一種三維電磁場平移掃描光學(xué)測量系統(tǒng)及電磁場測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于空間電磁場檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種三維電磁場平移掃描光學(xué) 測量系統(tǒng)及電磁場測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)關(guān)乎到國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國家安全，而電力系統(tǒng)的生產(chǎn)安全 決定于電氣設(shè)備的運行狀況。通過電磁場三維移動掃描可以對電氣設(shè)備故障電流和電壓所 形成的空間電磁場進(jìn)行檢測，獲得電氣設(shè)備的故障特征信息，從而判斷出電氣設(shè)備的故障 位置和故障類型。在電氣設(shè)備故障檢測技術(shù)中，準(zhǔn)確獲得電流和電壓所形成的空間電磁場 信息，是故障定位的核心技術(shù)之一?，F(xiàn)有的空間電磁場檢測技術(shù)是，通過空心線圈感應(yīng)出空 間磁場信號，將信號輸入到一個濾波器中，通過模擬電路進(jìn)行信號幅度的檢測，然后顯示到 數(shù)碼管或者液晶顯示器上，該現(xiàn)有技術(shù)存在僅能測量一維磁場；磁場測量值是對于穿過空 心線圈空間磁場的面積分，無法實現(xiàn)對微小點的磁場和電場測量；無法實現(xiàn)三維電磁場的 重現(xiàn)的技術(shù)不足。本發(fā)明提出了一種三維電磁場平移掃描光學(xué)測量系統(tǒng)及方法，提供了一 種三維磁光效應(yīng)和電光效應(yīng)為特征的空間電磁場檢測系統(tǒng)，采用磁光效應(yīng)和電光效應(yīng)的三 維矩陣通道光學(xué)測量，通過與位置數(shù)據(jù)實時結(jié)合實現(xiàn)對空間電磁場信息的三維重現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，針對目前空間電磁場檢測技術(shù)只能測量一維磁場，無法實現(xiàn) 對微小點的磁場和電場測量以及無法實現(xiàn)三維電磁場重現(xiàn)的問題，提出一種三維電磁場平 移掃描光學(xué)測量系統(tǒng)及電磁場測定方法。
[0004] 本發(fā)明提出一種三維電磁場平移掃描光學(xué)測量系統(tǒng)，包括：三維光學(xué)矩陣通道磁 場移動掃描測量系統(tǒng)、三維光學(xué)單通道磁場移動掃描測量系統(tǒng)、三維光學(xué)矩陣通道電場移 動掃描測量系統(tǒng)，其特征在于，三維光學(xué)矩陣通道磁場移動掃描測量系統(tǒng)為三維磁場矩陣 通道光學(xué)傳感單元23安置于三維移動和位置數(shù)據(jù)輸出平臺25的光學(xué)傳感支撐桿26上，三 維磁場矩陣通道光學(xué)傳感單元23在零磁場屏蔽空腔24內(nèi)進(jìn)行磁場測量的零位整定，工業(yè) 控制機計算機35通過控制三維移動和位置數(shù)據(jù)輸出平臺25進(jìn)行三維空間位置的精確平移 和定位，并記錄空間位置數(shù)據(jù)，三維磁場矩陣通道光學(xué)傳感單元23通過X軸、Y軸和Z軸的 光學(xué)傳感矩陣通道測量磁場，通過三維電磁場光學(xué)信息處理單元15進(jìn)行信息處理后傳輸 到工業(yè)控制機計算機35,工業(yè)控制機計算機35根據(jù)三維磁場矩陣通道光學(xué)傳感單元23所 測量的磁場數(shù)據(jù)和三維移動和位置數(shù)據(jù)輸出平臺25輸出的三維空間位置數(shù)據(jù)進(jìn)行磁場反 演計算，得到三維坐標(biāo)下的磁場信息。
