一種基于fp電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，屬于電壓傳感器測(cè)量領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有測(cè)量靜電高電壓的測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法測(cè)量精度低的問(wèn)題。所述的系統(tǒng)它包括寬帶光源、信號(hào)隔離器、耦合器、FP電壓傳感器、高壓電極、保護(hù)電阻、光譜儀、信號(hào)處理器和絕緣板裝置；所述的FP電壓傳感器包括鋁電極主體、光纖準(zhǔn)直器、微調(diào)器、光纖和聚酯膜，所述方法的具體過(guò)程為，首先，使寬帶光源、信號(hào)隔離器、耦合器、光譜儀和信號(hào)處理器均處于工作狀態(tài)；測(cè)量獲得FP電壓傳感器的反射光輸出功率I(λ)，然后根據(jù)計(jì)算獲得待測(cè)高壓直流電源輸出的電壓。本發(fā)明主要應(yīng)用在采用傳感器測(cè)量高電壓領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電壓傳感器測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓的測(cè)量在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用，其測(cè)量的精度及可靠性與電力系統(tǒng)的安全、可靠和運(yùn)行密切相關(guān)。目前在電力系統(tǒng)中廣泛使用的是電磁式電壓測(cè)量方法和電容分壓式電壓測(cè)量方法，前者缺點(diǎn)主要是絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，固有的磁飽和問(wèn)題導(dǎo)致輸出波形失真，響應(yīng)速度低、頻帶窄。后者缺點(diǎn)主要是工作帶寬窄，抗干擾能力差。鑒于傳統(tǒng)的電壓測(cè)量方法的諸多缺點(diǎn)，人們一直在尋求安全可靠、性能優(yōu)越的新方法。光學(xué)電壓測(cè)量法具有測(cè)量靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是非常有潛能的解決方案。1993年L.Fabiny等人提出利用瑪赫-澤德干涉儀原理(Mach-Zehnder Interferometer)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了光纖低頻電壓傳感器；1995年Cha1-Nan Chang等人利用模_模干涉儀原理(Mode-ModeInterferometer)設(shè)計(jì)了溫度和電壓傳感器，同年N.A.F.Jaeger等人利用集成光學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)了高壓傳感器；1996年M.Sedlar等人利用晶體的逆壓電效應(yīng)提出了光纖電磁場(chǎng)傳感器；2000年J.C.Santos等人利用Pockels電光效應(yīng)設(shè)計(jì)了高壓測(cè)量系統(tǒng)；2009年國(guó)內(nèi)學(xué)者胡濤、趙勇等人采用光纖磁流體設(shè)計(jì)了電磁場(chǎng)傳感器。以上光學(xué)測(cè)量方法都是利用光電子技術(shù)和光纖傳感技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓信號(hào)的測(cè)量，雖然克服了傳統(tǒng)電磁式和電容分壓式電壓測(cè)量方法的磁飽和、鐵磁諧振等問(wèn)題，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻率響應(yīng)快，但是由于測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍窄、測(cè)量精度較低，在一定程度上影響了測(cè)量效果，法布里-珀羅干涉儀，簡(jiǎn)稱(chēng)FP(Fabry-Perot)干涉儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有測(cè)量靜電高電壓的測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法測(cè)量精度低的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。
[0004]一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)，它包括寬帶光源、信號(hào)隔離器、耦合器、FP電壓傳感器、高壓電極、保護(hù)電阻、光譜儀、信號(hào)處理器和絕緣板裝置；
[0005]所述的FP電壓傳感器包括鋁電極主體、光纖準(zhǔn)直器、微調(diào)器、光纖和聚酯膜，
[0006]所述的鋁電極主體為圓柱體結(jié)構(gòu)，且鋁電極主體上表面中心位置設(shè)有圓形凹槽，在所述凹槽底部同心設(shè)有一個(gè)通孔，
[0007]聚酯膜覆蓋在所述凹槽上，并通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂黏貼在鋁電極主體的上表面，所述的聚酯膜的上表面鍍有鋁，其下表面與通孔相對(duì)的位置粘有反射膜，
[0008]光纖準(zhǔn)直器的端面上鍍有反射膜，光纖準(zhǔn)直器固定在微調(diào)器上，光纖準(zhǔn)直器的信號(hào)輸出端與光纖的一端連接，微調(diào)器嵌入在凹槽底部通孔內(nèi)，光纖準(zhǔn)直器的端面與聚酯膜之間形成了 FP腔，且光纖準(zhǔn)直器的端面與聚酯膜之間的垂直距離小于凹槽的深度，
[0009]聚酯膜下表面粘有反射膜的面積大于光纖準(zhǔn)直器的端面上鍍有反射膜的面積；
