发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够简单高效地测量双导体电压的基于电场传感芯片的双导体电压测量方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
第一方面,本申请提供了一种基于电场传感芯片的双导体电压测量方法。
该方法包括:
获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线;
根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式;
根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系;
根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
在其中一个实施例中,获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度包括:获取第一测量位置测量的第一电场强度和第二电场强度;获取第二测量位置测量的第三电场强度和第四电场强度。
在其中一个实施例中,根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式包括:根据高斯定理确定第一导体在第一测量位置产生的第一电场强度表达式;根据高斯定理确定第一导体在第二测量位置产生的第二电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第一测量位置产生的第三电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第二测量位置产生的第四电场强度表达式;归集第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式以及第四电场强度表达式,得到电场强度表达式。
在其中一个实施例中,根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式包括:根据第一电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第一电场关系表达式;根据二电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第二电场关系表达式;根据第三电场强度述第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第三电场关系表达式;根据第四电场强度、第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第四电场关系表达式;归集第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式以及第四电场关系表达式,得到电场关系表达式。
在其中一个实施例中,根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压包括:获取第一导体与第二导体之间的距离;根据距离确定第一测量位置与第一导体的几何关系或者第一测量位置与第二导体的几何关系,得到第一距离表达式;根据距离确定第二测量位置与第一导体的几何关系或者第二测量位置与第二导体的几何关系,得到第二距离表达式;根据牛顿-拉夫逊法对第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式、第四电场关系表达式、第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式、第四电场强度表达式、第一距离表达式以及第二距离表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
在其中一个实施例中,电场强度是由电场传感芯片在第一测量位置、第二测量位置测量得到的。
第二方面,本申请还提供了一种基于电场传感芯片的双导体电压测量装置。该装置包括:
获取模块,用于获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线;
电场强度确定模块,用于根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式;
电场关系确定模块,用于根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系;
计算模块,用于根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
第三方面,本申请还提供了一种计算机设备。该计算机设备包括存储器和处理器,该存储器存储有计算机程序,该处理器执行该计算机程序时实现以下步骤:
获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线;
根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式;
根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系;
根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
第四方面,本申请还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线;
根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式;
根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系;
根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
第五方面,本申请还提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品,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:
获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线;
根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式;
根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系;
根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
上述基于电场传感芯片的双导体电压测量方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品,获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线;根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式;根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系;根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。本方法基于高斯定理,利用围绕在两个带电导体周围的电场传感芯片测量电场,通过电场传感芯片的位置关系和测量的电场强度值可以反演出带两个电导体的电压值,通过非接触式的电场测量实现了两个待测导体电压的测量,简单高效。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
针对电力系统普遍存在的电压测量需求,电场传感芯片阵列是代替电压互感器的有效方式,是解决电压互感器体积大、重量重、成本高、安装维护困难、高压绝缘复杂、磁芯饱和等问题的有效解决办法。随着压电晶体、压阻材料、MEMS技术的快速发展,微型化的电场传感芯片逐步开始应用,在待测导体周围通过布置多个电场传感芯片,形成某种阵列的方式,测量待测导体的空间电场分布,通过高斯定理和空间立体几何推导,使得通过非接触式电场测量实现待测导体电压的测量。
