任何參考符號(hào)構(gòu)造成對(duì)權(quán)利要求的限制。

除非有所知名為相反之意，本說明書及所附權(quán)利要求中的數(shù)值參數(shù)是近似值，能夠根據(jù)通過本發(fā)明的內(nèi)容所得的所需特性改變。具體而言，所有使用于說明書及權(quán)利要求中表示組成的含量、反應(yīng)條件等等的數(shù)字，應(yīng)理解為在所有情況中是受到「約」的用語所修飾。一般情況下，其表達(dá)的含義是指包含由特定數(shù)量在一些實(shí)施例中±10％的變化、在一些實(shí)施例中±5％的變化、在一些實(shí)施例中±1％的變化、在一些實(shí)施例中±0.5％的變化。

再者，單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個(gè)”不排除存在多個(gè)這樣的元件。

此外，除非特別描述或必須依序發(fā)生的步驟，上述步驟的順序并無限制于以上所列，且可根據(jù)所需設(shè)計(jì)而變化或重新安排。并且上述實(shí)施例可基于設(shè)計(jì)及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實(shí)施例混合搭配使用，即不同實(shí)施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實(shí)施例。

類似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡(jiǎn)本發(fā)明并幫助理解各個(gè)發(fā)明方面中的一個(gè)或多個(gè)，在上面對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的各個(gè)特征有時(shí)被一起分組到單個(gè)實(shí)施例、圖、或者對(duì)其的描述中。然而，并不應(yīng)將該發(fā)明的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護(hù)的本發(fā)明要求比在每個(gè)權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如下面的權(quán)利要求書所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面發(fā)明的單個(gè)實(shí)施例的所有特征。因此，遵循具體實(shí)施方式的權(quán)利要求書由此明確地并入該具體實(shí)施方式，其中每個(gè)權(quán)利要求本身都作為本發(fā)明的單獨(dú)實(shí)施例。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。