专利名称：Vfto传感器的测试方法、装置、设备及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及，具体而言，涉及一种特快速瞬态过电压(Very Fast TransientOvervohage,简称为VFTO)传感器的测试方法、装置、设备及系统。
背景技术：
为了对(Gas Insulated Switchgear,简称为GIS)中隔离开关操作引起的过电压进行测量，研究人员提出了大量的VFTO传感器，其中，应用效果最好的是GIS手窗式电容分压传感器。频带特性(截止频率和平直度)是评价传感器性能的重要指标。目前采用的方法是将传感器与高压电极平行布置，分步使用信号发生器和ns级方波源与高压电极相连接，形成输入信号，人为读取示波器上的传感器输出信号，并运算确定传感器的截止频率和平直度。由于是人为读取示波器示数，因此，读取的数据将存在较大的误差，读数误差将导致幅频响应和相频响应测量结果不准确。同时，由于不同人试验时，选择的高压电极尺寸，高压电极与传感器间的距离不同，选择的同轴电缆导线也不同，引起电容和其他杂散参数改变，导致难以对不同研究得到的幅频响应特性进行比较。此外，由于信号发生器和示波器是一种通用的信号发生装置，因此其价格昂贵，测量系统成本较高。同时由于扫频结果较多，人工后期处理工作量很大，时间较长。综上所述，相关技术中传感器性能测试方法存在测量结果不准确、测量结果难以相互比较、测量系统成本高，不具备自动处理能力等缺陷，浪费大量人力物力。
发明内容
本发明旨在提供一种VFTO传感器的测试方法、装置、设备及系统，以解决现有技术中人工测试VFTO传感器存在的不具备自动处理能力的缺陷。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种VFTO传感器的测试装置，包括:信号发生模块，与高压电极相连，用于产生上述高压电极的输入信号；信号采集模块，与WTO传感器相连，用于采集上述VFTO传感器根据上述输入信号产生的输出信号；控制处理模块，与上述信号采集模块相连接，用于根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性。优选地，上述信号发生模块包括:第一发生单元，用于产生频率可变的正弦波信号；和/或第二发生单元，用于产生上升沿的脉冲信号。优选地，上述控制处理模块包括:第一获取单元，用于获取上述输出信号的第一峰值和第一相位，以及上述输入信号的第二峰值和第二相位；比较单元，用于比较上述第一峰值和上述第二峰值，以及上述第一相位与上述第二相位；第一确定单元，用于根据比较结果确定上述频率特性，其中，上述频率特性包括幅频响应特性和相频响应特性。
优选地，上述控制处理模块包括:第二获取单元，用于获取上述输出信号的上升时间；第二确定单元，用于根据上述上升时间确定上述频率特性，其中，上述频率特性包括高频截止频率。优选地，上述装置还包括:显示模块，用于通过显示装置显示信息，其中，上述信息包括以下至少之一:上述输入信号、上述输出信号、上述频率特性；和/或，通信模块，用于发送上述信息。根据本发明的另一个方面，提供了一种VFTO传感器的测试设备，包括:本发明提供的上述任一项装置，以及显示装置和输入装置。根据本发明的又一个方面，一种VFTO传感器的测试系统，包括:本发明提供的上述设备，距离调节器，其中，上述距离调节器，用于调节高压电极和VFTO传感器之间的距离。优选地，上述距离调节器包括:第一支架，用于固定上述高压电极；第二支架，用于固定上述VFTO传感器；可调连杆，设置在上述第一支架和上述第二支架之间，用于调节上述第一支架和上述第二支架之间距离。根据本发明的再一个方面，一种VFTO传感器的测试方法，包括:产生高压电极的输入信号；采集VFTO传感器根据上述输入信号产生的输出信号；根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性。优选地，产生高压电极的输入信号，包括:产生频率可变的正弦波信号；和/或，产生上升沿的脉冲信号。优选地，上述输入信号为上述正弦波信号；根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性，包括:获取上述输出信号的第一峰值和第一相位，以及上述输入信号的第二峰值和第二相位；比较上述第一峰值和上述第二峰值，以及上述第一相位与上述第二相位；根据比较结果确定上述频率特性，其中，上述频率特性包括幅频响应特性和相频响应特性。优选地，上述输入信号为上述脉冲信号；根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性，包括:获取上述输出信号的上升时间；根据上述上升时间确定上述频率特性，其中，上述频率特性包括高频截止频率。应用本发明的技术方案，高压电极相连产生上述高压电极的输入信号；信号采集模块采集上述VFTO传感器根据上述输入信号产生的输出信号；控制处理模块，根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性，避免了人工测试VFTO传感器存在的缺陷，使得VFTO传感器测试更准确。
