一種三維電磁場平移掃描光學測量系統及電磁場測定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于空間電磁場檢測技術領域，尤其是涉及一種三維電磁場平移掃描光學 測量系統及電磁場測定方法。
【背景技術】
[0002] 電力系統的安全生產關乎到國家的經濟建設和國家安全，而電力系統的生產安全 決定于電氣設備的運行狀況。通過電磁場三維移動掃描可以對電氣設備故障電流和電壓所 形成的空間電磁場進行檢測，獲得電氣設備的故障特征信息，從而判斷出電氣設備的故障 位置和故障類型。在電氣設備故障檢測技術中，準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之一。現有的空間電磁場檢測技術是，通過空心線圈感應出空 間磁場信號，將信號輸入到一個濾波器中，通過模擬電路進行信號幅度的檢測，然后顯示到 數碼管或者液晶顯示器上，該現有技術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，無法實現對微小點的磁場和電場測量；無法實現三維電磁場的 重現的技術不足。本發明提出了一種三維電磁場平移掃描光學測量系統及方法，提供了一 種三維磁光效應和電光效應為特征的空間電磁場檢測系統，采用磁光效應和電光效應的三 維矩陣通道光學測量，通過與位置數據實時結合實現對空間電磁場信息的三維重現。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于，針對目前空間電磁場檢測技術只能測量一維磁場，無法實現 對微小點的磁場和電場測量以及無法實現三維電磁場重現的問題，提出一種三維電磁場平 移掃描光學測量系統及電磁場測定方法。
[0004] 本發明提出一種三維電磁場平移掃描光學測量系統，包括：三維光學矩陣通道磁 場移動掃描測量系統、三維光學單通道磁場移動掃描測量系統、三維光學矩陣通道電場移 動掃描測量系統，其特征在于，三維光學矩陣通道磁場移動掃描測量系統為三維磁場矩陣 通道光學傳感單元23安置于三維移動和位置數據輸出平臺25的光學傳感支撐桿26上，三 維磁場矩陣通道光學傳感單元23在零磁場屏蔽空腔24內進行磁場測量的零位整定，工業 控制機計算機35通過控制三維移動和位置數據輸出平臺25進行三維空間位置的精確平移 和定位，并記錄空間位置數據，三維磁場矩陣通道光學傳感單元23通過X軸、Y軸和Z軸的 光學傳感矩陣通道測量磁場，通過三維電磁場光學信息處理單元15進行信息處理后傳輸 到工業控制機計算機35,工業控制機計算機35根據三維磁場矩陣通道光學傳感單元23所 測量的磁場數據和三維移動和位置數據輸出平臺25輸出的三維空間位置數據進行磁場反 演計算，得到三維坐標下的磁場信息。
[0005] 所述三維光學矩陣通道磁場移動掃描測量系統中，智能調制功率光源14通過一 束光纖束將光強基本相同的光發送到X軸向矩陣通道輸入準直器17、Y軸向矩陣通道輸入 準直器19和Z軸向矩陣通道輸入準直器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 陣通道輸出準直器18、Y軸向矩陣通道輸出準直器20和Z軸向矩陣通道輸出準直器22,經 由光纖束將在三維磁場中感應后的光信號輸出到三維電磁場光學信息處理單兀15 ;
[0006] X軸向矩陣通道輸入準直器17、Y軸向矩陣通道輸入準直器19和Z軸向矩陣通道 輸入準直器21以及X軸向矩陣通道輸出準直器18、Y軸向矩陣通道輸出準直器20和Z軸 向矩陣通道輸出準直器22都是由NXN或者NXM個準直器以矩陣方式排列組成的準直器 組，NXN或者NXM個準直器之間的相對位置固定，各個準直器的出光端面處于同一個平面 內，各個準直器的軸線相互平行；NXN或者NXM個準直器中任意兩個相鄰準直器軸線的距 離相等；X軸向矩陣通道輸入準直器17中的各個準直器與X軸向矩陣通道輸出準直器18中 對應的各個準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直器19中的各個 準直器與Y軸向矩陣通道輸出準直器20中對應的各個準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直器21中的各個準直器與Z軸向矩陣通道輸出準直器22中對 