1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究背景

随着生活水平的提高，公众对电磁辐射的关注度也越来越高，对于简单易用的电磁辐射监测设备的需求也越来越迫切。本毕业设计拟探讨工频电场场强仪的原理及具体的实现方法，并在此基础上给出一个实际可行的设计方案。

辐射源工频高压电场是物理环境影响因素之一，主要来源于高压输电线路、变电站及电动机车等。其频率在50hz～60hz水平，电磁场能量从带电载体向外辐射较微弱，而其中高压母线的工频辐射是高压变电所内工频辐射的主要来源。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究内容

1.掌握交流电场检测的基本理论；
2.掌握交流电场检测所需的硬件基本知识；
3.深入理解工频电场检测的电路原理；

4.给出实际可行的工频电场检测的硬件设计方案；

5.实际完成硬件电路的设计和制作；

6.最后，完成毕业论文的撰写和完善。

2.2 技术方案

1 传感器的设计

处于交变电场中的传感器，在其表面会产生感应电荷，在传感器的电极间接入测量电容器后，电容器上产生的电压便可作为测量信号 。

一维球型传感器的结构如图 1 所示，将一中空的金属球壳分成两部分，通过绝缘物质将其连接在一起，就构成了电容传感器; 分隔后的上半球面和下半球面为传感器的2个电极。

球型传感器放入电场后，球壳上的表面电荷量与球心

其中，K 为比例系数。这些感应电荷将在取样电容 CM

UM ( t) = KE0 ( t) /CM ．

通过测量取样电容上的电压 UM ( t) 就可以得到E0 ( t) ，［1］

这就是电容式传感器测量的基本原理。

若在传感器的 2 个电极间接入测量电容 CM ，由式( 2)

可知，在均匀电场中该测量电容上的电压 UM1 ( t)

在实际设计当中，盒型、平行板结构交变电场传感器制

作简单，运用的较多，对矩形结构可近似

地将其最大对角线长度的一半作为其等效半径。在均匀场

下标定的这些结构的电场传感器，在同样条件下，与球型传

感器一样，用于测量非均匀电场时的误差仍然很低，只从球

型结构的 1 % 增加到不足 2 % 。故而设计采用平行电容板进行

等效即可。

2． 硬件设计

采用交变电磁场传感器来检测高压工频电场，系统工

作场合为高压输电线附近或变电站内，这些场所电磁环境

复杂，条件恶劣，因此，对系统的抗干扰性要求高。另外，测

量装置应尽量减小对被测电场的场强分布的干扰。为了满

足高压工频电场测量的需要，设计了高压工频电场测量装

置，型号为 EM1。装置以 C8051F020 单片机为信号处理和

控制核心，由传感器、测量电路、单片机综合分析电路、输出

电路四部分组成，系统的原理框图如图 2所示。

交变电场传感器将电场信号转换成与待测电场相对应的电压信号，然后，测量电路对电压信号进行滤波放大和信号调理; 调理后的信号送入单片机进行 A /D 转换，A /D转换得到的数据根据推导计算公式进行综合处理，获得电场实测值，由单片机控制输出电路将待测电场值进行液晶显示，并结合 GB 16203—1996 配置了声光报警系统。

3. 研究计划与安排

第1~3周 查阅文献；分析题目研究现状，学习基本理论；

第4周 阅读文献、撰写开题报告，英文文献翻译；

第5周 深入理解电场检测的方法；

4. 参考文献（12篇以上）

1．武梦龙．孙文功，张立毅．dvb．c数字式场强仪的设计．太原理1。大学学报，

no 4，2002．

2．王兵，李凤军，武梦龙，张立毅．一种有线电视加解扰系统的简单实现．太原