一种基于模拟光电转换的隔离型脉冲电压实时测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高电压脉冲的隔离型实时测量技术领域，特别涉及一种基于模拟光电 转换的隔离型脉冲电压实时测量系统。
【背景技术】
[0002] 脉冲高电压放电研宄中以及脉冲功率系统中，除了要有产生脉冲高电压的设备， 还必须有能测量这些脉冲高电压的仪器和设备。脉冲高电压实验及脉冲功率系统中，都要 求对脉冲高电压波形进行隔离测量，以保护测试设备和实验人员的安全，同时，为测量实验 中的各过程进行同步性测量，往往要求脉冲测量系统具备实施响应的能力。
【发明内容】
[0003] 基于此，本发明公开了一种基于模拟光电转换的隔离型脉冲电压实时测量系统；
[0004] 所述系统包括电容分压器、积分器、模拟电-光转换发射模块、模拟光-电转换接 收模块，数据采集卡、工控机和同步测量模块；
[0005] 所述电容分压器将测量得到的脉冲电压信号发送给积分器；
[0006] 所述积分器接收电容分压器发送的脉冲电压信号，并将所述脉冲电压信号进行处 理后发送给模拟电-光转换发射模块；
[0007] 所述模拟电-光转换发射模块将接收的所述处理后的脉冲电压信号转换成光信 号，并将所述光信号发送给模拟光-电转换接收模块；
[0008] 所述模拟光-电转换接收模块将收到的光信号转换为电压信号并发送给数据采 集卡和同步测量模块；
[0009] 数据采集卡将接收到的电压信号转换成数字信号供工控机进行处理；
[0010] 所述同步测量模块包括有电荷耦合器件、光谱分析仪或其他同步测量装置，所述 同步测量模块通过接收所述模拟光-电转换接收模块发送的电压信号来实现对所述同步 测量装置的触发。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的一个实施例中基于模拟光电转换的脉冲电压实时测量系统的示 意图；
[0012] 图2为本发明的一个实施例中基于模拟光电转换的脉冲电压实时测量系统的原 理图；
[0013] 图3为本发明的一个实施例测量出的雷电脉冲波形示意图；
[0014] 图4为本发明的一个实施例测量出的上升沿低于IOns的陡上升沿脉冲电压波形 示意图。
【具体实施方式】
[0015] 下面将对本公开参照附图1至4进行进一步说明。特别声明，以下的描述本质上只 是起到了宏观解释和实例说明的作用，绝不对本公开及其应用或使用进行任何限制。除非 另外特别说明，否则，在实施例中阐述的部件和步骤的相对布置以及数字表达式和数值并 不限制本公开的范围。另外，本领域技术人员已知的技术、方法和装置可能不被详细讨论， 但在适当的情况下意在成为说明书的一部分。
[0016] 在一个实施例中，本发明公开了 一种基于模拟光电转换的隔离型脉冲电压实时测 量系统；
[0017] 所述系统包括电容分压器、积分器、模拟电-光转换发射模块、模拟光-电转换接 收模块，数据采集卡、工控机和同步测量模块；
[0018] 所述电容分压器将测量得到的脉冲电压信号发送给积分器；
[0019] 所述积分器接收电容分压器发送的脉冲电压信号，并将所述脉冲电压信号进行处 理后发送给模拟电-光转换发射模块；
[0020] 所述模拟电-光转换发射模块将接收的所述处理后的脉冲电压信号转换成光信 号，并将所述光信号发送给模拟光-电转换接收模块；
[0021] 所述模拟光-电转换接收模块将收到的光信号转换为电压信号并发送给数据采 集卡和同步测量模块；
[0022] 数据采集卡将接收到的电压信号转换成数字信号供工控机进行处理；
