等應(yīng)變梁雙fbg真空靜電電壓傳感器及含有該傳感器的靜電電壓測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于高電壓測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)靜電電壓表應(yīng)具有極高的輸入阻抗，高壓測(cè)量靜電感應(yīng)電壓或電荷時(shí)，不用輸入阻抗分壓作用或?qū)﹄姾傻尼尫庞绊憸y(cè)量。傳統(tǒng)靜電電壓表有接觸式和非接觸式兩種類型，接觸式易受輸入電容、輸入阻抗的影響，測(cè)量結(jié)果精度低，讀數(shù)隨時(shí)間按指數(shù)衰減，并且只能適用于測(cè)量金屬體的靜電電壓。非接觸式靜電電壓表主要有振動(dòng)電容式、旋轉(zhuǎn)葉片式、直接感應(yīng)式等幾種，但是非接觸式靜電電壓表也存在著制作工藝復(fù)雜、測(cè)量精度低等問題。
[0003]為了改進(jìn)傳統(tǒng)靜電電壓表的結(jié)構(gòu)和提高靜電電壓表的測(cè)量精度，早在上世紀(jì)90年代初日本和美國等學(xué)者開始對(duì)靜電電壓表及其電壓測(cè)量進(jìn)行研宄。從早期出現(xiàn)的應(yīng)變計(jì)式靜電電壓表到近期的現(xiàn)場(chǎng)磨式直流高壓靜電計(jì)等。盡管與傳統(tǒng)靜電電壓表相比在測(cè)量范圍和測(cè)量精度上都有所提高，但是在一些高壓電力設(shè)備檢測(cè)與在線監(jiān)測(cè)過程中，希望高壓電表處于高壓處，例如電力架空線的絕緣子串中零值絕緣子的檢測(cè)，希望傳感和傳輸線是無源和全電介質(zhì)等問題并沒有得到解決，因此光纖靜電電壓表就有了重要的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，利用光電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)和馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀原理設(shè)計(jì)的光學(xué)電壓互感器常用于高電壓測(cè)量領(lǐng)域，解決了高電壓測(cè)量過程中精度低的問題，但是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測(cè)量十分復(fù)雜。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型是為了解決現(xiàn)有光學(xué)電壓互感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，現(xiàn)提供等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器及含有該傳感器的靜電電壓測(cè)量系統(tǒng)。
[0005]等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器，它包括:絕緣傘裙、玻璃套管、接地電極、等應(yīng)變梁、兩支FBG、空心導(dǎo)體半球、高壓電極和均壓環(huán)；
[0006]接地電極和高壓電極分別將玻璃套管的兩端密封，且玻璃套管內(nèi)部呈真空狀態(tài)，等應(yīng)變梁位于玻璃套管內(nèi)部，且等應(yīng)變梁的固定端固定在接地電極上，絕緣傘裙套固在玻璃套管、接地電極和高壓電極形成的整體的外側(cè)；
[0007]兩支FBG以等應(yīng)變梁為對(duì)稱軸對(duì)稱固定在等應(yīng)變梁的兩側(cè)，空心導(dǎo)體半球封裝在等應(yīng)變梁的自由端；
[0008]均壓環(huán)通過導(dǎo)體連接件固定在高壓電極上，導(dǎo)體連接件作為等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的電壓輸入端；
[0009]接地電極上開有通孔，兩支FBG的光纖共同從接地電極的通孔穿出，兩支FBG的光纖均作為等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的光信號(hào)輸入輸出端。
[0010]含有上述等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的靜電電壓測(cè)量系統(tǒng)，它包括:等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器、ASE寬帶光源、分光器、兩個(gè)耦合器、光譜分析儀、分析處理設(shè)備、保護(hù)電阻R、分壓電阻R1、分壓電阻R2、電壓計(jì)V、直流高壓電源和調(diào)壓器；
[0011]ASE寬帶光源發(fā)出的光入射至分光器，分光器將其接收到的光分為兩束，并分別入射至兩個(gè)耦合器，兩個(gè)耦合器將其接受到的光均入射至等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器中，等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器反射出的光分別經(jīng)過兩個(gè)耦合器入射至光譜分析儀，光譜分析儀的信號(hào)輸出端連接分析處理設(shè)備的信號(hào)輸入端；
[0012]保護(hù)電阻R的一端和分壓電阻Rl的一端同時(shí)連接等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的電壓輸入端，保護(hù)電阻R的另一端連接直流高壓電源的電壓信號(hào)輸出端，調(diào)壓器用于調(diào)節(jié)直流高壓電源的輸出電壓，分壓電阻Rl的另一端連接分壓電阻R2的一端，分壓電阻R2的另一端接電源地，電壓計(jì)V用于檢測(cè)分壓電阻R2兩端電壓；
[0013]等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的接地電極接電源地。
[0014]本實(shí)用新型所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器與光學(xué)電壓互感器不同，本實(shí)用新型所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)直流高壓和交流高壓有效值的測(cè)量，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)?？捎糜诟唠妷褐兄绷鞲邏汉徒涣鞲邏河行е档臏y(cè)量。
[0015]本實(shí)用新型所述的含有等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的靜電電壓測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，可實(shí)現(xiàn)5kV-39kV的直流高壓和交流高壓有效值的測(cè)量，其計(jì)算精度在5kV-12kV 時(shí)為 1.25%, 12kV-39kV 時(shí)為 0.55%。
【附圖說明】
