一種高電位脈沖微小電流信號測量系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電工高壓測量技術領域，特別是涉及一種高電位脈沖微小電流信號測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]高電位脈沖電流信號測量技術在高電壓技術的發(fā)展中起著極其重要的作用，如開發(fā)緊湊型脈沖功率設備需確定快脈沖電流下絕緣介質的擊穿特性，研究絕緣材料電暈特性也需確定電暈和電流的關系等。
[0003]這些高電位電流信號通常具有頻率含量豐富、電磁干擾大等特點。在測量這類信號時，傳統(tǒng)電流測量技術如電磁電流互感器、分流器以及電纜作傳輸線的羅氏線圈測量系統(tǒng)等，通常存在高頻響應不夠或是抗干擾及絕緣性能不足的問題。
[0004]寬頻帶光電檢測系統(tǒng)采用光纖作為傳輸線，可實現(xiàn)高低壓系統(tǒng)間的電氣隔離，并具有良好的抗干擾性能。因此，將光電檢測技術應用于脈沖電流信號測量，具有明顯的優(yōu)勢。
[0005]隨著光電技術發(fā)展，人們提出研究混合式光電電流互感器。該系統(tǒng)由羅氏線圈和光纖傳輸系統(tǒng)組成，若將混合式光電電流互感器應用于測量高電位脈沖微小電流信號，則羅氏線圈需實現(xiàn)寬頻帶及高靈敏度性能，光纖傳輸系統(tǒng)需實現(xiàn)寬頻帶及低噪聲性能。而開發(fā)寬帶光纖傳輸模塊主要問題在于高頻響應不夠或是功耗過大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實施例中提供了一種高電位脈沖微小電流信號測量系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術中，在低功耗的狀態(tài)下，無法對脈沖微小電流信號進行測量的問題。
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明實施例公開了如下技術方案:
[0008]本發(fā)明實施例提供了一種高電位脈沖微小電流信號測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次電連接的羅氏線圈、光纖傳輸系統(tǒng)和信號還原顯示系統(tǒng)，其中，
[0009]所述光纖傳輸系統(tǒng)包括光纖、高壓側電路和低壓側電路，所述光纖的兩端分別連接高壓側電路和低壓側電路，所述高壓側電路和所述羅氏線圈電連接，所述低壓側電路和所述信號還原顯示系統(tǒng)電連接。
[0010]優(yōu)選地，所述羅氏線圈包括自積分線圈、積分電阻和骨架，所述自積分線圈與所述積分電阻電連接，所述骨架上均勻密繞偶數(shù)層所述自積分線圈，所述骨架內(nèi)還埋有一圈所述自積分線圈。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述高壓側電路包括前置運放電路、高壓側驅動電路和電光轉換器，所述高壓側驅動電路包括穩(wěn)壓芯片，所述前置運放電路一端與所述自積分線圈電連接、另一端與所述穩(wěn)壓芯片的一端電連接，所述穩(wěn)壓芯片的另一端和所述電光轉換器的輸入端電連接，所述電光轉換器的輸出端與所述光纖連接。
[0012]優(yōu)選地，所述低壓側電路包括光電轉換器和隔直電路，所述光電轉換器的輸出端與所述隔直電路電連接，所述光電轉換器的輸入端與所述光纖連接。
[0013]優(yōu)選地，所述羅氏線圈還包括金屬外殼，所述骨架、積分電阻和自積分線圈位于所述金屬外殼內(nèi)。
[0014]優(yōu)選地，所述光纖傳輸系統(tǒng)還包括金屬盒，所述高壓側電路和所述低壓側電路分別位于所述金屬盒內(nèi)。
[0015]優(yōu)選地，所述信號還原顯示系統(tǒng)包括陰極射線示波器。
[0016]優(yōu)選地，所述骨架包括磁性骨架。
[0017]優(yōu)選地，所述高壓側電路還包括供電電源。
[0018]由以上技術方案可見，本發(fā)明實施例提供的高電位脈沖電流微小信號測量系統(tǒng)，包括依次電連接的羅氏線圈、光纖傳輸系統(tǒng)和信號還原顯示系統(tǒng)，其中，所述光纖傳輸系統(tǒng)包括光纖、高壓側電路和低壓側電路，所述光纖的兩端分別連接高壓側電路和低壓側電路，所述高壓側電路和所述羅氏線圈電連接，所述低壓側電路和所述信號還原顯示系統(tǒng)電連接。該系統(tǒng)中的羅氏線圈具有寬頻帶和高靈敏度性能，光纖傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)了寬頻帶和低噪聲，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)測量精度高，工作穩(wěn)定，可用于復雜電磁環(huán)境下高電位脈沖電流信號的測量。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種高電位脈沖微小電流信號測量系統(tǒng)的結構示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種羅氏線圈的結構示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種高壓側電路的結構示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實施例提供的一種低壓側電路的結構示意圖；