[0005] 所述三維光學(xué)矩陣通道磁場移動掃描測量系統(tǒng)中，智能調(diào)制功率光源14通過一 束光纖束將光強基本相同的光發(fā)送到X軸向矩陣通道輸入準(zhǔn)直器17、Y軸向矩陣通道輸入 準(zhǔn)直器19和Z軸向矩陣通道輸入準(zhǔn)直器21，光束分別在X軸、Y軸和Z軸方向依次通過X 軸向起偏器1、Y軸向起偏器3和Z軸向起偏器5后分別在在X軸、Y軸和Z軸方向通過磁 光傳感立方體7,再經(jīng)過X軸向檢偏器2、Y軸向檢偏器4和Z軸向檢偏器6通過X軸向矩 陣通道輸出準(zhǔn)直器18、Y軸向矩陣通道輸出準(zhǔn)直器20和Z軸向矩陣通道輸出準(zhǔn)直器22,經(jīng) 由光纖束將在三維磁場中感應(yīng)后的光信號輸出到三維電磁場光學(xué)信息處理單兀15 ;
[0006] X軸向矩陣通道輸入準(zhǔn)直器17、Y軸向矩陣通道輸入準(zhǔn)直器19和Z軸向矩陣通道 輸入準(zhǔn)直器21以及X軸向矩陣通道輸出準(zhǔn)直器18、Y軸向矩陣通道輸出準(zhǔn)直器20和Z軸 向矩陣通道輸出準(zhǔn)直器22都是由NXN或者NXM個準(zhǔn)直器以矩陣方式排列組成的準(zhǔn)直器 組，NXN或者NXM個準(zhǔn)直器之間的相對位置固定，各個準(zhǔn)直器的出光端面處于同一個平面 內(nèi)，各個準(zhǔn)直器的軸線相互平行；NXN或者NXM個準(zhǔn)直器中任意兩個相鄰準(zhǔn)直器軸線的距 離相等；X軸向矩陣通道輸入準(zhǔn)直器17中的各個準(zhǔn)直器與X軸向矩陣通道輸出準(zhǔn)直器18中 對應(yīng)的各個準(zhǔn)直器的中心軸線處于同一條直線上，Y軸向矩陣通道輸入準(zhǔn)直器19中的各個 準(zhǔn)直器與Y軸向矩陣通道輸出準(zhǔn)直器20中對應(yīng)的各個準(zhǔn)直器的中心軸線處于同一條直線 上，Z軸向矩陣通道輸入準(zhǔn)直器21中的各個準(zhǔn)直器與Z軸向矩陣通道輸出準(zhǔn)直器22中對 應(yīng)的各個準(zhǔn)直器的中心軸線處于同一條直線上。
[0007] -種三維電磁場平移掃描光學(xué)測量系統(tǒng)，包括：三維光學(xué)矩陣通道磁場移動掃描 測量系統(tǒng)、三維光學(xué)單通道磁場移動掃描測量系統(tǒng)、三維光學(xué)矩陣通道電場移動掃描測量 系統(tǒng)，其特征在于，三維光學(xué)單通道磁場移動掃描測量系統(tǒng)為三維磁場單通道光學(xué)傳感單 元16安置于三維移動和位置數(shù)據(jù)輸出平臺25的光學(xué)傳感支撐桿26上，三維磁場單通道光 學(xué)傳感單元16在零磁場屏蔽空腔24內(nèi)進(jìn)行磁場測量的零位整定，工業(yè)控制機計算機35通 過控制三維移動和位置數(shù)據(jù)輸出平臺25進(jìn)行三維空間位置的精確平移和定位，并記錄空 間位置數(shù)據(jù)，三維磁場單通道光學(xué)傳感單元16通過X軸、Y軸和Z軸的光學(xué)傳感矩陣通道 測量磁場，通過三維電磁場光學(xué)信息處理單元15進(jìn)行信息處理后傳輸?shù)焦I(yè)控制機計算 機35,工業(yè)控制機計算機35根據(jù)三維磁場單通道光學(xué)傳感單元16所測量的磁場數(shù)據(jù)和三 維移動和位置數(shù)據(jù)輸出平臺25輸出的三維空間位置數(shù)據(jù)進(jìn)行磁場反演計算，得到三維坐 標(biāo)下的磁場信息。
[0008] 所述三維光學(xué)單通道磁場移動掃描測量系統(tǒng)中，智能調(diào)制功率光源14通過一束 光纖束將光強基本相同的光發(fā)送到X軸向單通道輸入準(zhǔn)直器8、Y軸向單通道輸入準(zhǔn)直器 10和Z軸向單通道輸入準(zhǔn)直器12,光束分別在X軸、Y軸和Z軸方向依次通過X軸向起偏 器1、Y軸向起偏器3和Z軸向起偏器5后分別在在X軸、Y軸和Z軸方向通過磁光傳感立 方體7,再經(jīng)過X軸向檢偏器2、Y軸向檢偏器4和Z軸向檢偏器6通過X軸向單通道輸出 準(zhǔn)直器9、Y軸向單通道輸出準(zhǔn)直器11和Z軸向單通道輸出準(zhǔn)直器13,經(jīng)由光纖束將在三 維磁場中感應(yīng)后的光信號輸出到三維電磁場光學(xué)信息處理單兀15 ;
