實驗名稱：電壓傳感器的傳感特性試驗

實驗目的：本文提出的逆壓電-光柵電壓傳感器頻率響應提升方法旨在拓展電壓傳感技術(shù)，為實現(xiàn)電壓信號的寬頻測量、豐富電壓傳感體系提供新的思路，對于促進基于壓電材料和光學傳感技術(shù)的電壓傳感器在實際電網(wǎng)中的應用具有重要的理論意義和應用價值。

測試設備：高壓放大器、示波器、函數(shù)波形發(fā)生器、電容分壓器、電壓發(fā)生器等。

實驗過程：

圖：傳感器試驗平臺示意圖

搭建電壓傳感器特性試驗平臺，光學設備主要包括C波段寬帶光源和光電探測器，其作用分別是向傳感系統(tǒng)輸入寬帶光信號和對傳感器輸出的光信號進行光強檢測；電學設備主要包括函數(shù)波形發(fā)生器、高壓放大器、電容分壓器、小型沖擊電壓發(fā)生器和示波器，分別用于產(chǎn)生傳感器特性試驗所需要的多種電壓信號和采集試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)。

在實驗室中采用如上圖的布置方式，寬帶光源發(fā)出的寬帶光信號和高壓放大器輸出的高壓信號傳輸至電壓傳感器，經(jīng)過傳感器的信號調(diào)制和光電探測器的光強檢測最終將光強大小轉(zhuǎn)換為電壓大小，并通過同軸電纜線傳輸至示波器顯示。

使用函數(shù)波形發(fā)生器產(chǎn)生50Hz工頻正弦的低壓信號，通過高壓放大器放大500倍后作為待測電壓信號，輸出至寬頻逆壓電-光柵電壓傳感器的電壓傳感單元。電容分壓器和寬頻逆壓電-光柵電壓傳感器的輸出信號均通過同軸電纜線傳輸至示波器進行波形顯示和數(shù)據(jù)采集，使用交流耦合模式消除光電探測器輸出的直流電壓帶來的影響。圖2記錄了待測電壓信號和電壓傳感器的輸出響應，其中上方藍色曲線表示待測電壓信號，下方紅色曲線為電壓傳感器的輸出響應。

圖2：工頻電壓作用下電壓傳感器的響應

實驗結(jié)果：

從上圖可以看出待測電壓信號與電壓傳感器輸出響應之間具有較好的一致性，傳感器的輸出響應能夠準確跟隨待測電壓信號的變化，相位差小于5.4°。

在函數(shù)波形發(fā)生器上調(diào)節(jié)輸入的待測電壓信號，從0.25kV起始，以0.25kV的間隔逐步升高待測電壓信號至4kV，記錄每次施加的待測電壓信號和傳感器的輸出信號幅值，所得到的測試結(jié)果如圖3所示。

圖3：電壓傳感器的輸入輸出特性

圖4：輸入輸出特性擬合結(jié)果

對得到數(shù)據(jù)點進行線性擬合分析，擬合曲線的截距C、斜率k和線性擬合度R等參數(shù)如圖4所示，參數(shù)C的值為53mV，參數(shù)k的值為193.2941，線性擬合度R為0.9991。其中，k和C均表示與傳感器測量靈敏度相關(guān)的擬合參數(shù)，R表示線性擬合度且其值越接近1則說明擬合度越高。

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圖：ATA-7050高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