等应变梁双fbg真空静电电压传感器及含有该传感器的静电电压测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于高电压测量领域。
【背景技术】
[0002]传统静电电压表应具有极高的输入阻抗，高压测量静电感应电压或电荷时，不用输入阻抗分压作用或对电荷的释放影响测量。传统静电电压表有接触式和非接触式两种类型，接触式易受输入电容、输入阻抗的影响，测量结果精度低，读数随时间按指数衰减，并且只能适用于测量金属体的静电电压。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，但是非接触式静电电压表也存在着制作工艺复杂、测量精度低等问题。
[0003]为了改进传统静电电压表的结构和提高静电电压表的测量精度，早在上世纪90年代初日本和美国等学者开始对静电电压表及其电压测量进行研宄。从早期出现的应变计式静电电压表到近期的现场磨式直流高压静电计等。尽管与传统静电电压表相比在测量范围和测量精度上都有所提高，但是在一些高压电力设备检测与在线监测过程中，希望高压电表处于高压处，例如电力架空线的绝缘子串中零值绝缘子的检测，希望传感和传输线是无源和全电介质等问题并没有得到解决，因此光纤静电电压表就有了重要的应用领域。近年来，利用光电效应、逆压电效应和马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪原理设计的光学电压互感器常用于高电压测量领域，解决了高电压测量过程中精度低的问题，但是结构设计和测量十分复杂。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型是为了解决现有光学电压互感器结构复杂的问题，现提供等应变梁双FBG真空静电电压传感器及含有该传感器的静电电压测量系统。
[0005]等应变梁双FBG真空静电电压传感器，它包括:绝缘伞裙、玻璃套管、接地电极、等应变梁、两支FBG、空心导体半球、高压电极和均压环；
[0006]接地电极和高压电极分别将玻璃套管的两端密封，且玻璃套管内部呈真空状态，等应变梁位于玻璃套管内部，且等应变梁的固定端固定在接地电极上，绝缘伞裙套固在玻璃套管、接地电极和高压电极形成的整体的外侧；
[0007]两支FBG以等应变梁为对称轴对称固定在等应变梁的两侧，空心导体半球封装在等应变梁的自由端；
[0008]均压环通过导体连接件固定在高压电极上，导体连接件作为等应变梁双FBG真空静电电压传感器的电压输入端；
[0009]接地电极上开有通孔，两支FBG的光纤共同从接地电极的通孔穿出，两支FBG的光纤均作为等应变梁双FBG真空静电电压传感器的光信号输入输出端。
[0010]含有上述等应变梁双FBG真空静电电压传感器的静电电压测量系统，它包括:等应变梁双FBG真空静电电压传感器、ASE宽带光源、分光器、两个耦合器、光谱分析仪、分析处理设备、保护电阻R、分压电阻R1、分压电阻R2、电压计V、直流高压电源和调压器；
[0011]ASE宽带光源发出的光入射至分光器，分光器将其接收到的光分为两束，并分别入射至两个耦合器，两个耦合器将其接受到的光均入射至等应变梁双FBG真空静电电压传感器中，等应变梁双FBG真空静电电压传感器反射出的光分别经过两个耦合器入射至光谱分析仪，光谱分析仪的信号输出端连接分析处理设备的信号输入端；
[0012]保护电阻R的一端和分压电阻Rl的一端同时连接等应变梁双FBG真空静电电压传感器的电压输入端，保护电阻R的另一端连接直流高压电源的电压信号输出端，调压器用于调节直流高压电源的输出电压，分压电阻Rl的另一端连接分压电阻R2的一端，分压电阻R2的另一端接电源地，电压计V用于检测分压电阻R2两端电压；
[0013]等应变梁双FBG真空静电电压传感器的接地电极接电源地。
[0014]本实用新型所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器与光学电压互感器不同，本实用新型所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器能够实现直流高压和交流高压有效值的测量，同时具有结构简单、测量精度高的优点。可用于高电压中直流高压和交流高压有效值的测量。
[0015]本实用新型所述的含有等应变梁双FBG真空静电电压传感器的静电电压测量系统，实验重复性好，可实现5kV-39kV的直流高压和交流高压有效值的测量，其计算精度在5kV-12kV 时为 1.25%, 12kV-39kV 时为 0.55%。
【附图说明】
[0016]图1为等应变梁、两支FBG和空心导体半球部分的结构示意图；
[0017]图2为图1的左视图；
[0018]图3为等应变梁双FBG真空静电电压传感器的剖视图；
[0019]图4为两支FBG的光谱曲线图；
[0020]图5为波长差值与电压曲线关系图；
[0021]图6为含有等应变梁双FBG真空静电电压传感器的静电电压测量系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]【具体实施方式】一:参照图1、图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器，它包括:绝缘伞裙1、玻璃套管2、接地电极3、等应变梁4、两支FBG5、空心导体半球6、高压电极8和均压环9 ；
