一種隔離高壓差分測量探頭的製作方法
2023-06-16 23:22:16
一種隔離高壓差分測量探頭的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種隔離高壓差分測量探頭，包括高壓側光發射單元、低壓側光接收單元、光纖、正極探頭、負極探頭、正極模擬信號輸出端和負極模擬信號輸出端;所述高壓側光發射單元和低壓側光接收單元通過光纖連接，在高壓側光發射單元設置有正極探頭和負極探頭，在低壓側光接收單元上設置有正極模擬信號輸出端和負極模擬信號輸出端。本實用新型的有益效果在於:為了克服高共模電壓下的差分電壓測試，本實用發明採用了對模擬信號進行數字調製的高壓採樣傳輸，有效解決了對高共模電壓下，低頻差分電壓擾動的觀測;具有成本低、操作簡單、安全性高、可靠測量的優點。
【專利說明】一種隔離高壓差分測量探頭
【技術領域】:
[0001]本實用新型屬於電子領域，涉及及在電力高共模電壓(幾千伏-幾十千伏)下對差分電壓(一千伏內)的測量，是一種配合示波器使用的差分電壓測量探頭。
【背景技術】:
[0002]目前高電壓下的差分電壓測量技術有:
[0003]1、傳統差分電壓測量探頭:目前示波器配用高壓差分探頭最高共模電壓範圍在1300-2300V，無法對共模電壓5kv以上的差分電壓進行測量；
[0004]2、高壓分壓器:高壓分壓器是利用大功率阻容分壓，通過儀表與高壓測量端相連，實現對高電壓的測量，若對高共模電壓下的差分電壓測量將使用兩個分壓器，且價格高體積大。
實用新型內容:
[0005]本實用新型的為了克服普通差分電壓探頭無法測量高共模電壓(5kv以上)下的差分電壓的不足，提供了一種基於光纖傳輸測量高共模電壓下的差分電壓的測量探頭；該測量探頭配合測試儀器(示波器及萬用表等)使用，能測量10kv-35kv共模電壓下Ikv的差分電壓。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術方案來解決的:
[0007]—種隔離高壓差分測量探頭，包括高壓側光發射單元、低壓側光接收單元、光纖、正極探頭、負極探頭、正極模擬信號輸出端和負極模擬信號輸出端；所述高壓側光發射單元和低壓側光接收單元通過光纖連接，在高壓側光發射單元設置有正極探頭和負極探頭，在低壓側光接收單元上設置有正極模擬信號輸出端和負極模擬信號輸出端。
[0008]所述高壓側光發射單元包括依次連接的差分輸入電路、V/F壓頻轉換器和光發射模塊；差分輸入電路、V/F壓頻轉換器和光發射模塊同時與電池供電模塊和DC/DC模塊連接。
[0009]所述低壓側光接收單元包括依次連接的光接收模塊、F/V頻壓轉化器、比例放大偏置調零保護及輸出模塊，光接收模塊、F/V頻壓轉化器、比例放大偏置調零保護及輸出模塊同時與電池供電模塊和DC/DC模塊連接。
[0010]本實用新型的有益效果在於:為了克服高共模電壓下的差分電壓測試，本實用發明採用了對模擬信號進行數字調製的高壓採樣傳輸，有效解決了對高共模電壓下，低頻差分電壓擾動的觀測；具有成本低、操作簡單、安全性高、可靠測量的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0011]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0012]圖2為本實用新型的使用原理圖；
[0013]圖3-1為光發射單元部分結構圖；[0014]圖3-2為光接收單元部分結構圖；
[0015]圖3-3為電源供電部分結構圖；
[0016]其中:I為高壓側光發射單元；2為低壓側光接收單元；3為光纖；4為正極探頭；5為負極探頭；6為正極模擬信號輸出端；7為負極模擬信號輸出端；8為IOKV高壓母線；9為測量儀器。
[0017]【具體實施方式】:
[0018]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述:
[0019]參見圖1、2、3-1、3-2、3_3，一種隔離高壓差分測量探頭，包括高壓側光發射單元、低壓側光接收單兀、光纖、正極探頭、負極探頭、正極模擬信號輸出端和負極模擬信號輸出端；所述高壓側光發射單元和低壓側光接收單元通過光纖連接，在高壓側光發射單元設置有正極探頭和負極探頭，在低壓側光接收單元上設置有正極模擬信號輸出端和負極模擬信號輸出端。 [0020]所述高壓側光發射單元包括依次連接的差分輸入電路、v/F壓頻轉換器和光發射模塊；差分輸入電路、v/F壓頻轉換器和光發射模塊同時與電池供電模塊和DC/DC模塊連接。
[0021]所述低壓側光接收單元包括依次連接的光接收模塊、F/V頻壓轉化器、比例放大偏置調零保護及輸出模塊，光接收模塊、F/V頻壓轉化器、比例放大偏置調零保護及輸出模塊同時與電池供電模塊和DC/DC模塊連接。
[0022]由圖可看出測量探頭整體由5處組成，通過光纖(可設置為橘黃色)連接兩個單元，上面的盒子為高壓側光發射單元，下面的盒子為低壓側接收單元；通過光纖將他們連接實現電氣隔離；高壓側光發射單元，該單元通過左側兩隻探頭，設置『正』極為紅色，『負』極為黑色，測量高壓差分電壓最大為1000v;通過右側光纖頭將採集的信號通過光纖傳出；
