基于微电子器件的交直流电场测量装置和方法

本技术涉及电场智能感知，特别是涉及一种基于微电子器件的交直流电场测量装置和方法。

背景技术：

1、近年来，随着化石燃料的日益枯竭，清洁低碳能源转型要求紧迫。新型电力系统中大规模分布式清洁能源和非线性电力电子器件接入，导致系统电气测量信号量程和频带范围跨度显著增大，亟需对电网状态量进行实时测量反馈和动态调整。电场信息是电力系统的基本物理量之一，它包含了大量电网设备运行状态的信息，通过边缘计算、深度学习、人工智能等方法，可以快速实现设备状态的智能感知和故障的智能自愈。因此，智能电场传感器作为数字电网的神经末梢是实现源网荷储各环节状态智能感知、深度信息融合和资源优化配置的基础支撑，亟需开发适用于新型电力系统广域分布式宽频监测的新型电场传感器。

2、针对新型电力系统数字化发展需求，传感器需兼顾微型化、宽频带、宽量程、强稳定性、易集成等众多性能需求。主要利用电光式电场传感器和机械式电场传感器对电场进行测量。其中，电光式电场传感器基于电光效应将电场信号调制成光信号进行感知；机械式电场传感器主要包括场磨式传感器和微机电系统(mems)传感器等。

3、然而，由于电光式电场传感器在直流或极低频电场作用下电光晶体材料受电荷积聚影响产生与外部方向相反电场，无法对直流电场进行准确测量；机械式电场传感器由于机械疲劳导致对直流电场得测量精度低。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高直流电场测量精度的基于微电子器件的交直流电场测量装置和方法。

2、第一方面，本技术提供了一种基于微电子器件的交直流电场测量装置，包括：

3、依次连接的传感单元、电桥电路、调制信号源和信号处理电路；所述电桥电路一端与所述传感单元连接，另一端与所述调制信号源连接；

4、所述传感单元，用于感应待测交直流电场的电场强度变化，并输出感应信号；

5、所述调制信号源，用于在所述感应信号为直流信号的情况下，为所述电桥电路提供交流信号源，以将所述电桥电路难以采集的所述直流信号调制成交流信号；

6、所述电桥电路，用于对所述感应信号进行放大处理，得到调制信号；

7、所述信号处理电路，用于对所述调制信号进行处理，得到目标信号，其中，所述目标信号与所述待测交直流电场的电场强度存在对应关系。

8、在其中一个实施例中，上述电桥电路包括四个反向串并联组成的微电子器件。

9、在其中一个实施例中，上述微电子器件为场效应管，所述电桥电路包括第一电桥臂和第二电桥臂；

10、所述第一电桥臂包括第一场效应管和第二场效应管；所述第一场效应管的源极和漏极短接，所述第二场效应管的源极和漏极短接，且短接端与所述信号处理电路连接；所述第一场效应管的栅极与所述传感单元连接；所述第二场效应管的栅极与所述调制信号源连接；

11、所述第二电桥臂包括第三场效应管和第四场效应管；所述第三场效应管的栅极和所述第四场效应管的栅极短接，且短接端与所述信号处理电路连接；所述第三场效应管的源极和漏极短接后与所述传感单元连接；所述第四场效应管的源极和漏极短接后与所述调制信号源连接。