使用电场传感芯片阵列方式测量电压有以下优势:该方式无需铁心结构,不存在饱和问题,大大提高了瞬态性能,可以广泛应用于各类监测、计量和保护故障测量。无铁心的结构也消除了铁磁谐振,对电压波形能够精准测量,同时也提高了抗电磁干扰的能力;另外,目前电场传感芯片的体积小、功耗低,基本为芯片封装,可以批量焊接在PCB板上,且采用机器焊接后的位置误差低,并可与单片机、DSP、FPGA等嵌入式系统集成,集成数字通信接口,加入校准、数字信号处理算法,实现非接触式的智能电压传感器研制。基于电场传感芯片阵列测量的基本原理是基于高斯定理,利用围绕在带电导体周围的多个电场传感芯片测量电场,通过电场传感芯片的位置关系和测量值可以反演出带电导体的电压值。
在电力领域实际的电压测量场景中,往往需要同时测量两个导体的电压值,而现有的基于电压互感器的测量手段,只能测量单个导体的电压值。基于这种应用场景,本申请提出一种双导体的电压测量方法和装置,可采用2个双轴电场传感芯片布置在两个导体附近位置,即可同时测量出两个导体的电压值。
在一个实施例中,如图1所示,提供了一种基于电场传感芯片的双导体电压测量方法,本实施例以该方法应用于终端进行举例说明,可以理解的是,该方法也可以应用于服务器,还可以应用于包括终端和服务器的系统,并通过终端和服务器的交互实现。本实施例中,该方法包括以下步骤:
步骤102,获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度。
其中,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线。
具体地,终端获取第一测量位置与第二测量位置测量的电场强度。可选的,终端可以获取电场传感芯片在第一测量位置与第二测量位置测量的电场强度。
步骤104,根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式。
具体地,第一导体、第二导体为带电的长直导线,也可以为圆柱体的长直导线,第一导体与第二导体与地面平行放置,两个导体半径分别为R1、R2,为已知量。根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置处产生的电场强度表达式。
步骤106,根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式。
其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系。
具体地,根据电场强度、第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,确定电场强度与第一导体的电场强度表达式之间的电场关系表达式。根据电场强度、第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,确定电场强度与第二导体的电场强度表达式之间的电场关系表达式。
步骤108,根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
具体地,对电场强度表达式以及电场关系表达式中的未知量构建雅克比矩阵,对雅克比矩阵进行求解,得到求解结果,根据求解结果计算第一导体以及第二导体的电压。
上述基于电场传感芯片的双导体电压测量方法中,获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线;根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式;根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系;根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。本方法基于高斯定理,利用围绕在两个带电导体周围的电场传感芯片测量电场,通过电场传感芯片的位置关系和测量的电场强度值可以反演出带两个电导体的电压值,通过非接触式的电场测量实现了两个待测导体电压的测量,简单高效。
在一个可选的实施例中,电场强度是由电场传感芯片在第一测量位置、第二测量位置测量得到的。
具体地,在第一测量位置、第二测量位置分别放置电场传感芯片,获取电场传感芯片测量的电场强度。本实施例还可以在第一测量位置放置电场传感芯片,测量第一测量位置处的电场强度,然后在第二测量位置放置电场传感芯片测量的电场强度。本实施例还可以在第一测量位置放置两个电场传感芯片,将两个电场传感芯片测量的电场强度取平均值得到第一测量位置的电场强度,也可以在第二测量位置放置两个电场传感芯片,将两个电场传感芯片测量的电场强度取平均值得到第二测量位置的电场强度。本申请对电场传感芯片的数量不作限制,只要在第一测量位置和第二测量位置测量得到电场强度即可。
本实施例中的电场传感芯片,不需要磁芯,不需要接入一次系统可以实现非侵入式安装。本实施例中的电场传感芯片,可以采用压电压阻型芯片,通过压电材料和压阻材料的耦合来测量电场强度,首先通过压电材料将电场信号转化为材料形变,然后通过压阻材料将材料形变转化为电阻变化,通过测量电阻大小即可得到电场强度值。
在一个可选的实施例中,获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度包括:获取第一测量位置测量的第一电场强度和第二电场强度;获取第二测量位置测量的第三电场强度和第四电场强度。
具体地,电场传感芯片在第一测量位置以及第二测量位置测量预设方向的电场强度,预设方向包括x轴方向和y轴方向。终端获取电场传感芯片在第一测量位置测量x轴方向的电场强度,得到第一电场强度Ex1,终端获取电场传感芯片在第一测量位置测量y轴方向的电场强度,得到第二电场强度Ey1,终端获取电场传感芯片在第二测量位置测量x轴方向的电场强度,得到第三电场强度Ex2,终端获取电场传感芯片在第二测量位置测量y轴方向的电场强度,得到第四电场强度Ey2。可选的,本实施例中的电场传感芯片可以为双轴电场传感芯片,双轴电场传感芯片可以测量到x轴和y轴两个垂直方向的电场强度值。
在一个可选的实施例中,如图2所示,根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式包括:
步骤202,根据高斯定理确定第一导体在第一测量位置产生的第一电场强度表达式。
具体地,假设长直导线均匀带电,单位长度上的电荷为λ,根据高斯定理可得,则距离直线x处的电场强度为:
其中,ε0为物理常量,为真空介电常数。
在导线外选取一点作为电位参考点,电位参考点与导线距离为x0(已知量),假设导线的半径为R(已知量),则从电位参考点积分到导线表面,可得导线的表面电位为:
联立公式(1)和公式(2)可得导线的表面电位与电场强度的关系为:
公式(3)表明,在选定了电位参考点后,带电导线在空间中产生的电场强度与导线的表面电位成正比,与距离成反比。
将第一测量位置、第二测量位置作为电位参考点,根据两个导体之间的距离以及导体与电场传感芯片(即与第一测量位置、第二测量位置)的位置关系,可以得到导体与电场传感芯片(即与第一测量位置、第二测量位置)的距离,进而根据高斯定理(即公式(3))、第一导体半径、第一导体与第一测量位置之间的距离,得到第一电场强度表达式:
步骤204,根据高斯定理确定第一导体在第二测量位置产生的第二电场强度表达式。
具体地,根据高斯定理、第一导体半径、第一导体与第二测量位置之间的距离,得到第二电场强度表达式:
步骤206,根据高斯定理确定第二导体在第一测量位置产生的第三电场强度表达式。
具体地,根据高斯定理、第二导体半径、第一导体与第一测量位置之间的距离,得到第三电场强度表达式:
步骤208,根据高斯定理确定第二导体在第二测量位置产生的第四电场强度表达式。
具体地,根据高斯定理、第二导体半径、第二导体与第二测量位置之间的距离,得到第四电场强度表达式:
