專利名稱：一種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置，屬于電力系統(tǒng)電壓互感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電壓互感器在電力系統(tǒng)中有著重要的作用，它是電力系統(tǒng)監(jiān)測不可缺少的基本測試設(shè)備。目前大量使用的是傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式或電容分壓式電壓互感器，隨著電力需求的增長，電力系統(tǒng)向著高壓、大容量的趨勢發(fā)展，傳統(tǒng)的電壓互感器在電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行、 提高電能測量的精度和提高電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度方面日益顯出了它的缺點(diǎn)，比如體積龐大、重量驚人、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在鐵磁飽和和鐵磁諧振現(xiàn)象以及爆炸危險(xiǎn)等，而且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力設(shè)備二次系統(tǒng)測量、保護(hù)和控制裝置的發(fā)展，電力系統(tǒng)數(shù)字化智能化高質(zhì)量運(yùn)行的要求越來越高，開發(fā)設(shè)計(jì)具有測量、保護(hù)、監(jiān)控、通信等組合功能的智能化小型化模塊化電力設(shè)備具有重要意義。光電技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的而產(chǎn)生的電子電壓互感器日益顯現(xiàn)出富有魅力的前景和強(qiáng)大的生命力，常規(guī)光電互感器對(duì)光纖和光源要求很高，位相變化不超過0. 02rad，且對(duì)光電晶體的溫度要求嚴(yán)格，限制了其實(shí)用化進(jìn)程，新型電子電壓互感裝置的開發(fā)具有重要意義和廣闊的市場前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了一種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案
一種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置包括光學(xué)測量單元、數(shù)據(jù)采集單元、信號(hào)輸出單元；其中光學(xué)測量單元的輸入端接電網(wǎng)電壓、光學(xué)測量單元的輸出端與數(shù)據(jù)采集單元的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集單元的輸出端與信號(hào)輸出單元的輸入端連接；
所述光學(xué)測量單元將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化為低電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集單元對(duì)低電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到數(shù)字低電壓信號(hào)，信號(hào)輸出單元輸出顯示精確低電壓信號(hào)。所述基于壓電陶瓷的電子互感裝置中，所述光學(xué)測量單元由分別設(shè)置于箱體內(nèi)的彈性懸臂、壓電薄膜、壓電陶瓷堆、激光器、平行反光腔、位敏光電檢測器組成；其中
所述壓電陶瓷堆水平放置在箱體的底部，所述壓電薄膜置于壓電陶瓷堆的上表面，所述彈性懸臂的一端與壓電薄膜連接，另一端固定在箱體的右側(cè)壁，所述激光器固定在箱體頂部與彈性懸臂相垂直的位置，所述位敏光電檢測器垂直固定在箱體的左側(cè)壁，所述平行反光腔水平置于彈性懸臂和位敏光電檢測器之間。所述基于壓電陶瓷的電子互感裝置中，所述數(shù)據(jù)采集單元包括依次連接的模擬調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理電路；
其中所述模擬調(diào)理電路對(duì)光學(xué)檢測單元輸出的低壓信號(hào)進(jìn)行功率放大和相位校正； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬調(diào)理電路輸出的模擬低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字低電壓信號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)處理電路采集數(shù)字低電壓信號(hào)的參數(shù)，計(jì)算低電壓信號(hào)的幅值、相位。所述基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置中，所述信號(hào)輸出單元包括信號(hào)顯示模塊和二次設(shè)備；其中二次設(shè)備由數(shù)據(jù)采集單元輸出的數(shù)字低電壓信號(hào)供電，顯示模塊實(shí)時(shí)顯示數(shù)字低電壓信號(hào)的參數(shù)值。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果
(1)設(shè)備體積小、重量輕、固態(tài)封裝，可減少占地面積和成本，功耗很低，節(jié)電效果明
顯；
(2)測量精度高，可實(shí)現(xiàn)IOkv精度0.05級(jí)電壓測量，抗干擾性好；
(3)無短路危險(xiǎn)現(xiàn)象，性能穩(wěn)定；
(4)實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)通信或者直接與二次設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)智能化控制。滿足了當(dāng)前智能電網(wǎng)發(fā)
展的需要。


圖1為基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置的示意圖。圖中標(biāo)號(hào)說明1、光學(xué)檢測單元；1-1、彈性懸臂；1-2、壓電薄膜；1-3壓電陶瓷堆； 1-3-1、壓電陶瓷片；1-4、激光器；1-5、平行反光腔；1-6、位敏光電檢測器；2、數(shù)據(jù)采集單元；2-1、模擬調(diào)理電路；2-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；2-3、數(shù)字信號(hào)處理電路；3、信號(hào)輸出單元；3-1、 信號(hào)顯示模塊；3-2、二次設(shè)備；4、電源模塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