12、在其中一个实施例中，上述装置还包括隔直电容；所述隔直电容设置于所述电桥电路和所述信号处理电路之间。

13、在其中一个实施例中，上述装置还包括电阻；所述电阻与所述隔直电容连接。

14、在其中一个实施例中，上述装置还包括调节电容；所述调节电容与所述电阻并联。

15、在其中一个实施例中，上述信号处理电路包括放大电路和微控制器，所述放大电路一端与所述微控制器连接，另一端与所述电桥电路连接；

16、所述放大电路用于放大所述调制信号，所述微控制器用于对所述调制信号进行处理，得到所述目标信号。

17、第二方面，本技术还提供了一种基于微电子器件的交直流电场测量方法，包括：

18、感应待测交直流电场的电场强度变化，并输出感应信号；

19、在所述感应信号为直流信号的情况下，为电桥电路提供交流信号源，以将所述电桥电路难以采集的所述直流信号调制成交流信号；

20、对所述感应信号进行放大处理，得到调制信号；

21、对所述调制信号进行处理，得到目标信号，其中，所述目标信号与所述待测交直流电场的电场强度存在对应关系。

22、第三方面，本技术还提供了一种基于微电子器件的交直流电场测量装置，包括：

23、感应模块，用于感应待测交直流电场的电场强度变化，并输出感应信号；

24、调制模块，用于在所述感应信号为直流信号的情况下，为所述电桥电路提供交流信号源，以将所述电桥电路难以采集的所述直流信号调制成交流信号；

25、放大模块，用于对所述感应信号进行放大处理，得到调制信号；

26、处理模块，用于对所述调制信号进行处理，得到目标信号，其中，所述目标信号与所述待测交直流电场的电场强度存在对应关系。

27、第四方面，本技术还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

28、感应待测交直流电场的电场强度变化，并输出感应信号；

29、在所述感应信号为直流信号的情况下，为电桥电路提供交流信号源，以将所述电桥电路难以采集的所述直流信号调制成交流信号；

30、对所述感应信号进行放大处理，得到调制信号；

31、对所述调制信号进行处理，得到目标信号，其中，所述目标信号与所述待测交直流电场的电场强度存在对应关系。

32、第五方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

33、感应待测交直流电场的电场强度变化，并输出感应信号；

34、在所述感应信号为直流信号的情况下，为电桥电路提供交流信号源，以将所述电桥电路难以采集的所述直流信号调制成交流信号；

35、对所述感应信号进行放大处理，得到调制信号；

36、对所述调制信号进行处理，得到目标信号，其中，所述目标信号与所述待测交直流电场的电场强度存在对应关系。

37、第六方面，本技术还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

38、感应待测交直流电场的电场强度变化，并输出感应信号；

39、在所述感应信号为直流信号的情况下，为电桥电路提供交流信号源，以将所述电桥电路难以采集的所述直流信号调制成交流信号；

40、对所述感应信号进行放大处理，得到调制信号；

41、对所述调制信号进行处理，得到目标信号，其中，所述目标信号与所述待测交直流电场的电场强度存在对应关系。

42、上述基于微电子器件的交直流电场测量装置和方法，包括依次连接的传感单元、电桥电路、调制信号源和信号处理电路；电桥电路一端与传感单元连接，另一端与调制信号源连接；传感单元，用于感应待测交直流电场的电场强度变化，并输出感应信号；调制信号源，用于在感应信号为直流信号的情况下，为电桥电路提供交流信号源，以将电桥电路难以采集的直流信号调制成交流信号；电桥电路，用于对感应信号进行放大处理，得到调制信号；信号处理电路，用于对调制信号进行处理，得到目标信号，其中，目标信号与待测交直流电场的电场强度存在对应关系；相较于传统的电光式电场传感器和机械式电场传感器，该装置可以对直流电场进行准确性测量；还可以对交流电场进行测量。

技术特征：

1.一种基于微电子器件的交直流电场测量装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的传感单元、电桥电路、调制信号源和信号处理电路；所述电桥电路一端与所述传感单元连接，另一端与所述调制信号源连接；

2.根据权利要求1所述的基于微电子器件的交直流电场测量装置，其特征在于，所述电桥电路包括四个反向串并联组成的微电子器件。

3.根据权利要求2所述的基于微电子器件的交直流电场测量装置，其特征在于，所述微电子器件为场效应管，所述电桥电路包括第一电桥臂和第二电桥臂；

4.根据权利要求1所述的基于微电子器件的交直流电场测量装置，其特征在于，所述装置还包括隔直电容；所述隔直电容设置于所述电桥电路和所述信号处理电路之间。

5.根据权利要求4所述的基于微电子器件的交直流电场测量装置，其特征在于，所述装置还包括电阻；所述电阻与所述隔直电容连接。

6.根据权利要求5所述的基于微电子器件的交直流电场测量装置，其特征在于，所述装置还包括调节电容；所述调节电容与所述电阻并联。

7.根据权利要求2所述的基于微电子器件的交直流电场测量装置，其特征在于，所述信号处理电路包括放大电路和微控制器，所述放大电路一端与所述微控制器连接，另一端与所述电桥电路连接；

8.一种基于微电子器件的交直流电场测量方法，其特征在于，所述方法包括：

9.一种基于微电子器件的交直流电场测量装置，其特征在于，所述装置包括：

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求8所述的方法的步骤。

技术总结
本申请涉及一种基于微电子器件的交直流电场测量装置和方法。装置包括依次连接的传感单元、电桥电路、调制信号源和信号处理电路；电桥电路一端与传感单元连接，另一端与调制信号源连接；传感单元，用于感应待测交直流电场的电场强度变化，并输出感应信号；调制信号源，用于在感应信号为直流信号的情况下，为电桥电路提供交流信号源，以将电桥电路难以采集的直流信号调制成交流信号；电桥电路，用于对感应信号进行放大处理，得到调制信号；信号处理电路，用于对调制信号进行处理，得到目标信号，其中，目标信号与待测交直流电场的电场强度存在对应关系。本装置可提高直流电场得测量精度。

技术研发人员：吴世林,胡军,刘新霆,马浩宇,毕然,潘石,张汇泉,张波,何金良
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23