[发明专利]基于等应变梁的光纤Bragg光栅静电电压测量系统及采用该系统实现的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于静电电压测量领域

背景技术

静电电压测量在高电压的测量中起着非常重要的作用。目前高电压测量传统的使用方法有：电阻分压器的直流高压测量方法、阻容分压的交流高压测量方法和静电电压表的交直流高压测量方法。相对于电阻分压和阻容分压的测量方法，在测量过程中静电电压表有着极大的内阻抗，不会影响到高压输入端，在高电压测量中有着不可替代的作用。传统非接触式静电电压表主要有振动电容式、旋转叶片式、直接感应式等几种，振动电容式存在工艺复杂成本较高，旋转叶片式存在机械磨损影响测量精度，直接感应式存在读数无法直接转换成电量进入自动测试系统的问题，同时基于电信号输出的测试仪器信号传输存在着高压电场下被干扰的问题。鉴于传统静电电压表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。

国外首先兴起高压静电测量的研究，从结构上突破了传统的静电电压表。较早出现的有应变计式静电电压表，近来有现场磨式直流高压静电计等。此类静电电压表都有较好的测量范围和测量精度，但是应变计式电压表制备困难，而现场磨式静电计有机械旋转部件，涉及到寿命和可靠性问题。光学电压测量的方法具有测量灵敏度高、抗干扰能力强等优点，是非常有潜能的高压测量解决方案。现有报道中采用光学方法测量电压的有以下三类，第一类是利用玛赫-泽德干涉仪原理设计的电场传感器，此类传感器可获得较高的测量精度，但其结构中需要引入参考臂光纤，存在结构复杂问题。第二类是使用压电陶瓷的电压传感器，此类传感器存在电滞现象。第三类是利用光学晶体的逆压电效应设计的传感器，此类传感器加工工艺复杂，光学系统的封装困难。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高电压信号的测量，但是由于制备困难、受外部条件影响造成了传感器工作不稳定，这都会影响电压测量效果，FBG是Fiber Bragg Grating的缩写，即光纤布拉格光栅。

发明内容

本发明是为了解决现有静电电压测量系统测量精度低和动态测量范围窄的问题，本发明提供了一种基于等应变梁的光纤Bragg光栅静电电压测量系统及采用该系统实现的测量方法。

基于等应变梁的光纤Bragg光栅静电电压测量系统，它包括FBG电压传感器、调压器、精密直流高压电源、精密电压计、保护电阻R、电阻R₁、电阻R₂、光源、信号隔离器、耦合器、光谱仪和信号处理器；

所述的FBG电压传感器包括导体半球、1号FBG、2号FBG、固定块、等应变梁、高压电极、绝缘装置、接地电极、调节螺栓；

接地电极和高压电极镜像相对设置，且接地电极和高压电极之间的垂直距离d，d的范围为大于20mm且小于50mm，

接地电极的引出端通过夹固器件与绝缘装置固定连接，高压电极的引出端与调节螺栓螺纹连接，调节螺栓通过夹固器件与绝缘装置固定连接，

等应变梁采用聚酯板实现，等应变梁通过固定块与绝缘装置固定连接，且等应变梁位于接地电极和高压电极之间，等应变梁的两个侧面分别粘贴有1号FBG和2号FBG，且1号FBG和2号FBG镜像对称，

1号FBG与高压电极相对，且之间留有间隙，

2号FBG与接地电极相对，且之间留有间隙，

等应变梁的一个侧面的自由端还粘贴有导体半球，该导体半球为封闭的空心导体半球，且导体半球与1号FBG位于等应变梁的同一侧，

调压器的信号输出端与精密直流高压电源的信号输入端连接，该精密直流高压电源的电信号输出端与保护电阻R的一端连接，保护电阻R的另一端同时与电阻R₁的一端和高压电极的引出端连接，电阻R₁的另一端与电阻R₂串联后连接精密直流高压电源的电源地，精密电压计的电压输出端并联有电阻R₂，接地电极接精密直流高压电源的电源地，

光源输出的光依次经信号隔离器和耦合器后，分别入射至1号FBG和2号FBG，耦合器先后接收1号FBG和2号FBG反射的光，并将该反射光送至光谱仪，光谱仪的信号输出端与信号处理器的信号输入端连接。

所述的等应变梁为等腰三角形平板结构，该等腰三角形的底边通过固定块与绝缘装置固定连接。

所述的高压电极的放电端面覆盖导体半球和1号FBG，接地电极的放电端面覆盖2号FBG。

所述的高压电极和接地电极结构完全相同。

采用基于等应变梁的光纤Bragg光栅静电电压测量系实现电压测量方法，该方法为，