一種基于模擬光電轉(zhuǎn)換的隔離型脈沖電壓實時測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高電壓脈沖的隔離型實時測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于模擬光電 轉(zhuǎn)換的隔離型脈沖電壓實時測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖高電壓放電研宄中以及脈沖功率系統(tǒng)中，除了要有產(chǎn)生脈沖高電壓的設(shè)備， 還必須有能測量這些脈沖高電壓的儀器和設(shè)備。脈沖高電壓實驗及脈沖功率系統(tǒng)中，都要 求對脈沖高電壓波形進(jìn)行隔離測量，以保護(hù)測試設(shè)備和實驗人員的安全，同時，為測量實驗 中的各過程進(jìn)行同步性測量，往往要求脈沖測量系統(tǒng)具備實施響應(yīng)的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于此，本發(fā)明公開了一種基于模擬光電轉(zhuǎn)換的隔離型脈沖電壓實時測量系統(tǒng)；
[0004] 所述系統(tǒng)包括電容分壓器、積分器、模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊、模擬光-電轉(zhuǎn)換接 收模塊，數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)和同步測量模塊；
[0005] 所述電容分壓器將測量得到的脈沖電壓信號發(fā)送給積分器；
[0006] 所述積分器接收電容分壓器發(fā)送的脈沖電壓信號，并將所述脈沖電壓信號進(jìn)行處 理后發(fā)送給模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊；
[0007] 所述模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊將接收的所述處理后的脈沖電壓信號轉(zhuǎn)換成光信 號，并將所述光信號發(fā)送給模擬光-電轉(zhuǎn)換接收模塊；
[0008] 所述模擬光-電轉(zhuǎn)換接收模塊將收到的光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并發(fā)送給數(shù)據(jù)采 集卡和同步測量模塊；
[0009] 數(shù)據(jù)采集卡將接收到的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供工控機(jī)進(jìn)行處理；
[0010] 所述同步測量模塊包括有電荷耦合器件、光譜分析儀或其他同步測量裝置，所述 同步測量模塊通過接收所述模擬光-電轉(zhuǎn)換接收模塊發(fā)送的電壓信號來實現(xiàn)對所述同步 測量裝置的觸發(fā)。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的一個實施例中基于模擬光電轉(zhuǎn)換的脈沖電壓實時測量系統(tǒng)的示 意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明的一個實施例中基于模擬光電轉(zhuǎn)換的脈沖電壓實時測量系統(tǒng)的原 理圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明的一個實施例測量出的雷電脈沖波形示意圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明的一個實施例測量出的上升沿低于IOns的陡上升沿脈沖電壓波形 示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面將對本公開參照附圖1至4進(jìn)行進(jìn)一步說明。特別聲明，以下的描述本質(zhì)上只 是起到了宏觀解釋和實例說明的作用，絕不對本公開及其應(yīng)用或使用進(jìn)行任何限制。除非 另外特別說明，否則，在實施例中闡述的部件和步驟的相對布置以及數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值并 不限制本公開的范圍。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和裝置可能不被詳細(xì)討論， 但在適當(dāng)?shù)那闆r下意在成為說明書的一部分。
[0016] 在一個實施例中，本發(fā)明公開了 一種基于模擬光電轉(zhuǎn)換的隔離型脈沖電壓實時測 量系統(tǒng)；
[0017] 所述系統(tǒng)包括電容分壓器、積分器、模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊、模擬光-電轉(zhuǎn)換接 收模塊，數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)和同步測量模塊；
[0018] 所述電容分壓器將測量得到的脈沖電壓信號發(fā)送給積分器；
[0019] 所述積分器接收電容分壓器發(fā)送的脈沖電壓信號，并將所述脈沖電壓信號進(jìn)行處 理后發(fā)送給模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊；
[0020] 所述模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊將接收的所述處理后的脈沖電壓信號轉(zhuǎn)換成光信 號，并將所述光信號發(fā)送給模擬光-電轉(zhuǎn)換接收模塊；
