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，為實現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的電壓傳感器在實際電網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、函數波形發生器、電容分壓器、電壓發生器等。

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波形發生器、高壓放大器、電容分壓器、小型沖擊電壓發生器和示波器，分別用于產生傳感器特性試驗所需要的多種電壓信號和采集試驗結果及數據。

在實驗室中采用如上圖的布置方式，寬帶光源發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，經過傳感器的信號調制和光電探測器的光強檢測最終將光強大小轉換為電壓大小，并通過同軸電纜線傳輸至示波器顯示。

使用函數波形發生器產生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據采集，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°。

在函數波形發生器上調節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果

對得到數據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等參數如圖4所示，參數C的值為53mV，參數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的擬合參數，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

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審核編輯 黃宇