實驗名稱：傳感器基本特性研究

　　研究方向：基(ji)于逆(ni)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)效應(ying)和光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)原理設計(ji)光(guang)學電(dian)(dian)(dian)壓(ya)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)，以實現在(zai)電(dian)(dian)(dian)網電(dian)(dian)(dian)壓(ya)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)過程中的(de)全光(guang)纖(xian)傳(chuan)(chuan)輸、測量(liang)，增加電(dian)(dian)(dian)壓(ya)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)單元(yuan)的(de)電(dian)(dian)(dian)磁屏蔽(bi)性(xing)能，最大限度實現光(guang)電(dian)(dian)(dian)隔離。主要研究(jiu)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)基(ji)本設計(ji)原理、傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)中光(guang)柵(zha)信號的(de)解調原理及相(xiang)對(dui)應(ying)的(de)能量(liang)耦合(he)模(mo)型和電(dian)(dian)(dian)路(lu)、光(guang)路(lu)模(mo)型；完成對(dui)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)-光(guang)柵(zha)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)制備，在(zai)實驗室(shi)和搭建電(dian)(dian)(dian)壓(ya)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)校(xiao)驗測試平臺，研究(jiu)分析傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)基(ji)本特(te)性(xing)。

　　測試設備：高壓放大器、信號發生器(qi)、示(shi)波器(qi)、寬帶光(guang)(guang)源、壓電型光(guang)(guang)學傳感器(qi)、光(guang)(guang)電探測器(qi)等。

　　圖1：傳感(gan)器(qi)校驗測試平臺示意(yi)圖

　　實驗過程：

　　為了研究(jiu)所(suo)設計傳感器(qi)(qi)(qi)的各項性(xing)能，本文在實驗室(shi)搭(da)建(jian)了逆壓(ya)電(dian)-光(guang)(guang)柵電(dian)壓(ya)傳感器(qi)(qi)(qi)的校驗測量平(ping)(ping)臺。本測試平(ping)(ping)臺所(suo)用(yong)設備根據設備性(xing)質(zhi)，可分為光(guang)(guang)學(xue)(xue)、電(dian)學(xue)(xue)兩大類設備。光(guang)(guang)學(xue)(xue)設備主要包括寬帶激光(guang)(guang)源和光(guang)(guang)電(dian)探測器(qi)(qi)(qi)，用(yong)于(yu)提供寬帶光(guang)(guang)信(xin)號(hao)(hao)和檢測輸出光(guang)(guang)信(xin)號(hao)(hao)；電(dian)學(xue)(xue)設備主要包括函數發(fa)生器(qi)(qi)(qi)，沖(chong)擊電(dian)壓(ya)發(fa)生器(qi)(qi)(qi)，高壓(ya)放(fang)大器(qi)(qi)(qi)和示波(bo)器(qi)(qi)(qi)，用(yong)于(yu)提供和檢測不同類型的電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)(hao)。

　　試驗設(she)計中，電(dian)學相(xiang)關的(de)設(she)備主要(yao)包括任(ren)意(yi)函(han)(han)數(shu)(shu)波形發生器(qi)(qi)(qi)、高壓(ya)放大(da)器(qi)(qi)(qi)、示波器(qi)(qi)(qi)、沖(chong)擊(ji)電(dian)壓(ya)發生器(qi)(qi)(qi)。示波器(qi)(qi)(qi)帶寬為(wei)(wei)70MHz，采(cai)樣率(lv)為(wei)(wei)1.0GS/s。任(ren)意(yi)函(han)(han)數(shu)(shu)波形發生器(qi)(qi)(qi)可提(ti)供12種標準波形及任(ren)意(yi)波形電(dian)壓(ya)信號(hao)，最小(xiao)調整刻度為(wei)(wei)1mV。高壓(ya)放大(da)器(qi)(qi)(qi)放大(da)倍數(shu)(shu)為(wei)(wei)2000倍，配合任(ren)意(yi)函(han)(han)數(shu)(shu)波形發生器(qi)(qi)(qi)，為(wei)(wei)壓(ya)電(dian)型(xing)光(guang)學傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)提(ti)供多種高幅(fu)值電(dian)壓(ya)輸入信號(hao)。

　　傳(chuan)感器(qi)(qi)校驗(yan)測(ce)(ce)試(shi)平臺如圖1所示。信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)發(fa)生器(qi)(qi)與高(gao)壓放(fang)大器(qi)(qi)聯(lian)合(he)使用，為傳(chuan)感器(qi)(qi)提供基(ji)本的(de)寬頻帶、多幅值(zhi)的(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)，方波(bo)，三角(jiao)波(bo)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)等。寬帶光(guang)(guang)(guang)(guang)源為傳(chuan)感器(qi)(qi)提供光(guang)(guang)(guang)(guang)源信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)。傳(chuan)感器(qi)(qi)的(de)輸(shu)(shu)出光(guang)(guang)(guang)(guang)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)通過(guo)(guo)光(guang)(guang)(guang)(guang)導纖(xian)維進(jin)入光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)，在(zai)光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)中完成光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)轉換，最(zui)后(hou)通過(guo)(guo)電(dian)纜信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)線(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)至示波(bo)器(qi)(qi)進(jin)行顯示。在(zai)測(ce)(ce)試(shi)前，首先應檢(jian)測(ce)(ce)傳(chuan)感器(qi)(qi)內部的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)路暢通性，以保證后(hou)續信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)的(de)傳(chuan)輸(shu)(shu)可靠性。具體應檢(jian)測(ce)(ce)光(guang)(guang)(guang)(guang)環形(xing)器(qi)(qi)的(de)三個端口處(chu)，光(guang)(guang)(guang)(guang)環形(xing)器(qi)(qi)間的(de)連(lian)接(jie)段處(chu)，以及傳(chuan)感器(qi)(qi)輸(shu)(shu)出到光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)的(de)連(lian)通性。