[0021] 所述模擬光-電轉(zhuǎn)換接收模塊將收到的光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并發(fā)送給數(shù)據(jù)采 集卡和同步測量模塊；
[0022] 數(shù)據(jù)采集卡將接收到的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供工控機(jī)進(jìn)行處理；
[0023] 所述同步測量模塊包括有電荷耦合器件、光譜分析儀或其他同步測量裝置，所述 同步測量模塊通過接收所述模擬光-電轉(zhuǎn)換接收模塊發(fā)送的電壓信號來實現(xiàn)對所述同步 測量裝置的觸發(fā)。
[0024] 本實施例在于提出了一種基于模擬光電轉(zhuǎn)換的隔離型脈沖電壓實時測量系統(tǒng)，該 測量系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r測量高電壓實驗和脈沖功率系統(tǒng)中產(chǎn)生的脈沖電壓波形，而且可以 進(jìn)行實驗系統(tǒng)和測量系統(tǒng)的地電位隔離，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量，保障了測量人員的人身安全。
[0025] 在一個實施例中，所述電容分壓器為錐形電容分壓器，包括有同軸的第一錐體和 第二錐體；所述第一錐體的底面與GIS腔體中的母線及兩者間填充的第一介質(zhì)構(gòu)成高壓臂 電容；所述第一錐體的外表面與第二錐體的內(nèi)表面及它們中間填充的第二介質(zhì)構(gòu)成低壓臂 電容。
[0026] 本實施例在于對電容分壓器進(jìn)行進(jìn)一步的限定，本發(fā)明的電容分壓器可以選擇錐 形電容分壓器，所述第二錐體內(nèi)具有一錐形空間，此錐形空間與預(yù)留窗口的大小有關(guān)，此預(yù) 留窗口由電容分壓器的大小決定。
[0027] 本實施例中所述錐形電容分壓器這種錐體結(jié)構(gòu)在電壓波傳播方向上的尺寸是漸 變的，這種漸變方式實現(xiàn)了錐體波阻抗到同軸電纜波阻抗的平滑過渡，形成內(nèi)部阻抗的相 匹配，從而避免形成折反射，進(jìn)而避免因折反射引起的波形振蕩和畸變。
[0028] 在一個實施例中，所述第一錐體的錐角與第二錐體的錐角的角度相同，且第一錐 體完全置入第二錐體內(nèi)；所述第一錐體底部外側(cè)有螺紋，所述第二錐體底部內(nèi)側(cè)有螺紋，所 述第一錐體底部通過所述螺紋旋入第二錐體底部。
[0029] 本實施例中，第一錐體和第二錐體的錐角的范圍可變，變化范圍15° -45°，第一 錐體和第二錐體的底部螺紋用于將第一錐體和第二錐體其相對位置固定，以保證分壓比恒 定，減小測量不確定度。
[0030] 本實施例第一錐體的底面直徑與所測的脈沖電壓信號的頻率相關(guān)，具體的，當(dāng)脈 沖電壓沿著母線軸向傳播時，不同的橫截面處在同一時刻感應(yīng)到的電位是不相等的，要測 量出準(zhǔn)確的電壓波形，就要求感應(yīng)電極板的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測量波形的波長。
[0031] 在一個實施例中，所述積分器、模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊置于同一屏蔽箱內(nèi)，且所 述屏蔽箱與電容分壓器共地，所述模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊采用電池供電，且所述供電電 池也置于屏蔽箱內(nèi)。
[0032] 更為具體的，本實施例所述的屏蔽箱與電容分壓器的第二錐體共地。
[0033] 本實施例中將所述積分器、模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊置于同一屏蔽箱內(nèi)是為了有 效的一致空間電場的干擾，保護(hù)模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊，提高測量的準(zhǔn)確性。
[0034] 在一個實施例中，所述積分器為阻容積分器，所述積分器外部包裹有第一外殼，所 述第一外殼采用金屬制成的空心圓柱結(jié)構(gòu)，用于保證積分器兩側(cè)的電位一致。
[0035] 本實施例的阻容積分器也可由其他積分電路進(jìn)行替換，通過積分電路可以對分布 式同軸錐形分壓器的低頻響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而改善低頻特性。阻容積分電路中的電阻的阻 值范圍可取為20 Ω~80 Ω，采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)可減小電感，增大容量；電容的容值范圍可取為 50pF~2nF。根據(jù)不同的測量要求可以通過調(diào)整電容或電阻的取值，以便更加適用于實際 的測量情況。
[0036] 在一個實施例中，所述模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊通過單模石英光纖將光信號傳送 給光-電轉(zhuǎn)換接收模塊。
[0037] 本實施例中的電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊能實時的將電信號轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)送給光-電 轉(zhuǎn)換接收模塊，選用單模石英光纖傳輸光信號是為了滿足將光信號進(jìn)行遠(yuǎn)距離，大容量的 傳輸?shù)囊?，并且這樣做具有良好的實時響應(yīng)特性，以及地電位隔離和抗電磁干擾性能