安泰高压放大器在电压传感器的传感特性试验中的应用

实验名称：电压传感器的传感特性试验

实验目的：本文提出的逆压电-光栅电压传感器频率响应提升方法旨在拓展电压传感技术，为实现电压信号的宽频测量、丰富电压传感体系提供新的思路，对于促进基于压电材料和光学传感技术的电压传感器在实际电网中的应用具有重要的理论意义和应用价值。

测试设备：高压放大器、示波器、函数波形发生器、电容分压器、电压发生器等。

实验过程：

图：传感器试验平台示意图

搭建电压传感器特性试验平台，光学设备主要包括C波段宽带光源和光电探测器，其作用分别是向传感系统输入宽带光信号和对传感器输出的光信号进行光强检测；电学设备主要包括函数波形发生器、高压放大器、电容分压器、小型冲击电压发生器和示波器，分别用于产生传感器特性试验所需要的多种电压信号和采集试验结果及数据。

在实验室中采用如上图的布置方式，宽带光源发出的宽带光信号和高压放大器输出的高压信号传输至电压传感器，经过传感器的信号调制和光电探测器的光强检测最终将光强大小转换为电压大小，并通过同轴电缆线传输至示波器显示。

使用函数波形发生器产生50Hz工频正弦的低压信号，通过高压放大器放大500倍后作为待测电压信号，输出至宽频逆压电-光栅电压传感器的电压传感单元。电容分压器和宽频逆压电-光栅电压传感器的输出信号均通过同轴电缆线传输至示波器进行波形显示和数据采集，使用交流耦合模式消除光电探测器输出的直流电压带来的影响。图2记录了待测电压信号和电压传感器的输出响应，其中上方蓝色曲线表示待测电压信号，下方红色曲线为电压传感器的输出响应。

图2：工频电压作用下电压传感器的响应

实验结果：

从上图可以看出待测电压信号与电压传感器输出响应之间具有较好的一致性，传感器的输出响应能够准确跟随待测电压信号的变化，相位差小于5.4°。

在函数波形发生器上调节输入的待测电压信号，从0.25kV起始，以0.25kV的间隔逐步升高待测电压信号至4kV，记录每次施加的待测电压信号和传感器的输出信号幅值，所得到的测试结果如图3所示。

图3：电压传感器的输入输出特性

图4：输入输出特性拟合结果

对得到数据点进行线性拟合分析，拟合曲线的截距C、斜率k和线性拟合度R等参数如图4所示，参数C的值为53mV，参数k的值为193.2941，线性拟合度R为0.9991。其中，k和C均表示与传感器测量灵敏度相关的拟合参数，R表示线性拟合度且其值越接近1则说明拟合度越高。

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审核编辑 黄宇