[0009] X軸向單通道輸入準(zhǔn)直器8與X軸向單通道輸出準(zhǔn)直器9的中心軸線處于同一條 直線上，Y軸向單通道輸入準(zhǔn)直器10與Y軸向單通道輸出準(zhǔn)直器11的中心軸線處于同一 條直線上，Z軸向單通道輸入準(zhǔn)直器12與Z軸向單通道輸出準(zhǔn)直器13的中心軸線處于同 一條直線上；這三條軸線在空間有一個共同的交匯點。
[0010] -種三維電磁場平移掃描光學(xué)測量系統(tǒng)，包括：三維光學(xué)矩陣通道磁場移動掃描 測量系統(tǒng)、三維光學(xué)單通道磁場移動掃描測量系統(tǒng)、三維光學(xué)矩陣通道電場移動掃描測量 系統(tǒng)，其特征在于，三維光學(xué)矩陣通道電場移動掃描測量系統(tǒng)為三維電場矩陣通道光學(xué)傳 感單元40安置于三維移動和位置數(shù)據(jù)輸出平臺25的光學(xué)傳感支撐桿26上，三維電場矩陣 通道光學(xué)傳感單元40在零電場屏蔽空腔41內(nèi)進(jìn)行電場測量的零位整定，工業(yè)控制機計算 機35通過控制三維移動和位置數(shù)據(jù)輸出平臺25進(jìn)行三維空間位置的精確平移和定位，并 記錄空間位置數(shù)據(jù)，三維電場矩陣通道光學(xué)傳感單元40通過X軸、Y軸和Z軸的光學(xué)傳感 矩陣通道測量電場，通過三維電磁場光學(xué)信息處理單元15進(jìn)行信息處理后傳輸?shù)焦I(yè)控 制機計算機35,工業(yè)控制機計算機35根據(jù)三維電場矩陣通道光學(xué)傳感單元40所測量的磁 場數(shù)據(jù)和三維移動和位置數(shù)據(jù)輸出平臺25輸出的三維空間位置數(shù)據(jù)進(jìn)行電場反演計算， 得到三維坐標(biāo)下的電場信息。
[0011] 所述三維光學(xué)矩陣通道電場移動掃描測量系統(tǒng)中，智能調(diào)制功率光源14通過一 束光纖束將光強基本相同的光發(fā)送到X軸向矩陣通道輸入準(zhǔn)直器17、Y軸向矩陣通道輸入 準(zhǔn)直器19和Z軸向矩陣通道輸入準(zhǔn)直器21，光束分別在X軸、Y軸和Z軸方向依次通過X 軸向起偏器1、Y軸向起偏器3和Z軸向起偏器5后分別在在X軸、Y軸和Z軸方向通過磁 光傳感立方體7,經(jīng)過X軸向四分之一波片37、Y軸向四分之一波片38和Z軸向四分之一 波片39,再經(jīng)過X軸向檢偏器2、Y軸向檢偏器4和Z軸向檢偏器6通過X軸向矩陣通道輸 出準(zhǔn)直器18、Y軸向矩陣通道輸出準(zhǔn)直器20和Z軸向矩陣通道輸出準(zhǔn)直器22,經(jīng)由光纖束 將在三維磁場中感應(yīng)后的光信號輸出到三維電磁場光學(xué)信息處理單兀15。
[0012] 本發(fā)明提出一種三維電磁場平移掃描光學(xué)測量系統(tǒng)測定電磁場的方法，包括：三 維光學(xué)矩陣通道磁場移動掃描測量系統(tǒng)測定磁場的方法和三維光學(xué)矩陣通道電場移動掃 描測量系統(tǒng)測定電場的方法，其特征在于，三維光學(xué)矩陣通道磁場移動掃描測量系統(tǒng)測定 磁場的方法，包含如下步驟：
[0013] 步驟1 :三維磁場矩陣通道光學(xué)傳感單元23安置于三維移動和位置數(shù)據(jù)輸出平臺 25的光學(xué)傳感支撐桿26上，將智能調(diào)制矩陣功率光源14通過光纖連接到三維磁場矩陣通 道光學(xué)傳感單元23上，將三維電磁場光學(xué)信息處理單元15連接到三維磁場矩陣通道光學(xué) 傳感單元23上，將三維電磁場光學(xué)信息處理單元15通過USB接口連接到工業(yè)控制計算機 35的USB接口上，構(gòu)成三維磁場平移掃描矩陣光學(xué)測量系；
[0014] 步驟2 :將三維磁場矩陣通道光學(xué)傳感單元23中X軸向矩陣通道輸出