步骤210,归集第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式以及第四电场强度表达式,得到电场强度表达式。
本实施例中的所有电场强度E均为矢量,自带正负方向。
在一个可选的实施例中,根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式包括:根据第一电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第一电场关系表达式;根据二电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第二电场关系表达式;根据第三电场强度述第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第三电场关系表达式;根据第四电场强度、第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第四电场关系表达式;归集第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式以及第四电场关系表达式,得到电场关系表达式。
具体地,如图3所示,根据第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置(即芯片1)的几何关系,确定第一电场强度Ex1与电场强度E11、电场强度E21的电场关系,得到第一电场关系表达式:
Ex1=E11·sinθ1+E21·sinθ1 (8)
根据第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第二电场强度Ey1与电场强度E11、电场强度E21的电场关系,得到第二电场关系表达式:
Ey1=E11·cosθ1+E21·cosθ1 (9)
根据第一导体与第二测量位置(即芯片2)的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第三电场强度Ex2与电场强度E12、电场强度E22的电场关系,得到第三电场关系表达式:
Ex2=E12·sinθ2+E22·sinθ2 (10)
根据第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第四电场强度Ey2与电场强度E12、电场强度E22的电场关系,得到第四电场关系表达式:
Ey2=E12·cosθ2+E22·cosθ2 (11)
归集第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式以及第四电场关系表达式,得到电场关系表达式。
在一个可选的实施例中,根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压包括:获取第一导体与第二导体之间的距离;根据距离确定第一测量位置与第一导体的几何关系或者第一测量位置与第二导体的几何关系,得到第一距离表达式;根据距离确定第二测量位置与第一导体的几何关系或者第二测量位置与第二导体的几何关系,得到第二距离表达式;根据牛顿-拉夫逊法对第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式、第四电场关系表达式、第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式、第四电场强度表达式、第一距离表达式以及第二距离表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
具体地,获取第一导体与第二导体之间的距离,得到导体之间距离的一半为n,根据导体之间距离的一半、第一测量位置与第一导体之间的夹角θ1确定第一导体与第一测量位置之间的第一距离表达式为:
r1·sinθ1=n (12)
由于第一测量位置位于第一导体和第二导体的中轴线上,第一测量位置与第二导体的之间的距离也可以用第一距离表达式,即公式(12)表示。
根据导体之间距离的一半、第二测量位置与第一导体之间的夹角θ2确定第一导体与第二测量位置之间的第二距离表达式为:
r2·sinθ2=n (13)
由于第二测量位置位于第一导体和第二导体的中轴线上,第二测量位置与第二导体的之间的距离也可以用第二距离表达式,即公式(13)表示。
式(4)-(13)共10个方程中,未知量有10个,分别为:U1、U2、r1、r2、θ1、θ2、E11、E12、E21、E22,采用牛顿-拉夫逊法求解上述未知量,将式(4)-(13)写成如下形式:
记x=[U1,U2,r1,r2,θ1,θ2,E11,E12,E21,E22],F=[f1,f2,f3,f4,f5,f6,f7,f8,f9,f10]T,首先求解雅克比矩阵J(n):
首先设置迭代的初始值,设置2个芯片放置的位置,明确θ1、θ2的初始值,电力系统中带电导体的运行电压一般稳定在某个定值,因此U1、U2也可以明确一个初始值,根据式(4)-(13),即可计算得到x的初始值x(0),然后采用以下迭代公式:
x(n+1)=x(n)-F(x(n))/J(x(n)) (16)
设置求解阈值Δ=1×10-6,当满足|F|≤Δ或者迭代次数n满足要求时停止计算。牛顿-拉夫逊法具有较好的收敛性,因此迭代通常在10次之内便可以得到较好的解。之后将结果代入式(4)、(5)即可求出两个待测导体的电压值U1、U2。
根据上述描述,采用以下步骤计算两个待测导体的电压值U1、U2:
1)获得2个电场传感芯片在x轴、y轴方向上的测量值;
2)设置初始点x(0),设置求解阈值Δ=1×10-6,设置迭代次数上限为10次,基于迭代公式(16)求解方程组(14);
3)将第二步结果回代回式(4)、(5)求解出两个待测导体的电压值U1、U2。
为了易于理解本申请实施例提供的技术方案,以完整的双导体电压测量过程对本申请实施例提供的基于电场传感芯片的双导体电压测量方法进行简要说明:
(1)获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度包括:获取第一测量位置测量的第一电场强度和第二电场强度;获取第二测量位置测量的第三电场强度和第四电场强度,电场强度是由电场传感芯片在第一测量位置、第二测量位置测量得到的。
(2)根据高斯定理确定第一导体在第一测量位置产生的第一电场强度表达式;根据高斯定理确定第一导体在第二测量位置产生的第二电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第一测量位置产生的第三电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第二测量位置产生的第四电场强度表达式;归集第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式以及第四电场强度表达式,得到电场强度表达式。
(3)根据第一电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第一电场关系表达式;根据二电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第二电场关系表达式;根据第三电场强度述第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第三电场关系表达式;根据第四电场强度、第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第四电场关系表达式;归集第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式以及第四电场关系表达式,得到电场关系表达式。
(4)获取第一导体与第二导体之间的距离;根据距离确定第一测量位置与第一导体的几何关系或者第一测量位置与第二导体的几何关系,得到第一距离表达式;根据距离确定第二测量位置与第一导体的几何关系或者第二测量位置与第二导体的几何关系,得到第二距离表达式;根据牛顿-拉夫逊法对第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式、第四电场关系表达式、第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式、第四电场强度表达式、第一距离表达式以及第二距离表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