[0024]圖5(a)為本發(fā)明實施例提供的一種高電位脈沖微小電流信號測量系統(tǒng)的幅頻特性圖；
[0025]圖5(b)為本發(fā)明實施例提供的一種高電位脈沖微小電流信號測量系統(tǒng)的相頻特性圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實施例提供的一種高電位脈沖微小電流信號測量系統(tǒng)方波響應圖；
[0027]圖7為本發(fā)明實施例提供的一種高電位脈沖微小電流信號測量系統(tǒng)脈沖響應圖；
[0028]圖1-圖7，符號表不:
[0029]1-羅氏線圈，2-高壓側電路，3-光纖，4-低壓側電路，5-信號還原顯示系統(tǒng)，11-積分電阻，12-自積分線圈，13-骨架，21-前置運放電路，22-高壓側驅動電路，23-電光轉換器，41-光電轉換器，42-隔直電路。
【具體實施方式】
[0030]為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031]參見圖1，為本發(fā)明實施例提供的一種高電位脈沖微小電流信號測量系統(tǒng)的結構示意圖，所述系統(tǒng)包括依次電連接的羅氏線圈1、光纖傳輸系統(tǒng)和信號還原顯示系統(tǒng)5，其中，所述光纖傳輸系統(tǒng)包括光纖3、高壓側電路2和低壓側電路4，所述光纖3的兩端分別連接高壓側電路2和低壓側電路4，所述高壓側電路2和所述羅氏線圈1電連接，所述低壓側電路4和所述信號還原顯示系統(tǒng)5電連接。
[0032]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種羅氏線圈的結構示意圖，所述羅氏線圈1包括自積分線圈12、積分電阻11和骨架13，所述自積分線圈12與所述積分電阻11電連接，所述骨架13上均勻密繞偶數(shù)層所述自積分線圈12，所述骨架13內(nèi)埋有一圈所述自積分線圈12。
[0033]如圖2，所述羅氏線圈1是基于電磁感應原理工作，通過測量自積分線圈12中的感應電動勢就可以測量一次側的電流信號，并實現(xiàn)了一次側和二次側間電氣隔離。在滿足一定條件下，羅氏線圈1相當于一個比例器，在這種參數(shù)情況下，羅氏線圈1中的線圈稱作自積分線圈，適合測量高頻電流信號。
[0034]要拓展自積分線圈12的頻帶，可使自積分線圈12雜散電容和積分電阻11盡可能小，而自積分線圈12自身電感盡可能大，如增加自積分線圈12匝數(shù)。但是，自積分線圈12靈敏度大小與頻帶寬度之間是矛盾的。對于確定的骨架13來講，積分電阻11跟自積分線圈12匝數(shù)的選取實際存在一個最優(yōu)搭配。
[0035]對于用于測量高頻信號的羅氏線圈1來說，由于自積分線圈12雜散參數(shù)對羅氏線圈1頻帶的影響，利用公式計算所得的頻帶往往存在較大的誤差，所以必須考慮自積分線圈12的分布參數(shù)效應，并把自積分線圈12視為一根傳輸導線。影響自積分線圈12高頻性能的決定性因素是積分電阻11與自積分線圈12波阻抗的比值，只有當積分電阻11遠小于自積分線圈12波阻抗時，自積分線圈12才具有良好的高頻性能，并且可以極大減小阻抗不匹配對測量帶來的影響。通過改變自積分線圈12的結構可以達到改變自積分線圈12波阻抗的目的。例如，增加繞線匝數(shù)以增大自積分線圈12電感；減小繞線直徑及增大選擇匝間距離以減小雜散電容。但是，改變自積分線圈12結構時也必須考慮到靈敏度的變化，保證羅氏線圈1的性能可滿足測量要求。
[0036]選擇磁性材料作為線圈的骨架13，可以增大自積分線圈12的自感。這樣就使得自積分條件更容易滿足，所述羅氏線圈1的靈敏度在設計時有更大的裕度，同時減小了羅氏線圈1測量陡脈沖信號的平頂降，即拓寬了羅氏線圈1的低頻響應段。因此，本發(fā)明實施例選用了適用于測量高頻信號的N1-Zn鐵氧體磁芯作為自積分線圈12的骨架13。
[0037]匝數(shù)的選擇與積分電阻11的選擇是相互矛盾。積分電阻11不變時，當匝數(shù)增加，自積分線圈12自身電感增加，自積分線圈12下限截止頻率降低，自積分線圈12頻帶變寬，但是靈敏度下降。這時，如果增大積分電阻11，靈敏度增大，但是自積分線圈12頻帶變窄。為了使羅氏線圈1具有較寬的頻帶和合適的靈敏度，綜合考慮各種因素后，最終選擇羅氏線圈1的積分電阻11為50Ω，自積分線圈12的匝數(shù)為10，并合理選擇繞線芯徑。這樣，可得羅氏線圈1的理論靈敏度為5V/A。
[0038]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種高壓側電路的結構示意圖，所述高壓側電路2包括前置運放電路21、高壓側驅動電路22和電光轉換器23，所述高壓側驅動電路22包括穩(wěn)壓芯片，所述前置運放電路21 —端與所述自積分線圈12電連接、另一端與所述穩(wěn)壓芯片的一端電連接，所述穩(wěn)壓芯片的另一