如圖1所示的基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置，包括光學(xué)測量單元1、數(shù)據(jù)采集單元2、信號(hào)輸出單元3、電源模塊4。光學(xué)測量單元1的輸入端接電網(wǎng)電壓、光學(xué)測量單元1 的輸出端與數(shù)據(jù)采集單元2的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集單元2的輸出端與信號(hào)輸出單元3的輸入端連接。光學(xué)測量單元1將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化為低電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集單元2對(duì)低電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到數(shù)字低電壓信號(hào)，信號(hào)輸出單元3輸出顯示精確低電壓信號(hào)，電源模塊4 為光學(xué)檢測單元1、數(shù)據(jù)采集單元2、信號(hào)輸出單元3提供工作電源。光學(xué)測量單元1包括彈性懸臂1-1、壓電薄膜1-2、壓電陶瓷堆1-3、激光器1_4、 平行反光腔1-5、位敏光電檢測器1-6，壓電陶瓷堆1-3由多片壓電陶瓷片1-3-1構(gòu)成。電網(wǎng)電壓加到壓電陶瓷堆1-3兩端，壓電陶瓷堆1-3因?yàn)槟鎵弘娦?yīng)發(fā)生物理形變，物理形變量使得壓電薄膜1-2與壓電陶瓷堆1-3同幅共振。彈性懸臂1-1 一端固定而另一端連接壓電薄膜1-2，因而隨共振產(chǎn)生位移。激光器1-4發(fā)射單束激光照射到彈性懸臂1-1上發(fā)生反射，反射光線經(jīng)過平行反光腔1-5 (平行反光腔是一個(gè)長圓柱形內(nèi)壁反光的腔體)投射到位敏光電檢測器1-6上產(chǎn)生光斑，位敏光電檢測器1-6輸出低電壓信號(hào)。位敏光電檢測器1-6 輸出的低電壓信號(hào)與光斑的位移量大小呈線性關(guān)系，光斑的位移量大小與彈性形變量大小成線性關(guān)系，而彈性形變量大小又與輸入電網(wǎng)電壓成線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了輸入輸出電壓間的線性傳遞。數(shù)據(jù)采集單元2包括依次連接的模擬調(diào)理電路2-1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器2-2、數(shù)字信號(hào)處理電路2-3。模擬調(diào)理電路2-1對(duì)光學(xué)檢測單元輸出的低電壓信號(hào)進(jìn)行功率放大和相位校
4正。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2-2把模擬調(diào)理電路2-1輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理電路2-3采用高性能CPU作為其核心部件，其作用是按照需求對(duì)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、通信以及轉(zhuǎn)換等處理。信號(hào)輸出單元3由信號(hào)顯示模塊3-1和二次設(shè)備3-2構(gòu)成。信號(hào)顯示模塊3_1可實(shí)現(xiàn)低電壓信號(hào)基本參量的實(shí)時(shí)顯示，也可以根據(jù)需要輸出信號(hào)到二次設(shè)備3-2?？梢?，本發(fā)明利用了陶瓷材料的逆壓電效應(yīng)和光杠桿測形變?cè)韥矸从澈蜏y量電力系統(tǒng)的高電壓，并且采用巧妙機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)高低電壓信號(hào)的線性傳遞，因而具備高測量精度，裝置簡單，體小質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用高性能CPU作為數(shù)據(jù)采集單元的核心部件，使裝置滿足了電力系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化的需求。
權(quán)利要求
1.一種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置，其特征在于，包括光學(xué)測量單元、數(shù)據(jù)采集單元、信號(hào)輸出單元；其中光學(xué)測量單元的輸入端接電網(wǎng)電壓、光學(xué)測量單元的輸出端與數(shù)據(jù)采集單元的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集單元的輸出端與信號(hào)輸出單元的輸入端連接；所述光學(xué)測量單元將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化為低電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集單元對(duì)低電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到數(shù)字低電壓信號(hào)，信號(hào)輸出單元輸出顯示精確低電壓信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電陶瓷的電子互感裝置，其特征在于，所述光學(xué)測量單元由分別設(shè)置于箱體內(nèi)的彈性懸臂、壓電薄膜、壓電陶瓷堆、激光器、平行反光腔、位敏光電檢測器組成；其中所述壓電陶瓷堆水平放置在箱體的底部，所述壓電薄膜置于壓電陶瓷堆的上表面，所述彈性懸臂的一端與壓電薄膜連接，另一端固定在箱體的右側(cè)壁，所述激光器固定在箱體頂部與彈性懸臂相垂直的位置，所述位敏光電檢測器垂直固定在箱體的左側(cè)壁，所述平行反光腔水平置于彈性懸臂和位敏光電檢測器之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電陶瓷的電子互感裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元包括依次連接的模擬調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理電路；其中所述模擬調(diào)理電路對(duì)光學(xué)檢測單元輸出的低壓信號(hào)進(jìn)行功率放大和相位校正； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬調(diào)理電路輸出的模擬低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字低電壓信號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)處理電路采集數(shù)字低電壓信號(hào)的參數(shù)，計(jì)算低電壓信號(hào)的幅值、相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置，其特征在于，所述信號(hào)輸出單元包括信號(hào)顯示模塊和二次設(shè)備；其中二次設(shè)備由數(shù)據(jù)采集單元輸出的數(shù)字低電壓信號(hào)供電，顯示模塊實(shí)時(shí)顯示數(shù)字低電壓信號(hào)的參數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置，屬于電力系統(tǒng)電壓互感器技術(shù)領(lǐng)域。所述電子電壓互感裝置包括光學(xué)測量單元、數(shù)據(jù)采集單元、信號(hào)輸出單元。所述光學(xué)測量單元利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)以及光杠桿測形變?cè)頊y量電網(wǎng)電壓，將電網(wǎng)電壓線型轉(zhuǎn)化為低電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集單元對(duì)低電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到數(shù)字低電壓信號(hào)，信號(hào)輸出單元輸出顯示精確低電壓信號(hào)。所述電子電壓互感裝置設(shè)備體積小、重量輕、占地面積小、成本低、功耗很低、測量精度高、抗干擾性好。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102435822SQ20111044320
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者桑英軍, 黃學(xué)良 申請(qǐng)人:東南大學(xué)