[发明专利]一种基于FP电压传感器的高电压测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于电压传感器测量领域。

背景技术

电压的测量在电力系统中起着非常重要的作用，其测量的精度及可靠性与电力系统的安全、可靠和运行密切相关。目前在电力系统中广泛使用的是电磁式电压测量方法和电容分压式电压测量方法，前者缺点主要是绝缘结构复杂，固有的磁饱和问题导致输出波形失真，响应速度低、频带窄。后者缺点主要是工作带宽窄，抗干扰能力差。鉴于传统的电压测量方法的诸多缺点，人们一直在寻求安全可靠、性能优越的新方法。光学电压测量法具有测量灵敏度高、抗干扰能力强等优点，是非常有潜能的解决方案。1993年L.Fabiny等人提出利用玛赫-泽德干涉仪原理（Mach-Zehnder Interferometer）设计并实现了光纤低频电压传感器；1995年Chai-Nan Chang等人利用模-模干涉仪原理（Mode-Mode Interferometer）设计了温度和电压传感器，同年N.A.F.Jaeger等人利用集成光学技术设计了高压传感器；1996年M.Sedlar等人利用晶体的逆压电效应提出了光纤电磁场传感器；2000年J.C.Santos等人利用Pockels电光效应设计了高压测量系统；2009年国内学者胡涛、赵勇等人采用光纤磁流体设计了电磁场传感器。以上光学测量方法都是利用光电子技术和光纤传感技术来实现电力系统电压信号的测量，虽然克服了传统电磁式和电容分压式电压测量方法的磁饱和、铁磁谐振等问题，设计结构简单，频率响应快，但是由于测量动态范围窄、测量精度较低，在一定程度上影响了测量效果，法布里-珀罗干涉仪，简称FP（Fabry-Perot）干涉仪。

发明内容

本发明是为了解决现有测量静电高电压的测量系统及测量方法测量精度低的问题，本发明提供了一种基于FP电压传感器的高电压测量系统及测量方法。

一种基于FP电压传感器的高电压测量系统，它包括宽带光源、信号隔离器、耦合器、FP电压传感器、高压电极、保护电阻、光谱仪、信号处理器和绝缘板装置；

所述的FP电压传感器包括铝电极主体、光纤准直器、微调器、光纤和聚酯膜，

所述的铝电极主体为圆柱体结构，且铝电极主体上表面中心位置设有圆形凹槽，在所述凹槽底部同心设有一个通孔，

聚酯膜覆盖在所述凹槽上，并通过环氧树脂黏贴在铝电极主体的上表面，所述的聚酯膜的上表面镀有铝，其下表面与通孔相对的位置粘有反射膜，

光纤准直器的端面上镀有反射膜，光纤准直器固定在微调器上，光纤准直器的信号输出端与光纤的一端连接，微调器嵌入在凹槽底部通孔内，光纤准直器的端面与聚酯膜之间形成了FP腔，且光纤准直器的端面与聚酯膜之间的垂直距离小于凹槽的深度，

聚酯膜下表面粘有反射膜的面积大于光纤准直器的端面上镀有反射膜的面积；

宽带光源的光信号输出端与信号隔离器的光信号输入端连接，信号隔离器的光信号输出端同时与耦合器的第一光信号输入输出端和光谱仪的光信号输入端连接，光谱仪的光信号输出端与信号处理器的数据信号输入端连接，耦合器的第二光信号输入输出端与光纤的另一端连接，

FP电压传感器和高压电极均固定在绝缘板装置上，且保证铝电极主体的上表面与高压电极相对设置，铝电极主体的上表面与高压电极之间的垂直距离为d,铝电极主体接待测高压直流电源的负极，高压电极的一端通过保护电阻与待测高压直流电源的正极连接。

采用一种基于FP电压传感器的高电压测量系统实现的高电压测量方法，该方法的具体过程为，

首先，使宽带光源、信号隔离器、耦合器、光谱仪和信号处理器均处于工作状态；

测量获得FP电压传感器的反射光输出功率I(λ)，然后根据