一種基于模擬光電轉(zhuǎn)換的隔離型脈沖電壓實(shí)時(shí)測(cè)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(shí)時(shí)測(cè)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(shí)時(shí)測(cè)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(cè)量這些脈沖高電壓的儀器和設(shè)備。脈沖高電壓實(shí)驗(yàn)及脈沖功率系統(tǒng)中，都要 求對(duì)脈沖高電壓波形進(jìn)行隔離測(cè)量，以保護(hù)測(cè)試設(shè)備和實(shí)驗(yàn)人員的安全，同時(shí)，為測(cè)量實(shí)驗(yàn) 中的各過程進(jìn)行同步性測(cè)量，往往要求脈沖測(cè)量系統(tǒng)具備實(shí)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(shí)時(shí)測(cè)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(cè)量模塊；
[0005] 所述電容分壓器將測(cè)量得到的脈沖電壓信號(hào)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(hào)，并將所述脈沖電壓信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成光信 號(hào)，并將所述光信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并發(fā)送給數(shù)據(jù)采 集卡和同步測(cè)量模塊；
[0009] 數(shù)據(jù)采集卡將接收到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供工控機(jī)進(jìn)行處理；
[0010] 所述同步測(cè)量模塊包括有電荷耦合器件、光譜分析儀或其他同步測(cè)量裝置，所述 同步測(cè)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(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)所述同步 測(cè)量裝置的觸發(fā)。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中基于模擬光電轉(zhuǎn)換的脈沖電壓實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的示 意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中基于模擬光電轉(zhuǎn)換的脈沖電壓實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的原 理圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例測(cè)量出的雷電脈沖波形示意圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例測(cè)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(shí)施方式】
[0015] 下面將對(duì)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(shí)例說明的作用，絕不對(duì)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(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)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(gè)實(shí)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(shí)時(shí)測(cè) 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(cè)量模塊；
[0018] 所述電容分壓器將測(cè)量得到的脈沖電壓信號(hào)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(hào)，并將所述脈沖電壓信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成光信 號(hào)，并將所述光信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并發(fā)送給數(shù)據(jù)采 集卡和同步測(cè)量模塊；
[0022] 數(shù)據(jù)采集卡將接收到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供工控機(jī)進(jìn)行處理；
[0023] 所述同步測(cè)量模塊包括有電荷耦合器件、光譜分析儀或其他同步測(cè)量裝置，所述 同步測(cè)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(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)所述同步 測(cè)量裝置的觸發(fā)。
[0024] 本實(shí)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(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，該 測(cè)量系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量高電壓實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)的地電位隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量，保障了測(cè)量人員的人身安全。
[0025] 在一個(gè)實(shí)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(shí)施例在于對(duì)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(shí)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(shí)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(gè)實(shí)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?jī)?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(shí)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(duì)位置固定，以保證分壓比恒 定，減小測(cè)量不確定度。
[0030] 本實(shí)施例第一錐體的底面直徑與所測(cè)的脈沖電壓信號(hào)的頻率相關(guān)，具體的，當(dāng)脈 沖電壓沿著母線軸向傳播時(shí)，不同的橫截面處在同一時(shí)刻感應(yīng)到的電位是不相等的，要測(cè) 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(cè)量波形的波長(zhǎng)。
[0031] 在一個(gè)實(shí)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(shí)施例所述的屏蔽箱與電容分壓器的第二錐體共地。
[0033] 本實(shí)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(chǎng)的干擾，保護(hù)模擬電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0034] 在一個(gè)實(shí)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(shí)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(duì)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(cè)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(shí)際 的測(cè)量情況。
[0036] 在一個(gè)實(shí)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(hào)傳送 給光-電轉(zhuǎn)換接收模塊。
[0037] 本實(shí)施例中的電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊能實(shí)時(shí)的將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)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(hào)是為了滿足將光信號(hào)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(shí)時(shí)響應(yīng)特性，以及地電位隔離和抗電磁干擾性能