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:图1是根据本发明实施例优选的距离调节器的示意图；图2是根据本发明实施例的VFTO传感器的测试设备的结构框图；图3是根据本发明实施例优选的VFTO传感器的测试装置的结构框图；图4是根据本发明实施例优选的VFTO传感器的测试系统的结构示意图5是根据本发明实施例的VFTO传感器的测试设备的示意图；图6是根据本发明实施例的VFTO传感器的测试设备的端口布置的示意图；图7是根据本发明实施例的VFTO传感器的测试系统的布置的示意图；以及图8是根据本发明实施例的VFTO传感器的测试方法的流程图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。根据本发明实施例，提供了一种VFTO传感器的测试系统。该系统主要包括VFTO传感器的测试设备和距离调节器。其中，VFTO传感器的测试设备，用于产生高压电极的输入信号，采集VFTO传感器根据上述输入信号产生的输出信号，并根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性；距离调节器，用于调节高压电极和VFTO传感器之间的距离。图1是根据本发明实施例优选的距离调节器的示意图，如图1所示，上述距离调节器可以包括:第一支架102、第二支架104和可调连杆106。其中，第一支架102，用于固定上述高压电极；第二支架104，用于固定上述VFTO传感器；可调连杆106，设置在上述第一支架102和上述第二支架104之间，用于调节上述第一支架102和上述第二支架104之间距离。在实际应用中，可以将高压电极固定在第一支架102上，将VFTO传感器固定在第二支架104上。高压电极与VFTO传感器平行放置，使得VFTO传感器电极与高压电极间形成一次电容，VFTO传感器本身包含二次电容,一次电容和二次电容分压输出上述输出信号。通过可调连杆调节第一支架102与第二支架104之间的距离，进而可以测试VFTO传感器电极与高压电极间形成的一次电容不同的情况下，VFTO传感器的响应特性。在本发明实施例中，距离传感器由绝缘材料组成。高压电极由金属导电材料制成，其前端基本形状为圆板形，在圆板边缘形成弧形，防止场强集中。图2是根据本发明实施例的VFTO传感器的测试设备的结构框图，如图2所示，该设备包括:输入装置202、VFTO传感器的测试装置204以及显示装置206。其中，输入装置202，用于控制VFTO传感器的测试装置204 ;显示装置206，用于显示VFTO传感器的测试装置204得到的数据。在本发明实施例中，显示装置可以是常用的显示屏，也可以是触控显示屏，直接在触控显示屏上进行输入控制，以及显示测试结果。此外，显示装置可以直接设置在上述设备中，也可以是通过接口连接到的显示装置。输入装置可以是键盘，可以通过键盘选择测试参数等。输入装置可以是内置输入装置，也可以是通过接口连接到的外部输入装置。图3是根据本发明实施例优选的VFTO传感器的测试装置的结构框图，如图3所示，该装置主要包括:信号发生模块10、信号采集模块20和控制处理模块30。其中，信号发生模块10,与高压电极相连,用于产生上述高压电极的输入信号；信号米集模块20,与VFTO传感器相连，用于采集上述VFTO传感器根据上述输入信号产生的输出信号；控制处理模块30，与上述信号采集模块20相连接，用于根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性。
在本发明实施例中，控制处理模块30还可以用于控制信号发生模块10产生上述高压电极的输入信号。例如，控制信号发生模块10输出电压的选择、输出电压幅度值的控制以及信号输出的开/断等。信号采集模块20具有模数转换功能，可将高压电极输入信号和VFTO传感器输的出信号转化为数字信号，同时，信号采集模块20还具有存储功能，可以记录VFTO传感器输出波形。在本发明实施例的一个实施方式中，上述信号发生模块20可以包括:第一发生单元，用于产生频率可变的正弦波信号；和/或，第二发生单元，用于产生上升沿的脉冲信号。在实际应用中，第一发生单元可以通过放大器和可调震荡回路形成上述频率可变的正弦波信号。第二发生单元可以通过串联串联金属-氧化层-半导体-场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,简称为 M0SFET,或 MOS 管)或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称为IGBT)导通形成ns级上升沿的脉冲信号。并且，串联回路可以包括电容和电阻回路，防止IGBT过压过流损坏。进一步的，在本发明实施例的一个实施方式中，上述控制处理模块30可以包括:第一获取单元，用于获取上述输出信号的第一峰值和第一相位，以及上述输入信号的第二峰值和第二相位；比较单元，用于比较上述第一峰值和上述第二峰值，以及上述第一相位与上述第二相位；第一确定单元，用于根据比较结果确定上述频率特性，其中，上述频率特性包括幅频响应特性和相频响应特性。