流高压电源1-6的电压信号输出端，调压器1-7用于调节直流高压电源1-6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；
[0042]等应变梁双FBG真空静电电压传感器的接地电极3接电源地。
[0043]本实施方式为了实现传感器的光纤光栅静电电压测量，搭建了静电电压测量系统，该系统是包括三部分:
[0044]由高压电源1-6、调压器1-7、保护电阻R、分压电阻R1、分压电阻R2和电压计V组成的高压单元；由等应变梁双FBG真空静电电压传感器组成的传感器单元；由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组成的信号处理单元。实际应用时，保护电阻R的一端和分压电阻Rl的一端同时与等应变梁双FBG真空静电电压传感器的导体连接件电气连接。
[0045]ASE宽带光源1-1发出的光经分光器1-2后由两个耦合器1_3入射到等应变梁双FBG真空静电电压传感器中，即:两个耦合器1-3的光信号输出端分别连接至两支FBG5的光纤7，通过光纤实现光信号的传输，等应变梁双FBG真空静电电压传感器接收到的光信号被两支FBG5反射回来后分别经两个耦合器1-3传至光谱分析仪1-4中，光谱分析仪1_4实时监测等应变梁双FBG真空静电电压传感器光的光谱中心波长，然后经分析处理设备1-5处理后记录其反射光谱数据。实验过程中，同时采用直流高压电源1-6作为电压输入装置，利用电压计V作为电压监测装置，从OV开始，以300V为单位步长，通过调压器1-7调节直流高压电源1-6输出给等应变梁双FBG真空静电电压传感器的直流电压。
[0046]实际应用时，记录下施加的电压值和对应电压下两支FBG5的反射光谱中心波长数据，直至接地电极3和高压电极8之间开始出现放电现象。实验过程中，当外施电压为39.3kV时，开始产生放电现象，此时开始真空静电电压表将不能实现正常的电压测量。从而确立了该电压传感器的最高测量电压为39kV。根据实验施加的电压和测量的两支FBG5中心波长，可以得到不同电压下两支FBG5的输出光谱图，如图4所示。
[0047]从图4可以看出，随着直流电源给定外施电压的增加，两支FBG5的光谱沿着相反的方向发生偏移，一个FBG的反射光谱中心波长逐渐增大，而另一个FBG的中心波长逐渐减小，其中心波长的差值偏移程度随电压的增加而递增。当外施电压U为OkV时，两支FBG的中心波长分别为1549.980nm和1549.988nm，其中心波长差值δ入为8pm ;当外施电压达到传感器的最大电压测量值39kV时，两支FBG的中心波长分别为1551.811nm和1548.164nm，其中心波长差值为3655pm。
[0048]在设计的传感器使用前，需要对等应变梁双FBG真空静电电压传感器进行标定，以得到具体的中心波长差值与外施电压的解析关系式。在静电电压测量系统建好的基础上，对传感器进行标定过程，选用精度等级为0.5 %的电压计作为标准器具，环境温度为20 0C ±1°C，标定步骤:(1)以600V的等间距对全量程0-39kV进行划分；(2)根据传感器的量程对其进行分段处理，然后由小到大逐渐增加外施电压，同时通过光谱分析仪1-4记录两支FBG光谱的中心波长数据和外施电压的数值；(3)将外施电压由大到小逐渐减下来，同时记录对应中心波长数据和外施电压值。对传感器按照标定的流程进行多次正、反行程的往复循环测试。
[0049]由实验数据可以看出中心波长差值与电压是非线性关系，因此采用二次多项式非线性对数据进行拟合，取标定过程中的一组测量数据对其进行非线性拟合，拟合出中心波长差值δ λ与施加电压U的关系曲线，如图5所示，拟合得到的方程为δ λ =2.42IU2-0.711U+0.462，其拟合度为0.99976，这证实了传感器可以拥有良好的测量精度。经多次实验表明，该等应变梁传感器实验重复性好，可实现5-39kV的直流高压和交流高压有效值的测量，其计算精度在5-12kV时为1.25%,12-39kV时为0.55%。
[0050]【具体实施方式】十三:本实施方式是对【具体实施方式】十二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作进一步说明，本实施方式中，它还包括固定架1-8 ;该固定架1-8用于支撑并固定等应变梁双FBG真空静电电压传感器。
[0051]在实际应用时，在等应变梁双FBG真空静电电压传感器的接地电极3上开有螺孔，通过螺丝将等应变梁双FBG真空静电电压传感器固定在固定架1-8上。
[0052]【具体实施方式】十四:本实施方式是对【具体实施方式】十二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作进一步说明，本实施方式中，电压计V的精度等级为0.5%。
[0053]【具体实施方式】十五:本实施方式是对【具体实施方式】十二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作进一步说明，本实施方式中，分析处理设备1-5为计算机。
【主权项】
1.等应变梁双FBG真空静电电压传感器，其特征在于，它包括:绝缘伞裙(I)、玻璃套管(2)、接地电极(3)、等应变梁(4)、两个FBG(5)、空心导体半球(6)、高压电极⑶和均压环(9)； 接地电极⑶和高压电极⑶分别将玻璃套管⑵的两端密封，且玻璃套管⑵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⑶上，绝缘伞裙⑴套固在玻璃套管(2)、接地电极(3)和高压电极⑶形成的整体的外侧；两个FBG(5)以等应变梁⑷为对称轴对称固定在等应变梁⑷的两侧，空心导体半球(6)封装在等应变梁(4)的自由端； 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；接地电极⑶上开有通孔，两个FBG(5)的光纤(7)共同从接地电极(3)的通孔穿出，两个FBG(5)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。
2.根据权利要求1所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器，其特征在于，等应变梁(4)的长度为65mm，固定端的宽度为18mm，厚度为0.2mm，空心导体半球(6)的半径为9mm。
3.根据权利要求1所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器，其特征在于，接地电极(3)和高压电极(8)的间距为20mm。
4.根据权利要求1所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器，其特征在于，空心导体半球(6)沿面与高压电极(8)的间距大于等于10mm。
5.根据权利要求1所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器，其特征在于，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。
6.根据权利要求1所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器，其特征在于，接地电极(3)和高压电极(8)均为铝合金电极，等应变梁(4)为环氧树脂等应变梁。
7.根据权利要求1所述的等应变梁双FBG真空静电电压传感器，其特征在于，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，两个FBG(5)利用环氧树脂胶分别固化封装在等应变梁(4)的两侧。
8.含有权利要求1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，其特征在于，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)； 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耦合器(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； 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(1-6)的电压信号输出端，调压器(1-7)用于调节直流高压电源(1-6)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； 等应变梁双FBG真空静电电压传感器的接地电极(3)接电源地。
9.根据权利要求8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，其特征在于，它还包括固定架(1-8);该固定架(1-8)用于支撑并固定等应变梁双FBG真空静电电压传感器。
10.根据权利要求8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，其特征在于，电压计V的精度等级为0.5%。
【专利摘要】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，涉及高电压测量领域。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。本实用新型所述传感器接地电极和高压电极分别将玻璃套管的两端密封，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外侧；两支FBG分别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；均压环通过导体连接件固定在高压电极上，接地电极上开有通孔，两支FBG的光纤汇聚，并从接地电极的通孔穿出。所述静电电压测量系统包括高压单元、传感器单元和信号处理单元。可用于高电压中直流高压和交流高压有效值的测量。
【IPC分类】G01R5-32
【公开号】CN204575700
【申请号】CN201520319560
【发明人】张开玉, 张印东, 赵洪
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月18日