[0023] 所述同步测量模块包括有电荷耦合器件、光谱分析仪或其他同步测量装置，所述 同步测量模块通过接收所述模拟光-电转换接收模块发送的电压信号来实现对所述同步 测量装置的触发。
[0024] 本实施例在于提出了一种基于模拟光电转换的隔离型脉冲电压实时测量系统，该 测量系统不仅能够实时测量高电压实验和脉冲功率系统中产生的脉冲电压波形，而且可以 进行实验系统和测量系统的地电位隔离，实现远距离测量，保障了测量人员的人身安全。
[0025] 在一个实施例中，所述电容分压器为锥形电容分压器，包括有同轴的第一锥体和 第二锥体；所述第一锥体的底面与GIS腔体中的母线及两者间填充的第一介质构成高压臂 电容；所述第一锥体的外表面与第二锥体的内表面及它们中间填充的第二介质构成低压臂 电容。
[0026] 本实施例在于对电容分压器进行进一步的限定，本发明的电容分压器可以选择锥 形电容分压器，所述第二锥体内具有一锥形空间，此锥形空间与预留窗口的大小有关，此预 留窗口由电容分压器的大小决定。
[0027] 本实施例中所述锥形电容分压器这种锥体结构在电压波传播方向上的尺寸是渐 变的，这种渐变方式实现了锥体波阻抗到同轴电缆波阻抗的平滑过渡，形成内部阻抗的相 匹配，从而避免形成折反射，进而避免因折反射引起的波形振荡和畸变。
[0028] 在一个实施例中，所述第一锥体的锥角与第二锥体的锥角的角度相同，且第一锥 体完全置入第二锥体内；所述第一锥体底部外侧有螺纹，所述第二锥体底部内侧有螺纹，所 述第一锥体底部通过所述螺纹旋入第二锥体底部。
[0029] 本实施例中，第一锥体和第二锥体的锥角的范围可变，变化范围15° -45°，第一 锥体和第二锥体的底部螺纹用于将第一锥体和第二锥体其相对位置固定，以保证分压比恒 定，减小测量不确定度。
[0030] 本实施例第一锥体的底面直径与所测的脉冲电压信号的频率相关，具体的，当脉 冲电压沿着母线轴向传播时，不同的横截面处在同一时刻感应到的电位是不相等的，要测 量出准确的电压波形，就要求感应电极板的尺寸远远小于测量波形的波长。
[0031] 在一个实施例中，所述积分器、模拟电-光转换发射模块置于同一屏蔽箱内，且所 述屏蔽箱与电容分压器共地，所述模拟电-光转换发射模块采用电池供电，且所述供电电 池也置于屏蔽箱内。
[0032] 更为具体的，本实施例所述的屏蔽箱与电容分压器的第二锥体共地。
[0033] 本实施例中将所述积分器、模拟电-光转换发射模块置于同一屏蔽箱内是为了有 效的一致空间电场的干扰，保护模拟电-光转换发射模块，提高测量的准确性。
[0034] 在一个实施例中，所述积分器为阻容积分器，所述积分器外部包裹有第一外壳，所 述第一外壳采用金属制成的空心圆柱结构，用于保证积分器两侧的电位一致。
[0035] 本实施例的阻容积分器也可由其他积分电路进行替换，通过积分电路可以对分布 式同轴锥形分压器的低频响应进行补偿，从而改善低频特性。阻容积分电路中的电阻的阻 值范围可取为20 Ω~80 Ω，采用并联结构可减小电感，增大容量；电容的容值范围可取为 50pF~2nF。根据不同的测量要求可以通过调整电容或电阻的取值，以便更加适用于实际 的测量情况。
[0036] 在一个实施例中，所述模拟电-光转换发射模块通过单模石英光纤将光信号传送 给光-电转换接收模块。
[0037] 本实施例中的电-光转换发射模块能实时的将电信号转换为光信号发送给光-电 转换接收模块，选用单模石英光纤传输光信号是为了满足将光信号进行远距离，大容量的 传输的要求，并且这样做具有良好的实时响应特性，以及地电位隔离和抗电磁干扰性能