在实际应用中，控制处理模块30可以对记录的高压电极的输入信号和VFTO传感器的输出信号进行分析，获取两个信号的峰峰值和相位，通过对两者的比较可以获取VFTO传感器的幅频响应特性和相频响应特性，该特性可以通过显示装置用图像和/或表格方式显不O此外，在本发明实施例的另一个实施方式中，上述控制处理模块30可以包括:第二获取单元，用于获取上述输出信号的上升时间；第二确定单元，用于根据上述上升时间确定上述频率特性，其中，上述频率特性包括高频截止频率。在实际应用中，控制处理模块30可以记录VFTO传感器对ns级脉冲信号的响应信号，并分析响应信号的上升时间Tr。可以根据公式Bw=0.35/Tr计算获取VFTO传感器的高频截止频率Bw。高频响应结果和高频截止频率可以通过图像和文本的方式显示出来。在本发明实施例的一个实施方式中，上述装置还可以包括:显示模块，用于通过显示装置显示信息，其中，上述信息包括以下至少之一:上述输入信号、上述输出信号、上述频率特性；和/或，通信模块，用于发送上述信息。在实际应用中，通信模块可以将传感器频率特性发送给计算机或打印机。控制处理模块30可以对显示模块、通信模块进行控制。下面对本发明实施例的一个实例进行描述。图4是根据本发明实施例优选的VFTO传感器的测试系统的结构示意图，如图4所示，该系统包括:控制处理模块110、信号发生模块120、信号采集模块130、通信模块140、键盘150和显示模块160。其中，控制处理模块110可对信号发生模块120、通信模块140和显示模块160进行控制，可对信号采集模块130提供的信号进行分析，获得VFTO传感器的频率特性。控制处理模块110由键盘150控制。信号发生模块120与高压电极170相连接，信号采集模块130与VFTO传感器180相连接。图5是根据本发明实施例的VFTO传感器的测试设备的示意图，如图5所示，传感器的频带特性(截止频率和平直度)在显示屏280上显示，控制处理模块110由键盘150控制，键盘150位于机体上表面。图6是根据本发明实施例的VFTO传感器的测试设备的端口布置的示意图，如图6所示，在机体上有六个端口，陡脉冲信号输出端口 210，用于输出高压ns级陡脉冲信号；正弦波输出端口 220,用于输出低压正弦波信号；第一输入信号端口 230,用于测量高压电极440上的信号；第二输入信号端口 240,用于测量VFTO传感器450的输出信号；电源端口250，用于为整套系统供电，通信端口 260，用于与计算机或打印机通信。图7是根据本发明实施例的VFTO传感器的测试系统的布置的示意图，如图8所示，距离调节器包括用于固定高压电极170的左支架410、放置VFTO传感器180的平板440，固定平板的右支架420和一个可调连杆430。在频率响应试验时，将高压电极170与正弦波输出端口 220用高压同轴电缆相连接。在高压陡脉冲响应试验时，高压电极170与陡脉冲信号输出端口 210用同轴电缆相连。VFTO传感器180输出与第二输入信号端口 240相连接。根据本发明实施例，还提供了一种VFTO传感器的测试方法，用以通过上述装置、设备和系统对VFTO传感器进行测试。图8是根据本发明实施例的VFTO传感器的测试方法的流程图，如图8所示，该方法主要包括步骤S802至步骤S806。步骤S802，产生高压电极的输入信号。在本发明实施例中，产生高压电极的输入信号，包括:产生频率可变的正弦波信号；和/或，产生上升沿的脉冲信号。在实际应用中，可以通过放大器和可调震荡回路形成上述频率可变的正弦波信号。可以通过MOSFET或IGBT导通形成ns级上升沿的脉冲信号。并且，串联回路可以包括电容和电阻回路，防止IGBT过压过流损坏。步骤S804，采集VFTO传感器根据上述输入信号产生的输出信号。步骤S806，根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性。在本发明实施例中，如果输入信号为正弦波信号，根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性时，获取上述输出信号的第一峰值和第一相位，以及上述输入信号的第二峰值和第二相位，比较上述第一峰值和上述第二峰值以及上述第一相位与上述第二相位，并根据比较结果确定上述频率特性，其中，上述频率特性包括幅频响应特性和相频响应特性。在实际应用中，可以对记录的高压电极的输入信号和VFTO传感器的输出信号进行分析，获取两个信号的峰峰值和相位，通过对两者的比较可以获取VFTO传感器的幅频响应特性和相频响应特性，该特性可以通过显示装置用图像和/或表格方式显示。在本发明实施例中，如果输入信号为上述脉冲信号，根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性时，获取上述输出信号的上升时间，并根据上述上升时间确定上述频率特性，其中，上述频率特性包括高频截止频率。在实际应用中，可以记录VFTO传感器对ns级脉冲信号的响应信号，并分析响应信号的上升时间Tr。可以根据公式Bw=0.35/Tr计算获取VFTO传感器的高频截止频率Bw。