[0010]寬帶光源的光信號(hào)輸出端與信號(hào)隔離器的光信號(hào)輸入端連接，信號(hào)隔離器的光信號(hào)輸出端同時(shí)與耦合器的第一光信號(hào)輸入輸出端和光譜儀的光信號(hào)輸入端連接，光譜儀的光信號(hào)輸出端與信號(hào)處理器的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接，耦合器的第二光信號(hào)輸入輸出端與光纖的另一端連接，
[0011]FP電壓傳感器和高壓電極均固定在絕緣板裝置上，且保證鋁電極主體的上表面與高壓電極相對(duì)設(shè)置，鋁電極主體的上表面與高壓電極之間的垂直距離為d，鋁電極主體接待測(cè)高壓直流電源的負(fù)極，高壓電極的一端通過(guò)保護(hù)電阻與待測(cè)高壓直流電源的正極連接。
[0012]采用一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的高電壓測(cè)量方法，該方法的具體過(guò)程為，
[0013]首先，使寬帶光源、信號(hào)隔離器、耦合器、光譜儀和信號(hào)處理器均處于工作狀態(tài)；
[0014]測(cè)量獲得FP電壓傳感器的反射光輸出功率I (λ)，然后根據(jù)
【權(quán)利要求】
1.一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，它包括寬帶光源(7)、信號(hào)隔離器(8)、耦合器(9)、FP電壓傳感器、高壓電極(10)、保護(hù)電阻(11)、光譜儀(13)、信號(hào)處理器(14)和絕緣板裝置(15)； 所述的FP電壓傳感器包括鋁電極主體(1)、光纖準(zhǔn)直器(2)、微調(diào)器(3)、光纖(4)和聚酯膜(5)， 所述的鋁電極主體(1)為圓柱體結(jié)構(gòu)，且鋁電極主體(1)上表面中心位置設(shè)有圓形凹槽，在所述凹槽底部同心設(shè)有一個(gè)通孔， 聚酯膜(5 )覆蓋在所述凹槽上，并通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂黏貼在鋁電極主體(1)的上表面，所述的聚酯膜(5)的上表面鍍有鋁，其下表面與通孔相對(duì)的位置粘有反射膜(6)， 光纖準(zhǔn)直器(2)的端面上鍍有反射膜(6)，光纖準(zhǔn)直器(2)固定在微調(diào)器(3)上，光纖準(zhǔn)直器(2)的信號(hào)輸出端與光纖(4)的一端連接，微調(diào)器(3)嵌入在凹槽底部通孔內(nèi)，光纖準(zhǔn)直器(2)的端面與聚酯膜(5)之間形成了 FP腔，且光纖準(zhǔn)直器(2)的端面與聚酯膜(5)之間的垂直距離小于凹槽的深度， 聚酯膜(5)下表面粘有反射膜(6)的面積大于光纖準(zhǔn)直器(2)的端面上鍍有反射膜(6)的面積； 寬帶光源(7)的光信號(hào)輸出端與信號(hào)隔離器(8)的光信號(hào)輸入端連接，信號(hào)隔離器(8)的光信號(hào)輸出端同時(shí)與I禹合器(9)的第一光信號(hào)輸入輸出端和光譜儀(13)的光信號(hào)輸入端連接，光譜儀(13)的光信號(hào)輸出端與信號(hào)處理器(14)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接，耦合器 (9)的第二光信號(hào)輸入輸出端與光纖(4)的另一端連接， FP電壓傳感器和高壓電極(10)均固定在絕緣板裝置(15)上，且保證鋁電極主體(1)的上表面與高壓電極(10)相對(duì)設(shè)置，鋁電極主體(1)的上表面與高壓電極(10)之間的垂直距離為d，鋁電極主體(1)接待測(cè)高壓直流電源(12)的負(fù)極，高壓電極(10)的一端通過(guò)保護(hù)電阻(11)與待測(cè)高壓直流電源(12)的正極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述反射膜(6)的反射率為40%至55%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述的聚酯膜(5)的厚度為30um到50um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述的聚酯膜(5)的厚度為40um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述的鋁電極主體(1)的上表面與高壓電極(10)之間的垂直距離為d的范圍是8mm到15mm。
6.采用權(quán)利要求1或2所述的一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的高電壓測(cè)量方法，其特征在于，該方法的具體過(guò)程為， 首先，使寬帶光源(7)、信號(hào)隔離器(8)、耦合器(9)、光譜儀(13)和信號(hào)處理器(14)均處于工作狀態(tài)； 測(cè)量獲得FP電壓傳感器的反射光輸出功率I ( λ )，然后根據(jù)
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用一種基于FP電壓傳感器的高電壓測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的高電壓測(cè)量方法，其特征在于，所述的公式一是通過(guò)下述方法獲得的: 在高壓電極(10)和鋁電極主體(1)之間的電壓不變的情況下，根據(jù)高電壓試驗(yàn)技術(shù)獲得高壓電極(10)給鋁電極主體(1)施加的均勻載荷采用公式二表示:
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK103884901SQ201410135819
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】趙洪, 張開(kāi)玉, 楊玉強(qiáng), 張偉超 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)