　　實驗結果：

　　對傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)進行基(ji)本傳(chuan)(chuan)感(gan)特性校驗測(ce)試(shi)。校驗測(ce)試(shi)內容為(wei)：傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的工頻響應測(ce)試(shi)，頻率響應測(ce)試(shi)，三種(zhong)基(ji)本波形測(ce)試(shi)，沖擊電(dian)壓測(ce)試(shi)。

　　圖2：傳感器(qi)工頻響(xiang)應測試結果

　　工(gong)(gong)頻(pin)響(xiang)應(ying)測(ce)試中(zhong)，從圖(tu)2中(zhong)可以(yi)看出(chu)，傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)工(gong)(gong)頻(pin)響(xiang)應(ying)呈線(xian)性，其測(ce)試結果的(de)線(xian)性擬合度達到99.9%以(yi)上。從圖(tu)中(zhong)可知，對(dui)應(ying)外加電壓每kV的(de)變(bian)化，傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)光探輸出(chu)的(de)電壓幅值(zhi)為(wei)(wei)217.54mV。傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)工(gong)(gong)頻(pin)響(xiang)應(ying)能(neng)呈線(xian)性的(de)原因是，傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)外加電壓信號(hao)處于0.5kV-5kV范圍內時，能(neng)夠工(gong)(gong)作在(zai)線(xian)性區，如圖(tu)2右下角(jiao)所(suo)示。與(yu)此同時，傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)信噪比測(ce)量(liang)為(wei)(wei)11.58:1，傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)最(zui)大誤差(cha)為(wei)(wei)3.7%，符合相關國際標準IEC60044-7和IEC61869-5：2011中(zhong)等級3的(de)要求(qiu)。對(dui)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)工(gong)(gong)頻(pin)響(xiang)應(ying)的(de)測(ce)試、分(fen)析(xi)及與(yu)國際標準的(de)對(dui)比結果說(shuo)明，傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)能(neng)夠滿足電網中(zhong)一般(ban)工(gong)(gong)頻(pin)電壓信號(hao)的(de)測(ce)試要求(qiu)，具有了(le)初步的(de)應(ying)用基礎條件。

　　圖3：傳感器(qi)的頻率響應(ying)測(ce)試結果

　　頻(pin)率(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)測試中，從圖3中可以看出，在50Hz到20kHz頻(pin)率(lv)范圍內，傳感(gan)器的(de)頻(pin)率(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)大致平坦(tan)。在7kHz及17kHz頻(pin)率(lv)點(dian)處，傳感(gan)器的(de)響(xiang)(xiang)應(ying)出現了小幅(fu)度波動，但(dan)波動最大值仍處于±3dB范圍內，因此(ci)整體來說，在50Hz-20kHz頻(pin)率(lv)范圍內，傳感(gan)器的(de)頻(pin)率(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)平坦(tan)。

　　圖4：50Hz，3kHz，8kHz和20kHz頻(pin)率條件下(xia)，傳感(gan)器的正弦(xian)波形響應測試(shi)結果(guo)

　　三種(zhong)基本(ben)波(bo)形響應(ying)(ying)測(ce)(ce)試中，圖(tu)4所(suo)示為(wei)傳(chuan)感器(qi)在(zai)50Hz，3kHz，8kHz及20kHz頻率(lv)條件下，傳(chuan)感器(qi)的(de)(de)正(zheng)弦(xian)(xian)波(bo)形響應(ying)(ying)測(ce)(ce)試結果。從(cong)圖(tu)中可以(yi)看出，對于(yu)正(zheng)弦(xian)(xian)波(bo)輸(shu)入信(xin)(xin)號，傳(chuan)感器(qi)在(zai)各個頻率(lv)點下都(dou)能有較(jiao)為(wei)完整(zheng)的(de)(de)響應(ying)(ying)；在(zai)20kHz處，由于(yu)高(gao)壓(ya)放(fang)大器(qi)頻率(lv)的(de)(de)限(xian)制，輸(shu)入信(xin)(xin)號類似轉折圓滑的(de)(de)三角(jiao)波(bo)信(xin)(xin)號，與(yu)之對應(ying)(ying)的(de)(de)輸(shu)出信(xin)(xin)號幅(fu)值也(ye)有所(suo)降低。總體來說，在(zai)20kHz的(de)(de)頻帶內，傳(chuan)感器(qi)對正(zheng)弦(xian)(xian)波(bo)信(xin)(xin)號的(de)(de)響應(ying)(ying)良(liang)好(hao)，并未出現(xian)(xian)信(xin)(xin)號明顯畸變(bian)、延遲的(de)(de)現(xian)(xian)象(xiang)，進一步說明了傳(chuan)感器(qi)在(zai)50Hz-20kHz內的(de)(de)基本(ben)電(dian)壓(ya)測(ce)(ce)量特性良(liang)好(hao)。

　　高壓放大(da)器(qi)推薦：ATA-7020

　　圖：ATA-7020高壓放大器指標參數

　　本資料由(you)Aigtek安(an)泰電(dian)子整理發布，更(geng)多案(an)例(li)及產品詳情(qing)請持續(xu)關注(zhu)我們。西安(an)安(an)泰電(dian)子Aigtek已經(jing)成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相(xiang)當規模的儀器(qi)(qi)設備供應(ying)商(shang)，樣機都(dou)支(zhi)持免費(fei)試用。如想了(le)解更(geng)多功率放大(da)器(qi)(qi)等產品，請持續(xu)關注(zhu)安(an)泰電(dian)子官網(wang)hkdyw.cn或撥打029-88865020。