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一种基于交流电场感应的取能电源设计

电力工程技术 2023年第6期42卷 214-222页

作者：刘宏伟郑遵国李玉付左昆焦重庆华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 国网山东省电力公司临沂供电公司山东临沂276002

文中介绍了一种基于交流电场感应的取能电源,用于输电线路在线监测装置的供电。然而该类电源的输出功率较低,无法满足在线监测装置的用电需求。因此,在理论分析的基础上,文中设计了一种同轴双柱形的感应电极结构,以提高电源的输出功率... 详细信息

文中介绍了一种基于交流电场感应的取能电源,用于输电线路在线监测装置的供电。然而该类电源的输出功率较低,无法满足在线监测装置的用电需求。因此,在理论分析的基础上,文中设计了一种同轴双柱形的感应电极结构,以提高电源的输出功率。文中利用COMSOL Multiphysics软件建立仿真模型,并进行电磁场仿真分析。仿真结果表明,在10 kV电压等级下,所设计的感应电极可产生3.35 mA以上的感应电流。为验证仿真结果的准确性,文中利用自行搭建的测试平台进行实验验证,并将实验结果与仿真结果进行对比。实验结果表明,在负载电阻大于5 kΩ时,文中设计的取能电源可以输出超过630 mW的连续功率,与仿真结果基本吻合。通过文中的研究,成功解决了电场感应取能电源输出功率低下的问题,并提供了一种新型取能电路的设计思路和技术方案。

关键词：在线监测供电技术电场感应感应电流取能电源感应电极

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电场感应技术在储罐腐蚀泄漏检测中的应用

油气储运 2009年第11期28卷 60-63页

作者：台闯郑丽群杨永宽李春树李涛王江源张培俊中国科学院金属研究所材料环境腐蚀研究中心中国石油化工股份有限公司天津分公司机械研究所

介绍了利用电场感应技术进行储罐泄漏检测的原理、实现方法、试验数据分析及应用领域等问题。对不同介质感应信号强度的检测表明,依据电场感应原理制造的检测仪对水、机油、柴油、煤油、汽油等流动状态介质的泄漏可报警,可用于石油、石... 详细信息

介绍了利用电场感应技术进行储罐泄漏检测的原理、实现方法、试验数据分析及应用领域等问题。对不同介质感应信号强度的检测表明,依据电场感应原理制造的检测仪对水、机油、柴油、煤油、汽油等流动状态介质的泄漏可报警,可用于石油、石化行业等多种类别储罐的腐蚀泄漏检测。在试验室开展了升温、降温、蒸汽湿度及浸润试验,检测仪工作稳定。对国内某炼油厂汽油罐进行了现场数据监测,检测结果准确。

关键词：电场感应储罐腐蚀泄漏检测技术应用

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电场感应式料流传感器设计

工矿自动化 2016年第4期42卷 27-30页

作者：谭长森倪春明中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015 中煤科工集团上海有限公司检测技术研究中心上海201401

针对现有开关式和压力式料流传感器存在易磨损、可靠性差的问题,设计了一种电场感应式料流传感器。该传感器采用内置电场感应式智能芯片作为感应元件监测电场电参数,利用单片机采集和处理电场电参数,通过电参数变化经内部数据处理输出... 详细信息

针对现有开关式和压力式料流传感器存在易磨损、可靠性差的问题,设计了一种电场感应式料流传感器。该传感器采用内置电场感应式智能芯片作为感应元件监测电场电参数,利用单片机采集和处理电场电参数,通过电参数变化经内部数据处理输出胶带有料、无料信号。现场实验结果表明,该传感器能够准确检测运动或者静止的胶带上有无物料,完全满足现场实际应用的需求,具有非接触检测、无磨损、使用寿命长、信号稳定可靠的特点。

关键词：带式输送机物料检测料流传感器电场感应信号处理

基于电场感应的冰层厚度检测传感器及其系统的研究

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传感技术学报 2010年第9期23卷 1364-1368页

作者：窦银科李阳秦建敏太原理工大学电力学院太原030024 太原理工大学测控技术研究所太原030024

给一个金属电极通过电阻施加交流激励,当冰或水作为电介质接近该电极时,电极周围的电场发生改变,表现为该电极与"虚地"形成的电容的改变。利用这一电场感应机理,设计了同面多电极电容式冰层厚度传感器;利用MAXWELL软件对传感器检测机理... 详细信息

