一種光纖工頻高壓電場測量探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光纖工頻高壓電場測量探頭，屬于配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)中精確地測量電力設(shè)備周圍空間電場及變化，對電力設(shè)備的設(shè)計(jì)制造和安全運(yùn)行有重要的意義，比如高壓電力設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化，高壓設(shè)備及電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測等；并且，隨著電壓等級的提高，不僅輸變電設(shè)備本身的電場分布成為研究的熱點(diǎn)，電力系統(tǒng)電磁兼容問題也引起人們重視，對其進(jìn)行研究也需要電場檢測。除電力系統(tǒng)電磁兼容問題外，很多其它領(lǐng)域也存在電磁兼容問題，都需要工頻電場的檢測作為其實(shí)驗(yàn)支持。
[0003]現(xiàn)有的檢測技術(shù)主要有光學(xué)原理和電學(xué)原理電場測量法。光學(xué)原理測量法具有絕緣性能好、響應(yīng)速度快、安全性高、體積小以及重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但是這類電場傳感器往往價(jià)格昂貴，在現(xiàn)在應(yīng)用時(shí)，還有許多問題需要克服，比如，由于電光效應(yīng)本身具有溫度相關(guān)性，因此基于電光效應(yīng)的電場測量方法一般存在溫度漂移的問題；當(dāng)電光晶體在感應(yīng)靜態(tài)或極低頻電場時(shí)，經(jīng)體內(nèi)將產(chǎn)生電荷漂移和電場分布的改變，導(dǎo)致輸入傳感信號不穩(wěn)定的問題；被測電場內(nèi)空間自由電荷的存在及在傳感晶體表面的積聚，也會影響晶體內(nèi)電場分布。
[0004]目前利用電學(xué)原理進(jìn)行工頻電場檢測的方法主要是電荷感應(yīng)法，其基本原理是:處于電場中的導(dǎo)體傳感器表面會產(chǎn)生感應(yīng)電荷，針對測量不同頻率電場的需要，設(shè)計(jì)相應(yīng)的傳感器結(jié)構(gòu)和取樣電路，將感應(yīng)電荷轉(zhuǎn)換為與待測電場強(qiáng)度有一定對應(yīng)關(guān)系的電流或電壓信號，再對信號進(jìn)行分析從而獲得電場強(qiáng)度。自上世紀(jì)70年代初，國內(nèi)外對電荷感應(yīng)式電場傳感器的研究便已興起。德國斯圖加特大學(xué)在1984年，對原有的球型傳感器進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了以光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸并隔離高壓的二維球型電場儀，其探頭直徑均為4cm，最大可測場強(qiáng)為10kV/cm，最小可測場強(qiáng)為0.5kV/cm，測量帶寬達(dá)1MHz ;美國國家標(biāo)準(zhǔn)局分析了一維球型傳感器在均勻電場和非均勻電場中測量的原理和誤差，并通過實(shí)測證明，平形板結(jié)構(gòu)、盒形的電場儀的測量精度與球型十分接近，能滿足工頻電場測量的一般要求。目前國內(nèi)常用于測量電磁場的PMM8053A電磁場測量儀，其EHP-50C探頭在50Hz、lkV/m時(shí)的相對誤差為±0.5dB，具有很高的準(zhǔn)確度。國內(nèi)研究從上世紀(jì)80年代逐步開始，西安交通大學(xué)在1985年設(shè)計(jì)的2.5cm直徑的球型電場儀，在0.11?10kV/cm的測場強(qiáng)范圍內(nèi)，誤差不超過2%，2002年又進(jìn)一步設(shè)計(jì)了二維電場測量儀；華北電力大學(xué)在1993年、1995年也進(jìn)行了類似的研究，2004年研制的直徑為6.25cm的球型電場儀，可測場強(qiáng)范圍進(jìn)一步提高到10?100kV/m。還有許多單位如復(fù)旦大學(xué)、水電部電科院、中國計(jì)量科學(xué)研究院等也從事了相關(guān)研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識。
[0005]然而，已有的產(chǎn)品多用于高頻模擬信號的測量，抗干擾性能差，價(jià)格昂貴，難于推廣使用，因此研究成本較低、方便操作、安全可靠的數(shù)字化工頻電場測量裝置，可以幫助電力部門即時(shí)監(jiān)測高壓變電站、輸電線路周圍以及開關(guān)柜內(nèi)部的電場分布情況，提高電力生產(chǎn)的安全系數(shù)具有重要意義?