应该理解的是,虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的基于电场传感芯片的双导体电压测量方法的基于电场传感芯片的双导体电压测量装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的一个或多个基于电场传感芯片的双导体电压测量装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于基于电场传感芯片的双导体电压测量方法的限定,在此不再赘述。
在一个实施例中,如图4所示,提供了一种基于电场传感芯片的双导体电压测量装置,包括:获取模块402、电场强度确定模块404、电场关系确定模块406和计算模块408,其中:
获取模块402,用于获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线。
电场强度确定模块404,用于根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式。
电场关系确定模块406,用于根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系。
计算模块408,用于根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
在一个可选的实施例中,获取模块402还用于获取第一测量位置测量的第一电场强度和第二电场强度;获取第二测量位置测量的第三电场强度和第四电场强度。
在一个可选的实施例中,获取模块402获取的电场强度是由电场传感芯片在第一测量位置、第二测量位置测量得到的。
在一个可选的实施例中,电场强度确定模块404还用于根据高斯定理确定第一导体在第一测量位置产生的第一电场强度表达式;根据高斯定理确定第一导体在第二测量位置产生的第二电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第一测量位置产生的第三电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第二测量位置产生的第四电场强度表达式;归集第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式以及第四电场强度表达式,得到电场强度表达式。
在一个可选的实施例中,电场关系确定模块406还用于根据第一电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第一电场关系表达式;根据二电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第二电场关系表达式;根据第三电场强度述第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第三电场关系表达式;根据第四电场强度、第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第四电场关系表达式;归集第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式以及第四电场关系表达式,得到电场关系表达式。
在一个可选的实施例中,计算模块408还用于获取第一导体与第二导体之间的距离;根据距离确定第一测量位置与第一导体的几何关系或者第一测量位置与第二导体的几何关系,得到第一距离表达式;根据距离确定第二测量位置与第一导体的几何关系或者第二测量位置与第二导体的几何关系,得到第二距离表达式;根据牛顿-拉夫逊法对第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式、第四电场关系表达式、第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式、第四电场强度表达式、第一距离表达式以及第二距离表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
上述基于电场传感芯片的双导体电压测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是终端,其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于电场传感芯片的双导体电压测量方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解,图5中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器中存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现以下步骤:
获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线;
根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式;
根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系;
根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度包括:获取第一测量位置测量的第一电场强度和第二电场强度;获取第二测量位置测量的第三电场强度和第四电场强度。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式包括:根据高斯定理确定第一导体在第一测量位置产生的第一电场强度表达式;根据高斯定理确定第一导体在第二测量位置产生的第二电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第一测量位置产生的第三电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第二测量位置产生的第四电场强度表达式;归集第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式以及第四电场强度表达式,得到电场强度表达式。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式包括:根据第一电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第一电场关系表达式;根据二电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第二电场关系表达式;根据第三电场强度述第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第三电场关系表达式;根据第四电场强度、第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第四电场关系表达式;归集第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式以及第四电场关系表达式,得到电场关系表达式。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压包括:获取第一导体与第二导体之间的距离;根据距离确定第一测量位置与第一导体的几何关系或者第一测量位置与第二导体的几何关系,得到第一距离表达式;根据距离确定第二测量位置与第一导体的几何关系或者第二测量位置与第二导体的几何关系,得到第二距离表达式;根据牛顿-拉夫逊法对第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式、第四电场关系表达式、第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式、第四电场强度表达式、第一距离表达式以及第二距离表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:电场强度是由电场传感芯片在第一测量位置、第二测量位置测量得到的。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线;