给一个金属电极通过电阻施加交流激励,当冰或水作为电介质接近该电极时,电极周围的电场发生改变,表现为该电极与"虚地"形成的电容的改变。利用这一电场感应机理,设计了同面多电极电容式冰层厚度传感器;利用MAXWELL软件对传感器检测机理进行了仿真,并通过实验验证了利用电场感应的方法测量冰层厚度的可行性,仿真结果和实验结果证明该方法能实现定点冰层厚度的准确测量。

关键词：电场感应电容传感器冰层厚度

基于电场感应技术的储罐腐蚀泄漏检测方法的研究

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腐蚀科学与防护技术 2010年第3期22卷 211-215页

作者：台闯郑丽群杨永宽李春树李涛王江源张培俊中国科学院金属研究所材料环境腐蚀研究中心沈阳110016 中国石油化工股份有限公司天津分公司机械研究所天津300271

通过对储罐腐蚀因素的分析,重点介绍了利用电场感应技术进行目标(介质)检测的原理、实现方法、应用领域及使用注意事项等问题.依据电场感应原理制造的电场感应器件(MC33794)解决了传统目标检测系统在信号转换及传输方面的缺点,使系统测... 详细信息

通过对储罐腐蚀因素的分析,重点介绍了利用电场感应技术进行目标(介质)检测的原理、实现方法、应用领域及使用注意事项等问题.依据电场感应原理制造的电场感应器件(MC33794)解决了传统目标检测系统在信号转换及传输方面的缺点,使系统测量结果更精确,抗干扰能力更强,结构更简单.实现多种物理状态下的目标检测,并可应用于油品储罐腐蚀泄漏检测等领域.

关键词：电场感应目标检测 MC33794 油品储罐腐蚀泄漏

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基于电场感应的交流输电线路自取能研究

基于电场感应的交流输电线路自取能研究

作者：周乐华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

智能电网的快速发展要求更加稳定可靠的电能供应,气象灾害、杆塔倾斜、导线温度、导线覆冰和导线弧垂等因素引起的输电线路故障严重威胁着电力系统的安全运行,因此对输电线路的周边环境和线路状况进行在线监测是至关重要的。近年来,各... 详细信息

智能电网的快速发展要求更加稳定可靠的电能供应,气象灾害、杆塔倾斜、导线温度、导线覆冰和导线弧垂等因素引起的输电线路故障严重威胁着电力系统的安全运行,因此对输电线路的周边环境和线路状况进行在线监测是至关重要的。近年来,各种新的监测方法层出不穷,然而现有取能电源取能功率低,难以满足输电线路在线监测装置的用电需求,需要设计稳定、可靠的供电电源为其供电。基于电场感应的供电技术是输电线路在线监测装置的一种新型供电方式,但目前这种技术取能功率不够理想。针对此问题,论文设计了多种基于交流电场感应的取能方式,有效提高电场感应取能电源输出功率的同时,还能为雷击过电压的监测提供传感通道。首先,对现有的电场取能方式进行分类,按负载连接方式可分为直接取能、高电位取能与低电位取能。基于该分类,提出了适用于架空绝缘导线的直接取能、高电位内电极不等势取能、高电位内电极等势取能、高电位内电极分解取能和高电位外电极分解取能五种取能方案,分别对其建立等效电路模型,并进行公式推导,分析了影响取能效果的关键因素。其次,在理论分析的基础上进行仿真建模,从电极形状、外电极垂向距离、测量部分对取能侧影响以及后端取能电路的阻抗匹配四个方面讨论取能功率的影响因素。利用COMSOL对高电位取能结构进行建模,仿真对比圆筒型与板型外电极的取能效果,发现板型外电极平均表面积的对地电容更高,取能效果更优秀,符合理论规律;改变外电极垂向距离,讨论其位移距离对取能侧的影响程度,得出可保持7-8 cm位移距离以获得较大功率的结论;然后利用MATLAB进行公式计算,来判断电压测量部分对取能侧的影响,得到测量部分与取能部分基本解耦的结论;详细介绍并分析了取能电路阻抗匹配与电容补偿的工作原理,利用上述结论对取能装置进行优化设计。最后,实验验证了阻抗匹配与电容补偿的有效性,以及各个方案理论分析的正确性。实验表明:电源对地电压为6 kV时,直接取能方式可获取140.9 mW功率;高电位内电极不等势取能方式可获取4.1 mW功率;高电位内电极等势取能方式可获取30.7 mW功率;高电位内电极分解取能方式可获取36.2 mW功率;高电位外电极分解取能方式可获取31.5 mW功率。据此得出结论:直接取能功率显著高于高电位取能,但该取能方式受雷击威胁大,实用性不强;在高电位取能下,内电极等势所获功率相比内电极不等势时有明显提升,由于内电极分解方案的高精度电容补偿,内电极分解方案相比于外电极分解方案拥有更高的取能功率,但内电极分解取能的雷击电压波测量效果略差于外电极分解取能方案。对高电位取能方案进行集成芯片整流和桥式全波整流,桥式全波整流的转换效果明显更好,实验最终获得了 23.7 mW整流功率。