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種光纖工頻高壓電場測量探頭，具有制造成本低、操作方便、抗干擾能力強(qiáng)和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0008]—種光纖工頻高壓電場測量探頭，其特征是，包括測量電極、依次連接的信號預(yù)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理模塊、發(fā)射模塊和光纖；所述測量電極包括PCB板和兩個(gè)銅半球殼；所述PCB板設(shè)置在兩個(gè)銅半球殼之間；所述信號預(yù)處理模塊包括依次連接的取樣電路模塊、前置放大電路模塊、濾波電路模塊和有效值轉(zhuǎn)換電路模塊；所述A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理模塊包括依次連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；所述有效值轉(zhuǎn)換電路模塊與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連接，數(shù)據(jù)處理模塊與發(fā)射模塊相連接；所述信號預(yù)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理模塊和發(fā)射模塊均設(shè)置在PCB板上。
[0009]前述的一種光纖工頻高壓電場測量探頭，其特征是，還包括電源模塊、復(fù)位開關(guān)和充電接口 ；所述電源模塊分別向號預(yù)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理模塊和發(fā)射模塊供電。
[0010]前述的一種光纖工頻高壓電場測量探頭，其特征是，所述前置放大電路模塊和濾波電路模塊組成巴特沃思二階有源帶通濾波電路。
[0011]前述的一種光纖工頻高壓電場測量探頭，其特征是，所述前置放大電路模塊包括第一運(yùn)算放大器、第一運(yùn)放電阻、濾波電容、第一接地電阻和接地電容；所述濾波電容的一端作為濾波輸入端，另一端接入第一運(yùn)算放大器的同相輸入端；所述接地電容的一端與濾波電容作為濾波輸入端的一端相連接，另一端接地；所述第一運(yùn)放電阻的一端與接地電容、濾波電容的公共接點(diǎn)連接，另一端接入第一運(yùn)算放大器的輸入端；所述第一接地電阻的一端與第一運(yùn)算放大器的同相輸入端相連接，另一端接地；所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與自身輸出端相連接。
[0012]前述的一種光纖工頻高壓電場測量探頭，其特征是，所述濾波電路包括第二運(yùn)算放大器、第二運(yùn)放電阻、隔離電阻和第二接地電阻；所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端通過隔離電阻與第一運(yùn)算放大器的輸出端相連接；所述第二運(yùn)放電阻串聯(lián)在第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間；所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端通過第二接地電阻接地；所述第二運(yùn)算放大器的輸出端通過輸出電阻與數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端相連接。
[0013]前述的一種光纖工頻高壓電場測量探頭，其特征是，所述有效值轉(zhuǎn)換電路模塊包括真有效值轉(zhuǎn)換芯片和外圍電路。
[0014]前述的一種光纖工頻高壓電場測量探頭，其特征是，所述發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)處理模塊傳輸過來的電脈沖數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成光脈沖數(shù)字信號，并由所述光纖引出。
[0015]前述的一種光纖工頻高壓電場測量探頭，其特征是，所述光纖采用多模光纖。
[0016]本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果:1.通過電荷感應(yīng)電場測量法來測量工頻電場，電場測量值采用數(shù)字化，由光纖傳輸，并且電場探頭采用球形封閉結(jié)構(gòu)，故抗干擾能力極強(qiáng)；2.工作穩(wěn)定，體積可以很小，對周圍電場影響小，便于攜帶與安裝，獨(dú)立工作，受外界環(huán)境影響小；3.相對于目前電場測量儀器的昂貴價(jià)格，本實(shí)用新型制作成本較低，可以大批量在電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用，用于電磁環(huán)境檢測，具有良好的應(yīng)用前景和廣泛的使用范圍。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的各單元連接示意圖；
[0018]圖2是前置放大電路的電路連接圖；
[0019]圖3是濾波電路的電路連接圖；
[0020]圖4是有效值轉(zhuǎn)換電路的電路連接圖；
[0021]圖5是發(fā)射單元的連接示意圖；
[0022]圖6是本實(shí)用新型工作流程圖。
[0023]圖中附圖標(biāo)記的含義:
[0024]1-測量電極，2-信號預(yù)處理模塊，3- A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理模塊，4-發(fā)射模塊，5-電源模塊，6-光纖，7-復(fù)位開關(guān)，8-充電接口，Ul-第一運(yùn)算放大器，R15-第一運(yùn)放電阻，C40-濾波電容，R16-第一接地電阻，Cl5-接地電容，U2-第二運(yùn)算放大器，R22-第二運(yùn)放電阻，R5-隔離電阻，R20-第二接地電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0026]本實(shí)用新型涉及的一種光纖