瞬态电场时域测试技术的研究现状与展望

随着电磁环境效应与防护技术研究的不断深入,瞬态电场时域测试技术已成为电磁脉冲攻防领域急需解决的关键性科学问题之一。文章从"硬件"和"软件"两个方面,对不同类型电场传感器的特点以及瞬态电场时域测试系统的动态补偿技术等进行了对比总结,指出瞬态电场时域测试技术在测试系统动态性能提高、测量误差评定、动态性能补偿等方面均有待进一步研究和完善,并对其发展趋势进行了展望。     

基于激光光电池供电的脉冲电场传感器设计

为了解决脉冲电场传感器电光调制部分的供电问题,设计研制了一种基于激光光电池供电的脉冲电场传感器,该传感 器由激光光电池供电电路、电光调制电路和感应天线构成。 设计制作了由供能激光器、锂电池、激光光电池、锂电池充电电路、 锂电池保护电路、锂电池升压放电电路构成的激光光电池供电电路。 测试结果表明,供电电路输出电压精度为 1. 04 %,纹波系 数为 0. 3 %,并且 48 h 持续工作输出电压波动为±0. 035 V。 设计制作了由单极子天线、场效应管型集成运放构成的传感器电光 调制电路。 实验结果表明,研制的脉冲电场传感器测量带宽在 39. 8 Hz~ 1 050 MHz,动态范围 0. 256 kV/ m ~ 13. 79 kV/ m。     

光学电压传感器探头的电场计算与分析

概述了光学电压传感器的原理与结构类型,并着重计算分析了传感器探头的方形、八边形和圆形晶体分别在平板电极和圆弧电极中的电场分布。模拟计算结果得出,采用不同形状的电光晶体和电极组合,可以改善晶体内外电场分布的均匀性,减弱电场的集聚效应,从而有效地提高耐压和测量的稳定性及准确度。     

自动增益控制的大动态范围纳秒级瞬态电场传感器

电磁瞬态脉冲的测量仍有许多技术难点。 为了解决瞬态电场测量动态范围较窄的问题,研制了一种能自适应调整测量 范围的光纤电场传感器。 首先在 CST 软件平台上对单极子 PCB 天线进行建模,对其电磁特性和尺寸效应进行了仿真研究。 然 后重点设计了发射机的自动增益控制电路,且自动增益控制电路的阈值范围可调。 用二次插值法对发射机的非线性进行数字 化补偿,并优化设计了接收机的跨阻放大器,使其本底噪声在微伏级别。 用标准场法对该传感器进行了标定和测试,并对不确 定度进行定量计算。 测试结果表明,传感器的输入动态范围达到 54 dB,平均响应时间低于 3 ns,线性相关度为 0. 98,灵敏度为 0. 025 V/ (kV·m -1 ),扩展不确定度为 2. 67。 该传感器可以满足雷电脉冲的电磁环境测量和电力系统局放定位的需要。     

基于电光效应电场测量系统的设计与电场实测

介绍了设计并实现的一套基于Pockels电光效应的电场测量系统,并介绍了标准电压校正和工频电场的实测过程。对被测电场进行了建模和有限元仿真计算,通过分析实测结果和仿真计算的差异,得出电场测量对电压耦合的影响因素,提出了对标准电场发生器电容分压模型的修正意见。     

瞬态电场测量系统的研制与试验

针对瞬态电场的测量,研制了一款以基于MSP430系列微处理器为核心,应用高速模数转化芯片与高速存储器的测量系统,所用球形探头具有体积小、功耗低、可编程和测量范围可调的特点。通过试验验证和改进,该测量系统能够满足电力系统中的电场测量要求。     

光学电场传感器的仿真与实验研究

传统电场传感器中的金属设备会对被测电场产生影响,导致测量精度下降,为此设计出光学电场传感器。本文在有限元分析软件Comsol中使用晶体微元建立了Pockels效应的模型,从微观的角度阐述Pockels效应,得到了仿真结果,并搭建了实验平台,实验晶体在频率50Hz、电场强度0~8×10~5V/m条件下进行测试,验证了仿真结果,输出与输入有良好的线性关系。本文所进行的研究可为以后光学传感技术的发展提供基础。     

电光传感测量电场的建模与仿真

由于光纤以及晶体光学制备技术的成熟,电光传感器测量电场成为主要方法。基于Mach-Zehnder电光传感器的工作原理,为了对Mach-Zehnder电光传感器进行优化设计,在有限元仿真软件中进行了建模仿真,确定了光传输功率损耗最小的波导弯曲半径为2.5mm,3dB定向耦合器的长度为380μm,最后在信号臂上加一个电场,得出了在测量范围内所加电场与输出功率呈线性关系,说明该传感器可以较准确地测量电场。     

特高压换流变压器瞬态电场分布特性仿真研究

对特高压直流换流变压器器身主绝缘建立了瞬态电场计算模型,进行了瞬态电场的数值分析,得到了瞬态电场变化分布规律。     

一种基于瞬态电流测试的传感器的设计

近年来必起的瞬态电流测试技术是对传统电压测试技术的有效的补充.瞬态电流测试中瞬态电流的获取是重要的环节之一.奉文利用了LMH6702单片放人器为主搭建了一种基予信号处理的片外式电流传感器,经过PSPICE软件仿真,获得了较好的抑制噪声和故障检测的结果.     