关键词：在线监测电场感应自取能雷击过电压

基于电场感应的输电线路在线监测装置供电电源研究

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同方学位论文库

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基于电场感应的输电线路在线监测装置供电电源研究

作者：李玉付华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着电力工业和智能电网的快速发展,对输电线路的通道环境（如气象环境、通道状况）和线路本体（如杆塔倾斜、导线温度、导线覆冰、导线弧垂等）进行在线监测变得至关重要。然而这些在线监测装置大多安装在输电导线或杆塔上,其周围一般... 详细信息

随着电力工业和智能电网的快速发展,对输电线路的通道环境（如气象环境、通道状况）和线路本体（如杆塔倾斜、导线温度、导线覆冰、导线弧垂等）进行在线监测变得至关重要。然而这些在线监测装置大多安装在输电导线或杆塔上,其周围一般没有传统的低压电源,因此需要设计稳定、可靠的供电电源为其供电。基于交流电场感应的供电技术是输电线路在线监测装置的一种新型供电方式,但是这种技术目前还存在难以满足在线监测装置用电需求的问题。针对此问题,论文设计了一种基于交流电场感应的取能供电电源,有效提高了电场感应取能电源的输出功率。首先,理论分析了交流电场感应取能的基本原理,详细介绍了取能电路的工作原理。在此基础上,理论推导出了影响取能功率的两个决定性因素,分别为位移电流和取能电路平均输入电压。总结了现有研究中金属感应极板与输电线路耦合电容较小的原因,在此基础上给出了论文采用的感应电极结构,并根据其几何结构理论推导出了位移电流表达式。此外,利用COMSOL有限元仿真软件对感应电极进行仿真分析,结果表明:相比于现有研究中感应极板与输电线路不足30pF的耦合电容,新型感应电极可以将耦合电容提升至数百pF。其次,针对影响取能功率的两个决定性因素,分别对感应电极和开关器件的驱动电路进行了优化设计。根据位移电流表达式对感应电极进行多参数优化设计,并总结了参数设计步骤。利用COMSOL有限元仿真软件仿真分析了感应电极对输电线路的影响,结果表明其半径大于某个值时不会使输电线路表面达到起晕场强。此外,针对感应电极端部电场集中的问题进行了倒圆角设计,有效削弱了端部强场。利用电压滞回比较器的滞回特性和电压倒向比例器的电压反向特性,对取能电路中开关器件的驱动电路进行优化设计,有效提高了取能电路的平均输入电压。利用MATLAB/Simulink仿真软件对取能电路进行仿真分析,验证了理论分析的正确性和所设计驱动电路的有效性。最后,实验验证了所设计取能电源理论的正确性和有效性。测试了取能电路的输入输出电压波形,验证了所设计驱动电路的有效性。测得了不同条件下的位移电流以及取能电路的输出功率,结果表明:取能电路的平均输入电压越大,输出功率就越高,同时电路效率也越高。此外,进行了取能电路输出端带负载性能实验,实验结果表明:10 kV电源电压下,所设计的感应电极可产生3.35 mA的位移电流,负载电阻大于5.5 kΩ时取能电路可输出630 mW以上的连续功率。

关键词：在线监测取能电源电场感应位移电流驱动电路

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同方学位论文库

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一种基于电场感应的人体姿态识别方法

一种基于电场感应的人体姿态识别方法

作者：杨小伍南京大学

学位级别：硕士

随着计算机视觉的迅猛发展,人体姿态识别作为计算机视觉的重要组成部分也越爱越受到研究人员的关注。人体姿态指的是人在特定时间或者时间段,人的头部、四肢、躯干协同运动的状态,通过对人体姿态的识别,用户可以更加便捷的使人体姿态识... 详细信息