根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式;
根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系;
根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度包括:获取第一测量位置测量的第一电场强度和第二电场强度;获取第二测量位置测量的第三电场强度和第四电场强度。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式包括:根据高斯定理确定第一导体在第一测量位置产生的第一电场强度表达式;根据高斯定理确定第一导体在第二测量位置产生的第二电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第一测量位置产生的第三电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第二测量位置产生的第四电场强度表达式;归集第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式以及第四电场强度表达式,得到电场强度表达式。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式包括:根据第一电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第一电场关系表达式;根据二电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第二电场关系表达式;根据第三电场强度述第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第三电场关系表达式;根据第四电场强度、第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第四电场关系表达式;归集第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式以及第四电场关系表达式,得到电场关系表达式。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压包括:获取第一导体与第二导体之间的距离;根据距离确定第一测量位置与第一导体的几何关系或者第一测量位置与第二导体的几何关系,得到第一距离表达式;根据距离确定第二测量位置与第一导体的几何关系或者第二测量位置与第二导体的几何关系,得到第二距离表达式;根据牛顿-拉夫逊法对第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式、第四电场关系表达式、第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式、第四电场强度表达式、第一距离表达式以及第二距离表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:电场强度是由电场传感芯片在第一测量位置、第二测量位置测量得到的。
在一个实施例中,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:
获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度,第一测量位置和第二测量位置分别位于中轴线的两侧,中轴线为第一导体和第二导体之间的中轴线;
根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式;
根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式,其中,第一几何关系为第一导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系,第二几何关系为第二导体与第一测量位置以及第二测量位置之间的几何关系;
根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:获取第一测量位置测量的电场强度以及第二测量位置测量的电场强度包括:获取第一测量位置测量的第一电场强度和第二电场强度;获取第二测量位置测量的第三电场强度和第四电场强度。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据高斯定理确定第一导体、第二导体分别在第一测量位置、第二测量位置产生的电场强度表达式包括:根据高斯定理确定第一导体在第一测量位置产生的第一电场强度表达式;根据高斯定理确定第一导体在第二测量位置产生的第二电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第一测量位置产生的第三电场强度表达式;根据高斯定理确定第二导体在第二测量位置产生的第四电场强度表达式;归集第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式以及第四电场强度表达式,得到电场强度表达式。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据电场强度、第一几何关系以及第二几何关系,确定电场关系表达式包括:根据第一电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第一电场关系表达式;根据二电场强度、第一导体与第一测量位置的几何关系、第二导体与第一测量位置的几何关系,确定第二电场关系表达式;根据第三电场强度述第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第三电场关系表达式;根据第四电场强度、第一导体与第二测量位置的几何关系、第二导体与第二测量位置的几何关系,确定第四电场关系表达式;归集第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式以及第四电场关系表达式,得到电场关系表达式。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据电场强度表达式以及电场关系表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压包括:获取第一导体与第二导体之间的距离;根据距离确定第一测量位置与第一导体的几何关系或者第一测量位置与第二导体的几何关系,得到第一距离表达式;根据距离确定第二测量位置与第一导体的几何关系或者第二测量位置与第二导体的几何关系,得到第二距离表达式;根据牛顿-拉夫逊法对第一电场关系表达式、第二电场关系表达式、第三电场关系表达式、第四电场关系表达式、第一电场强度表达式、第二电场强度表达式、第三电场强度表达式、第四电场强度表达式、第一距离表达式以及第二距离表达式进行求解,得到第一导体的电压以及第二导体的电压。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:电场强度是由电场传感芯片在第一测量位置、第二测量位置测量得到的。
需要说明的是,本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等),均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。