无电极型工频电场传感器的设计

分析了电力系统中工频电场测量的技术手段和应用现状,指出现有手段的存在的问题;利用集成光学技术研制了一种基于铌酸锂晶片铁电畴反转的无电极电场传感器,该传感器内部没有金属部分,具有集成度高、对被测电场影响较小等优点;分析了传感器的设计要点,针对电力设备工频电场测试的实际需求完成传感器的参数设计,并研究相关的工艺流程;针对传感器半波电场太大的特点设计了合适的方案测试传感器的特性;根据国标GB/T12720-1991建立工频电场测试系统,并利用该系统完成传感器的工频电场标定测量实验。实验结果表明,该传感器在较大测量范围内具有较好的线性度,适合于电力系统工频电场的测量。     

高压工频电场警示仪的研究

环评测试表明,在高压线路下和变电站内部分区域,电场强度超过国家标准5kV/m规定的最大值.为了便于电力工作人员及时准确的获得作业场所的电场信息,本文以C8051F020单片机为核心开发研制了高压工频电场警示装置.现场测试表明,该装置不仅可以对电场强度进行测量,当环境的电场强度超过规定值时,其声光报警系统可以自动告警,能满足电力系统对电场环境监测的需要.     

硅基微型静电谐振式直流电场传感器建模与仿真分析

微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)电场传感器因其体积小、功耗低、成本低、易于量产等优势在电力系统具有广泛应用前景。以静电式电极共面水平谐振MEMS直流电场传感器为研究对象,针对其驱动单元、运动过程和感应单元,分别建立基于静电力驱动的传感器动力学模型和基于静电感应的敏感结构电学模型,实现了微型电场传感器的多物理场模型集成。所建立的模型可定量表征传感器的输出特性以及相关结构尺寸对传感器性能的影响。通过仿真计算发现,适当减少齿宽与齿间距、增加感应齿长,可以提高该类型传感器的输出电流,进而提高其测量灵敏度。该文的研究成果可为微型电场传感器的设计和性能优化提供参考。     

利用光电电场传感器测量合成绝缘子的沿面场强

利用光电电场传感器对复合绝缘子表面场强的分布进行了测量,采用平行金属板对研制的电场传感器进行了工频标定实验,并测量了绝缘子棒身表面附近的轴向电场和伞裙下方的径向电场分布。对绝缘子和连接金属导体进行了建模,并利用边界元法计算了绝缘子表面场强的分布,计算结果和测量值基本符合。     

光电集成强电场测量系统及其应用研究

为研发高性能强电场测量系统,在分析高压电场测量的特殊要求后,介绍了光电电场测量系统的基本原理、最新进展及其在高压测量领域的优势。通过对光电集成电场测量系统及传感器体系结构、关键参数的分析,研制了一种光电集成强电场传感器并测量它的输入输出特性。用研制的测量系统测量棒板间隙击穿过程冲击电场与复合绝缘子工频场,证明光电集成电场测量系统在高压测量研究领域的广阔应用前景。     

便携式工频电场测量装置的设计

为了了解设备表面和内部的工频电场,从而更好地研究设备运行的状态及优化改进设备,笔者介绍了一维球型电场传感器的测量原理,设计了一种基于C8051F410单片机的便携式工频电场测量装置,讨论了不同形状及规格电场探头对测量结果的影响并完成了电场探头的选型。在500 kV交流输电线下方和实验室简化同心圆球电极内使用该装置与国外标准仪器进行了对比测量,现场测试结果表明该装置测量数据与国外仪器相比具有较大的相关度,能准确地测量电力系统工频电场,具有很好的实用性。     

静电放电近区辐射电场的时域测试与实验分析

为研究静电放电近区辐射电场的时域测试技术及其时频域特征,利用2种不同的测试方法分别对接触式和空气式静电放电(ESD)产生的近区辐射电场进行了测试,并对实测结果进行了对比分析。结果表明,具有微分特性的测试系统对ESD辐射电场信号中的低频分量衰减严重,使得其实测波形中的频谱能量主要分布在较高频段,在时域上表现为单个或一系列尖脉冲形式,且其幅值与被测辐射场的幅值及其前沿上升/下降时间均有关,由此得到的分析结果无法真实反映被测辐射场的时频域特征;而自行研制的光纤传输式瞬态电场测试系统对ESD辐射电场中的大部分频率分量均具有自积分特性,利用该测试方法实测得到的ESD辐射电场时域波形能直接反映其时、频域特征,更适合用于ESD辐射电场的时域测试。     

电力电缆温度场与载流量计算软件设计

针对电力电缆温度场的仿真问题和载流量的计算问题,基于有限元方法和等效热阻法开发了电力电缆温度场与载流量计算软件。软件采用面向对象的Visual C#语言以及Microsoft Visual Studio平台上的Windows Presentation Foundation技术,具有高度模块化的视图层、控制层和模型层三层软件架构。该软件实现了电缆载流量的解析计算与数值计算、电缆温度场的数值分析及其数据可视化等功能,并使用电缆厂的技术数据对软件的计算准确性进行了测试。与其他商业软件相比,该软件在电缆参数计算领域更具专业性,而且节省了建立电缆有限元模型的时间。     

光电集成强电场传感器的频率特性校准研究

为了将光电集成电场传感器用于时域电场测量,为高电压技术领域的研究工作提供一种有效的实验手段,需要校准传感器的频率特性,常用的实验手段无法满足上述校准需求,故结合高电压工程领域电场传感器校准的基本要求和光电集成电场传感器的特点,分析并确定了传感器时域校准的方案,利用有界波电磁脉冲模拟器开展校准工作,通过实验与计算获得了传感器的上升时间和上限截止频率等,为传感器的测量应用打下了基础。