高频响应结果和高频截止频率可以通过图像和文本的方式显示出来。应用本发明的技术方案，高压电极相连产生上述高压电极的输入信号；信号采集模块采集上述VFTO传感器根据上述输入信号产生的输出信号；控制处理模块，根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性，避免了人工测试VFTO传感器存在的缺陷，使得VFTO传感器测试更准确。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种特快速瞬态过电压VFTO传感器的测试装置，其特征在于，包括: 信号发生模块，与高压电极相连，用于产生所述高压电极的输入信号； 信号采集模块，与VFTO传感器相连，用于采集所述VFTO传感器根据所述输入信号产生的输出信号； 控制处理模块，与所述信号采集模块相连接，用于根据所述输出信号和所述输入信号确定所述VFTO传感器的频率特性。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号发生模块包括: 第一发生单元，用于产生频率可变的正弦波信号；和/或 第二发生单元，用于产生上升沿的脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制处理模块包括: 第一获取单元，用于获取所述输出信号的第一峰值和第一相位，以及所述输入信号的第二峰值和第二相位； 比较单元，用于比较所述第一峰 值和所述第二峰值，以及所述第一相位与所述第二相位； 第一确定单元，用于根据比较结果确定所述频率特性，其中，所述频率特性包括幅频响应特性和相频响应特性。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述控制处理模块包括: 第二获取单元，用于获取所述输出信号的上升时间； 第二确定单元，用于根据所述上升时间确定所述频率特性，其中，所述频率特性包括高频截止频率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括: 显示模块，用于通过显示装置显示信息，其中，所述信息包括以下至少之一:所述输入信号、所述输出信号、所述频率特性；和/或通信模块，用于发送所述信息。
6.一种特快速瞬态过电压VFTO传感器的测试设备，其特征在于，包括:权利要求1至5中任一项所述的装置，以及显示装置和输入装置。
7.一种特快速瞬态过电压VFTO传感器的测试系统，其特征在于，包括:权利要求6所述的设备，距离调节器，其中， 所述距离调节器，用于调节高压电极和VFTO传感器之间的距离。
8.根据权利要求7中所述的系统，其特征在于，所述距离调节器包括: 第一支架，用于固定所述高压电极； 第二支架，用于固定所述VFTO传感器； 可调连杆，设置在所述第一支架和所述第二支架之间，用于调节所述第一支架和所述第二支架之间距离。
9.一种特快速瞬态过电压VFTO传感器的测试方法，其特征在于，包括: 产生高压电极的输入信号； 采集VFTO传感器根据所述输入信号产生的输出信号； 根据所述输出信号和所述输入信号确定所述VFTO传感器的频率特性。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，产生高压电极的输入信号，包括:产生频率可变的正弦波信号；和/或 产生上升沿的脉冲信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述输入信号为所述正弦波信号；根据所述输出信号和所述输入信号确定所述VFTO传感器的频率特性，包括: 获取所述输出信号的第一峰值和第一相位，以及所述输入信号的第二峰值和第二相位； 比较所述第一峰值和所述第二峰值，以及所述第一相位与所述第二相位； 根据比较结果确定所述频率特性，其中，所述频率特性包括幅频响应特性和相频响应特性。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述输入信号为所述脉冲信号；根据所述输出信号和所述输入信号确定所述VFTO传感器的频率特性，包括: 获取所述输出信号的上升时间； 根据所述上升时 间确定所述频率特性，其中，所述频率特性包括高频截止频率。
全文摘要
本发明公开了一种VFTO传感器的测试方法、装置、设备及系统，其中，该装置包括信号发生模块，与高压电极相连，用于产生上述高压电极的输入信号；信号采集模块，与VFTO传感器相连，用于采集上述VFTO传感器根据上述输入信号产生的输出信号；控制处理模块，与上述信号采集模块相连接，用于根据上述输出信号和上述输入信号确定上述VFTO传感器的频率特性。应用本发明，避免了人工测试VFTO传感器存在的缺陷，使得VFTO传感器测试更准确。
文档编号G01R35/00GK103149545SQ20131003537
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者马国明, 李成榕, 郭攀辉, 王浩, 陈珉, 王宁华 申请人:华北电力大学, 中国电力科学研究院, 国家电网公司