[0016]圖1為等應(yīng)變梁、兩支FBG和空心導(dǎo)體半球部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為圖1的左視圖；
[0018]圖3為等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的剖視圖；
[0019]圖4為兩支FBG的光譜曲線圖；
[0020]圖5為波長差值與電壓曲線關(guān)系圖；
[0021]圖6為含有等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的靜電電壓測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]【具體實(shí)施方式】一:參照?qǐng)D1、圖2和圖3具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器，它包括:絕緣傘裙1、玻璃套管2、接地電極3、等應(yīng)變梁4、兩支FBG5、空心導(dǎo)體半球6、高壓電極8和均壓環(huán)9 ；
[0023]接地電極3和高壓電極8分別將玻璃套管2的兩端密封，且玻璃套管2內(nèi)部呈真空狀態(tài)，等應(yīng)變梁4位于玻璃套管2內(nèi)部，且等應(yīng)變梁4的固定端固定在接地電極3上，絕緣傘裙I套固在玻璃套管2、接地電極3和高壓電極8形成的整體的外側(cè)；
[0024]兩支FBG5以等應(yīng)變梁4為對(duì)稱軸對(duì)稱固定在等應(yīng)變梁4的兩側(cè)，空心導(dǎo)體半球6封裝在等應(yīng)變梁4的自由端；
[0025]均壓環(huán)9通過導(dǎo)體連接件固定在高壓電極8上，導(dǎo)體連接件作為等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的電壓輸入端；
[0026]接地電極3上開有通孔，兩支FBG5的光纖7共同從接地電極3的通孔穿出，兩支FBG5的光纖7均作為等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的光信號(hào)輸入輸出端。
[0027]本實(shí)施方式中，在等應(yīng)變梁和FBG傳感器固化封裝制備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出靜電電壓傳感器的真空絕緣結(jié)構(gòu)。所述空心導(dǎo)體半球6為封閉的空心導(dǎo)體半球。為保證接地電極
3和高壓電極8能夠?qū)⒉Ａ坠?密封，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，兩支FBG5的光纖7從接地電極3的通孔穿出后，再使用環(huán)氧樹脂將該瞳孔密封。
[0028]通過高壓靜電電壓傳感實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感器可實(shí)現(xiàn)5kV_39kV直流高壓和交流高壓有效值的測(cè)量，并在5kV-12kV測(cè)量范圍獲得1.25%,12kV-39kV獲得0.55%的計(jì)算精度，傳感曲線擬合度可以達(dá)到0.99976。能夠滿足高電壓靜電測(cè)量的要求，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0029]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，等應(yīng)變梁4的長度為65mm，固定端的寬度為18mm,厚度為 0.2_。
[0030]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，空心導(dǎo)體半球6的半徑為9_。
[0031]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，接地電極3和高壓電極8的間距為20mm。
[0032]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，空心導(dǎo)體半球6沿面與高壓電極8的間距大于等于10_。
[0033]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，絕緣傘裙I為環(huán)氧樹脂絕緣傘裙，且絕緣傘裙I的高度為20mm，厚度為15mm。
[0034]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，接地電極3和高壓電極8均為鋁合金電極。
[0035]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，等應(yīng)變梁4為環(huán)氧樹脂等應(yīng)變梁。
[0036]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，等應(yīng)變梁4的固定端利用環(huán)氧樹脂膠固定封裝在接地電極3上。
[0037]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，兩支FBG5利用環(huán)氧樹脂膠分別固化封裝在等應(yīng)變梁4的兩側(cè)。
[0038]【具體實(shí)施方式】^^一:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，接地電極3上開有螺孔，該螺孔用于通過螺絲將等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器固定在指定位置上。
[0039]【具體實(shí)施方式】十二:參照?qǐng)D6具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的含有【具體實(shí)施方式】一所述的等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的靜電電壓測(cè)量系統(tǒng)，它包括:等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器、ASE寬帶光源1-1、分光器1-2、兩個(gè)耦合器1_3、光譜分析儀1-4、分析處理設(shè)備1-5、保護(hù)電阻R、分壓電阻R1、分壓電阻R2、電壓計(jì)V、直流高壓電源1-6和調(diào)壓器1-7 ；
[0040]ASE寬帶光源1-1發(fā)出的光入射至分光器1-2，分光器1_2將其接收到的光分為兩束，并分別入射至兩個(gè)耦合器1-3，兩個(gè)耦合器1-3將其接受到的光均入射至等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器中，等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器反射出的光分別經(jīng)過兩個(gè)親合器1-3入射至光譜分析儀1-4，光譜分析儀1-4的信號(hào)輸出端連接分析處理設(shè)備1-5的信號(hào)輸入端；
[0041]保護(hù)電阻R的一端和分壓電阻Rl的一端同時(shí)連接等應(yīng)變梁雙FBG真空靜電電壓傳感器的電壓輸入端，保護(hù)電阻R的另一端連接直