實驗名稱：電壓傳感器的傳感特性試驗

實驗?zāi)康模罕疚奶岢龅哪鎵弘?光柵電壓傳感器頻率響應(yīng)提升方法旨在拓展電壓傳感技術(shù)，為實現(xiàn)電壓信號的寬頻測量、豐富電壓傳感體系提供新的思路，對于促進(jìn)基于壓電材料和光學(xué)傳感技術(shù)的電壓傳感器在實際電網(wǎng)中的應(yīng)用具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

測試設(shè)備：高壓放大器、示波器、函數(shù)波形發(fā)生器、電容分壓器、電壓發(fā)生器等。

實驗過程：

圖：傳感器試驗平臺示意圖

搭建電壓傳感器特性試驗平臺，光學(xué)設(shè)備主要包括C波段寬帶光源和光電探測器，其作用分別是向傳感系統(tǒng)輸入寬帶光信號和對傳感器輸出的光信號進(jìn)行光強檢測；電學(xué)設(shè)備主要包括函數(shù)波形發(fā)生器、高壓放大器、電容分壓器、小型沖擊電壓發(fā)生器和示波器，分別用于產(chǎn)生傳感器特性試驗所需要的多種電壓信號和采集試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)。

在實驗室中采用如上圖的布置方式，寬帶光源發(fā)出的寬帶光信號和高壓放大器輸出的高壓信號傳輸至電壓傳感器，經(jīng)過傳感器的信號調(diào)制和光電探測器的光強檢測最終將光強大小轉(zhuǎn)換為電壓大小，并通過同軸電纜線傳輸至示波器顯示。

使用函數(shù)波形發(fā)生器產(chǎn)生50Hz工頻正弦的低壓信號，通過高壓放大器放大500倍后作為待測電壓信號，輸出至寬頻逆壓電-光柵電壓傳感器的電壓傳感單元。電容分壓器和寬頻逆壓電-光柵電壓傳感器的輸出信號均通過同軸電纜線傳輸至示波器進(jìn)行波形顯示和數(shù)據(jù)采集，使用交流耦合模式消除光電探測器輸出的直流電壓帶來的影響。圖2記錄了待測電壓信號和電壓傳感器的輸出響應(yīng)，其中上方藍(lán)色曲線表示待測電壓信號，下方紅色曲線為電壓傳感器的輸出響應(yīng)。

圖2：工頻電壓作用下電壓傳感器的響應(yīng)

實驗結(jié)果：

從上圖可以看出待測電壓信號與電壓傳感器輸出響應(yīng)之間具有較好的一致性，傳感器的輸出響應(yīng)能夠準(zhǔn)確跟隨待測電壓信號的變化，相位差小于5.4°。

在函數(shù)波形發(fā)生器上調(diào)節(jié)輸入的待測電壓信號，從0.25kV起始，以0.25kV的間隔逐步升高待測電壓信號至4kV，記錄每次施加的待測電壓信號和傳感器的輸出信號幅值，所得到的測試結(jié)果如圖3所示。

圖3：電壓傳感器的輸入輸出特性

圖4：輸入輸出特性擬合結(jié)果

對得到數(shù)據(jù)點進(jìn)行線性擬合分析，擬合曲線的截距C、斜率k和線性擬合度R等參數(shù)如圖4所示，參數(shù)C的值為53mV，參數(shù)k的值為193.2941，線性擬合度R為0.9991。其中，k和C均表示與傳感器測量靈敏度相關(guān)的擬合參數(shù)，R表示線性擬合度且其值越接近1則說明擬合度越高。

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圖：ATA-7050高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