[0023]低壓側光接收單元，該單元通過左側為光纖輸入，右側為模擬信號輸出端；對應輸出信號於測量端，黃色纜線輸出信號『正』極，藍色纜線輸出信號『負』極，最大輸出IOv;
[0024]原理說明:由原理框圖可看出，虛線框中為整體測量儀器，測量儀器又分為兩部分，高壓測量側和低壓接收側，由光纖將其兩部分連接實現了高低壓的電氣隔離；為了測量IOkv母線上的差分電壓，實現高低壓測量的電氣隔離，對測量的差分電壓信號進行電壓頻率調製，將調製的信號送入光纖傳輸至接收端，接收端將光信號變為電信號，給F/V將頻率信號轉換為模擬電壓信號在經模擬調理電路實現對信號增益放大和零點校正，最終將高壓差分電壓信號輸出給外部儀器；由圖可看出高壓側由差分電壓採樣、壓頻轉換器、光發射單元構成，通過光纖做電氣隔離，低壓側接收光信號通過頻壓轉換器變成模擬信號、再由運放構成零點偏置調節和增益調節最終輸出模擬信號至示波器。
[0025]高壓差分電壓通過JPl埠進行的外部連線進行測量，JPl端採用高壓導線及高精度採樣電阻輸入電阻為2M歐姆，經過前級Ula運算放大器構成的比例差分衰減電路將1000v電壓信號衰減100倍，差分衰減倍數:K = (R33+R35+R37+R1) /R4，使1000v信號變為IOv電壓信號，將此信號分別供給U5運放構成電壓比較器設定比較電壓控制發光二極體Dl可實現過壓保護顯示，告警電壓門限閾值可按衰減倍數調整R39，R40，本電路閾值為1000v保護電壓；另一路信號經Ulb進行放大調理，UlB是一級同相運算放大器，其增益調整為K=1+R7/R5，增益K≥I ;送至U2構成的V/ F將電壓轉成數字頻率信號，其輸出頻率為f =V In * I 2k/2.09*100k*6.8k*0.0lu，其頻率信號經Ql驅動U4轉為光信號發出，至此高壓側發射單元就將模擬電壓信號轉換成光信號發出，低壓側光接收部分U6接收光信號，通過C19藕合至U7構成的頻壓轉換電路其電壓輸出為Vout = fin*2.09*6.8k*0.01u*100k/(12.lk+5k)，將數字調理信號還原成模擬信號，經過U3構成信號調理，對模擬信號進行比例放大增益選擇及校零微調；最終輸出信號至端子JP2，VD2為輸出接口過壓保護器件TVS ；供電部分是由電池分別供給光發射單元和光接收單元的由電池輸出經DC/DC變換成正負15v;其電源功率分別為0.65VV(發射)0.53VV(接收);
[0026]測試步驟
[0027]1.連接被測差分電壓端:將高壓測量探頭接如被測高壓端，將發射模塊與接收模塊通過光纖連接。注意，請將發射模塊與接收模塊通過光纖將距離拉開(保證高壓電氣安全絕緣距離)；
[0028]2.接上測量儀器並打開電源:將輸出測量端子引線接入測量儀器(以示波器為例)，接入示波器普通探頭10x，將示波器探頭倍數調試ΙΟΟΟχ，(此時高壓差分探頭衰減IOOx,普通探頭衰減IOx);
[0029]3.此時上主電即可觀測被測差分電壓；
[0030]特性參數說明:
[0031]差模電壓測量範圍:DC1000v;
[0032]衰減比率:1OOOv:1Ov(IOOx) ;/IOOv:1Ov(IOx);
[0033]共模隔離電壓範圍:根據光纖長度0_50kv;
[0034]模擬帶寬:0-5KHz;
[0035]精度:<50/@1OOv ； <2°/@100V；
[0036]線性度:<0.2%
[0037]階躍響應時間:170us;
[0038]階躍響應延時:30us;
[0039]差模輸入內阻:2M歐姆；
[0040]功耗:0.65VV (發射)0.53VV (接收);
[0041]電源供給方式:內置充電電池；
[0042]工作電壓:DC4.5V-9v;
[0043]工作方式:壓頻/頻壓轉換；
[0044]工作頻率:100k;
[0045]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬於本發明技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種隔離高壓差分測量探頭，其特徵在於:包括高壓側光發射單元、低壓側光接收單元、光纖、正極探頭、負極探頭、正極模擬信號輸出端和負極模擬信號輸出端；所述高壓側光發射單元和低壓側光接收單元通過光纖連接，在高壓側光發射單元設置有正極探頭和負極探頭，在低壓側光接收單元上設置有正極模擬信號輸出端和負極模擬信號輸出端。
2.如權利要求1所述隔離高壓差分測量探頭，其特徵在於:所述高壓側光發射單元包括依次連接的差分輸入電路、V/F壓頻轉換器和光發射模塊；差分輸入電路、V/F壓頻轉換器和光發射模塊同時與電池供電模塊和DC/DC模塊連接。
3.如權利要求1所述隔離高壓差分測量探頭，其特徵在於:所述低壓側光接收單元包括依次連接的光接收模塊、F/V頻壓轉化器、比例放大偏置調零保護及輸出模塊，光接收模塊、F/V頻壓轉化器、比例放大偏置調零保護及輸出模塊同時與電池供電模塊和DC/DC模塊連接。
【文檔編號】G01R19/00GK203502480SQ201320660696
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】曹志偉 申請人:西安奧特迅電力電子技術有限公司