應的各個準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測量系統，包括：三維光學矩陣通道磁場移動掃描 測量系統、三維光學單通道磁場移動掃描測量系統、三維光學矩陣通道電場移動掃描測量 系統，其特征在于，三維光學單通道磁場移動掃描測量系統為三維磁場單通道光學傳感單 元16安置于三維移動和位置數據輸出平臺25的光學傳感支撐桿26上，三維磁場單通道光 學傳感單元16在零磁場屏蔽空腔24內進行磁場測量的零位整定，工業控制機計算機35通 過控制三維移動和位置數據輸出平臺25進行三維空間位置的精確平移和定位，并記錄空 間位置數據，三維磁場單通道光學傳感單元16通過X軸、Y軸和Z軸的光學傳感矩陣通道 測量磁場，通過三維電磁場光學信息處理單元15進行信息處理后傳輸到工業控制機計算 機35,工業控制機計算機35根據三維磁場單通道光學傳感單元16所測量的磁場數據和三 維移動和位置數據輸出平臺25輸出的三維空間位置數據進行磁場反演計算，得到三維坐 標下的磁場信息。
[0008] 所述三維光學單通道磁場移動掃描測量系統中，智能調制功率光源14通過一束 光纖束將光強基本相同的光發送到X軸向單通道輸入準直器8、Y軸向單通道輸入準直器 10和Z軸向單通道輸入準直器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 準直器9、Y軸向單通道輸出準直器11和Z軸向單通道輸出準直器13,經由光纖束將在三 維磁場中感應后的光信號輸出到三維電磁場光學信息處理單兀15 ;
[0009] X軸向單通道輸入準直器8與X軸向單通道輸出準直器9的中心軸線處于同一條 直線上，Y軸向單通道輸入準直器10與Y軸向單通道輸出準直器11的中心軸線處于同一 條直線上，Z軸向單通道輸入準直器12與Z軸向單通道輸出準直器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測量系統，包括：三維光學矩陣通道磁場移動掃描 測量系統、三維光學單通道磁場移動掃描測量系統、三維光學矩陣通道電場移動掃描測量 系統，其特征在于，三維光學矩陣通道電場移動掃描測量系統為三維電場矩陣通道光學傳 感單元40安置于三維移動和位置數據輸出平臺25的光學傳感支撐桿26上，三維電場矩陣 通道光學傳感單元40在零電場屏蔽空腔41內進行電場測量的零位整定，工業控制機計算 機35通過控制三維移動和位置數據輸出平臺25進行三維空間位置的精確平移和定位，并 記錄空間位置數據，三維電場矩陣通道光學傳感單元40通過X軸、Y軸和Z軸的光學傳感 矩陣通道測量電場，通過三維電磁場光學信息處理單元15進行信息處理后傳輸到工業控 制機計算機35,工業控制機計算機35根據三維電場矩陣通道光學傳感單元40所測量的磁 場數據和三維移動和位置數據輸出平臺25輸出的三維空間位置數據進行電場反演計算， 得到三維坐標下的電場信息。
[0011] 所述三維光學矩陣通道電場移動掃描測量系統中，智能調制功率光源14通過一 束光纖束將光強基本相同的光發送到X軸向矩陣通道輸入準直器17、Y軸向矩陣通道輸入 準直器19和Z軸向矩陣通道輸入準直器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 出準直器18、Y軸向矩陣通道輸出準直器20和Z軸向矩陣通道輸出準直器22,經由光纖束 將在三維磁場中感應后的光信號輸出到三維電磁場光學信息處理單兀15。
[0012] 本發明提出一種三維電磁場平移掃描光學測量系統測定電磁場的方法，包括：三 維光學矩陣通道磁場移動掃描測量系統測定磁場的方法和三維光學矩陣通道電場移動掃 描測量系統測定電場的方法，其特征在于，三維光學矩陣通道磁場移動掃描測量系統測定 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傳感單元23安置于三維移動和位置數據輸出平臺 25的光學傳感支撐桿26上，將智能調制矩陣功率光源14通過光纖連接到三維磁場矩陣通 道光學傳感單元23上，將三維電磁場光學信息處理單元15連接到三維磁場矩陣通道光學 傳感單元23上，將三維電磁場光學信息處理單元15通過USB接口連接到工業控制計算機 35的USB接口上，構成三維磁場平移掃描矩陣光學測量系；
[0014] 步驟2 :將三維磁場矩陣通道光學傳感單元23中X軸向矩陣通道輸出