《电子技术应用》
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多放大器并联结合小波分解的场磨电场传感器信号调理优化设计
电子技术应用
黄悦华1,陈卓1,卢云1,喻梓洋1,廖正海2,徐吉来2
1.三峡大学 电气与新能源学院;2.中国电力科学研究院有限公司电网环境保护全国重点实验室
摘要: 随着特高压直流输电技术的不断发展,电力系统对直流输电线路下方地面的合成电场的监测需求显著增加。然而,传统电场测量方法容易受到噪声干扰,影响测量精度。根据电场测量中的噪声干扰来源,提出了一种基于放大器并联优化的信号调理电路和Morlet小波分解的信号处理方法。通过优化设备测量时的信噪比,显著提升了场磨式电场仪的抗干扰能力和测量准确度。实验结果表明,所提出的放大器并联优化信号调理电路及小波分解的信号处理方法能有效消除测量过程中的干扰信号,提高测量电路的信噪比,保留信号的细节并保持信号的响应速度,从而提高了特高压直流输电地面电场的测量精度。
中图分类号:TM938.8 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257413
中文引用格式: 黄悦华,陈卓,卢云,等. 多放大器并联结合小波分解的场磨电场传感器信号调理优化设计[J]. 电子技术应用,2026,52(6):118-123.
英文引用格式: Huang Yuehua,Chen Zhuo,Lu Yun,et al. Optimization design of field mill electric fields sensors signal conditioning based on multiple amplifiers in parallel combined with wavelet decomposition[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(6):118-123.
Optimization design of field mill electric fields sensors signal conditioning based on multiple amplifiers in parallel combined with wavelet decomposition
Huang Yuehua1,Chen Zhuo1,Lu Yun1,Yu Ziyang1,Liao Zhenghai2,Xu Jilai2
1.College of Electrical and New Energy, China Three Gorges University;2.National Key Laboratory of Power Grid Environmental Protection, China Electric Power Research Institute Co., Ltd.
Abstract: With the rapid advancement of ultra-high-voltage direct current (UHVDC) transmission technology, accurate monitoring of ground-level composite electric fields has become increasingly important. Traditional measurement methods are easily affected by noise, reducing accuracy. To address this issue, a signal conditioning circuit based on parallel amplifier optimization and a signal processing method using Morlet wavelet decomposition are proposed. By enhancing the signal-to-noise ratio, the developed approach significantly improves the anti-interference capability and measurement precision of the field mill sensor. Experimental results demonstrate that the proposed method effectively suppresses noise, improves the signal-to-noise ratio, preserves signal details and dynamic response, and greatly enhances the accuracy of ground electric field measurements under UHVDC transmission lines.
Key words : field mill;electric field sensor;high-voltage direct current;noise interference;wavelet decomposition;amplifier parallel optimization

引言

直流特高压输电线路在高功率、远距离的电能输送方面具有巨大的作用[1-3],也是解决中国能源产地与能源需求地分布不均衡问题的有效方法[4]。但是,近年来,随着特高压直流输电工程的陆续投运,工程沿线居民对居民楼四周合成电场的投诉已经引起了环保部门的高度重视[5-6]。

利用场磨式电场传感器进行电场测量是目前应用最为广泛的测量方式[7-10]。文献[7]中详细介绍了场磨式传感器的测量原理,对极板开孔数量与测量灵敏度的关系进行了研究;文献[8]中研制了三维立体电场场磨式电场传感器,用于交直流输电线路下混合电场的测量;文献[9]介绍了一种低功耗、具有成本效益的差分电场磨传感器;文献[10]介绍了低功耗现场磨机传感器接口的噪声优化信号处理,以实现精确测量。

但现有的合成电场测量装置的输出信号处理常常面临信噪比低下、噪声抑制不足等问题。这些信号处理技术在进行测量信号放大时,往往也将背景噪声一同放大,导致测量数据的准确性和可靠性受到严重影响。尤其是在高电磁干扰环境下,噪声对测量数据的影响更加明显,导致信号质量显著下降。因此,提升电场测量仪器的信噪比和噪声抑制能力对于确保监测数据的准确性和可靠性至关重要[12]。鉴于此,本研究开发了一种基于放大器并联优化的信号调理电路,并且为了能有效降低低频段中的噪声、不降低信号的响应速度,提出了一种基于小波分解技术的信号处理算法,以提升信号的纯净度和测量精度[13]。最后本文通过实验验证其有效性,实验结果显示,优化后,传感器输出信号噪声干扰显著减少,信号质量大幅提高。这一成果极大提高了电场测量的准确性,为电力系统的设计、运行和环境监测提供更加可靠的技术支持。


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作者信息:

黄悦华1,陈卓1,卢云1,喻梓洋1,廖正海2,徐吉来2

(1.三峡大学 电气与新能源学院,湖北 宜昌 443000;

2.中国电力科学研究院有限公司电网环境保护全国重点实验室,湖北 武汉 430000)

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