[0023]接地电极3和高压电极8分别将玻璃套管2的两端密封，且玻璃套管2内部呈真空状态，等应变梁4位于玻璃套管2内部，且等应变梁4的固定端固定在接地电极3上，绝缘伞裙I套固在玻璃套管2、接地电极3和高压电极8形成的整体的外侧；
[0024]两支FBG5以等应变梁4为对称轴对称固定在等应变梁4的两侧，空心导体半球6封装在等应变梁4的自由端；
[0025]均压环9通过导体连接件固定在高压电极8上，导体连接件作为等应变梁双FBG真空静电电压传感器的电压输入端；
[0026]接地电极3上开有通孔，两支FBG5的光纤7共同从接地电极3的通孔穿出，两支FBG5的光纤7均作为等应变梁双FBG真空静电电压传感器的光信号输入输出端。
[0027]本实施方式中，在等应变梁和FBG传感器固化封装制备的基础上，设计出静电电压传感器的真空绝缘结构。所述空心导体半球6为封闭的空心导体半球。为保证接地电极
3和高压电极8能够将玻璃套管2密封，在实际应用时，两支FBG5的光纤7从接地电极3的通孔穿出后，再使用环氧树脂将该瞳孔密封。
[0028]通过高压静电电压传感实验，实验结果表明该传感器可实现5kV_39kV直流高压和交流高压有效值的测量，并在5kV-12kV测量范围获得1.25%,12kV-39kV获得0.55%的计算精度，传感曲线拟合度可以达到0.99976。能够满足高电压静电测量的要求，具有较好的工程应用价值。
[0029]【具体实施方式】二:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器作进一步说明，本实施方式中，等应变梁4的长度为65mm，固定端的宽度为18mm,厚度为 0.2_。
[0030]【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器作进一步说明，本实施方式中，空心导体半球6的半径为9_。
[0031]【具体实施方式】四:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器作进一步说明，本实施方式中，接地电极3和高压电极8的间距为20mm。
[0032]【具体实施方式】五:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器作进一步说明，本实施方式中，空心导体半球6沿面与高压电极8的间距大于等于10_。
[0033]【具体实施方式】六:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器作进一步说明，本实施方式中，绝缘伞裙I为环氧树脂绝缘伞裙，且绝缘伞裙I的高度为20mm，厚度为15mm。
[0034]【具体实施方式】七:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器作进一步说明，本实施方式中，接地电极3和高压电极8均为铝合金电极。
[0035]【具体实施方式】八:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器作进一步说明，本实施方式中，等应变梁4为环氧树脂等应变梁。
[0036]【具体实施方式】九:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器作进一步说明，本实施方式中，等应变梁4的固定端利用环氧树脂胶固定封装在接地电极3上。
[0037]【具体实施方式】十:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器作进一步说明，本实施方式中，两支FBG5利用环氧树脂胶分别固化封装在等应变梁4的两侧。
[0038]【具体实施方式】^^一:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器作进一步说明，本实施方式中，接地电极3上开有螺孔，该螺孔用于通过螺丝将等应变梁双FBG真空静电电压传感器固定在指定位置上。
[0039]【具体实施方式】十二:参照图6具体说明本实施方式，本实施方式所述的含有【具体实施方式】一所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器的静电电压测量系统，它包括:等应变梁双FBG真空静电电压传感器、ASE宽带光源1-1、分光器1-2、两个耦合器1_3、光谱分析仪1-4、分析处理设备1-5、保护电阻R、分压电阻R1、分压电阻R2、电压计V、直流高压电源1-6和调压器1-7 ；
[0040]ASE宽带光源1-1发出的光入射至分光器1-2，分光器1_2将其接收到的光分为两束，并分别入射至两个耦合器1-3，两个耦合器1-3将其接受到的光均入射至等应变梁双FBG真空静电电压传感器中，等应变梁双FBG真空静电电压传感器反射出的光分别经过两个親合器1-3入射至光谱分析仪1-4，光谱分析仪1-4的信号输出端连接分析处理设备1-5的信号输入端；
[0041]保护电阻R的一端和分压电阻Rl的一端同时连接等应变梁双FBG真空静电电压传感器的电压输入端，保护电阻R的另一端连接直