随着计算机视觉的迅猛发展,人体姿态识别作为计算机视觉的重要组成部分也越爱越受到研究人员的关注。人体姿态指的是人在特定时间或者时间段,人的头部、四肢、躯干协同运动的状态,通过对人体姿态的识别,用户可以更加便捷的使人体姿态识别系统得到其真实想法,进而为用户提供更加便捷、更加人性化的服务,这也使得人体姿态识别在高级人机交互、游戏娱乐、智慧医疗、影视制作等领域都有着众多应用,而如何让计算机更加迅速、准确地识别出人体姿态成为了计算机视觉领域的科学家研究的重点。现有的人体姿态识别技术,对于被识别的探测目标被遮挡的情况都很难进行正确的识别,同时对人体姿态识别所需要的计算量较大。对于现有的人体姿态识别技术中存在的问题,本文提出了一种基于电场感应的人体姿态识别方法,该方法计算量较小同时不受障碍物遮挡的影响。首先,介绍了两通道的探测模型,分别讨论了探测目标距离探测电极间距、探测电极间间距、探测目标运动速度以及探测电极尺寸这些因素对信号特征图的影响,验证了通过对电场的监测进而识别人体姿态的可行性;其次,搭建了人体姿态识别系统,前端探测电路系统短路噪声测试及幅频特性测试显示系统具备高灵敏度、低噪声的特性,数据采集上通过使用NI-4431采集卡并设计上位机采集探测信号,方便实用;最后,应用KNN分类算法,对采集的5034组数据进行训练,能够有效识别挥手、抬腿、走路以及摔倒的运动姿态,系统识别准确率达到96.5%,说明了所提方法的可行性。

关键词：姿态识别电场感应探测模型样本数据

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基于电场感应的无线取能电源研究

基于电场感应的无线取能电源研究

作者：许永强山东大学

学位级别：硕士

高压架空输电线路是我国电力系统极其重要的组成部分,但由于其输电距离远、输电环境复杂,常面临着各种自然灾害和人力因素的侵扰,急需要对其进行在线监测以防止破坏事故的发生。但由于户外的运行环境,无可直接利用的电源,如何为在线监... 详细信息

高压架空输电线路是我国电力系统极其重要的组成部分,但由于其输电距离远、输电环境复杂,常面临着各种自然灾害和人力因素的侵扰,急需要对其进行在线监测以防止破坏事故的发生。但由于户外的运行环境,无可直接利用的电源,如何为在线监测装置提供稳定可靠电源成为在线监测装置设计的一大难题。传统的电源供电方式多采用太阳能进行供电,但由于太阳能供电方式多受限于天气状况难以保证可靠稳定的电力供应。因此,学者们开始研究采用其他方式在高压输电线路上获取电能。基于电场感应的在线取能电源是一种新型的输电线路能量获取方式,其相比于太阳能、风力发电、地线取能等传统的方式具有受环境影响小、供电稳定的特点,是其他输电线路能量获取方式的良好补充方式之一。但同时,其面临着输出功率极低的严重挑战(mW级别),因此电场感应取能的首要任务是提升取能功率。本文在此提出了一种基于电场感应原理的电场能量获取方法,该方法通过在高压输电导线上安装圆筒状取能极板,利用圆筒与大地之间的位移电流为负载提供能量。与传统方法不同,本文所采取的取能变压器并联电容器的取能结构极大的提升了取能功率。主要内容如下:(1)介绍电场感应取能电源的基本原理,利用电场采集器与大地之间的位移电流的恒流源特性,采用取能变压器和并联补偿电容的方式提高功率输出。(2)针对补偿电容和取能变压器进行设计,选用高耐压、nF级、适用于低频电路的聚苯乙烯电容作为电场感应取能电路的补偿电容;取能变压器采用具有高磁导率的铁基非晶合金磁芯以获取极大的等效感抗,一次绕组绕线匝数40000匝,二次绕组绕线400匝以获得较大的功率输出。(3)为了验证理论分析的准确性,在实验室搭建实验平台,对电场感应取能电源各部件进行试验研究,测试了取能变压器的励磁阻抗特性和负载特性以及补偿电容的补偿曲线,验证了电场感应取能电源模型的有效性。(4)研究了调理电路对于电场感应取能电源的影响,将电场感应电源应用到实际工程中,试验验证了电场感应电源可实现对驱鸟器的稳定供电。

关键词：高压输电电场感应在线取能电源恒流源补偿电容取能变压器