一種隔離高壓差分測量探頭的制作方法
【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(cè)光發(fā)射單元、低壓側(cè)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(cè)光發(fā)射單元和低壓側(cè)光接收單元通過光纖連接，在高壓側(cè)光發(fā)射單元設(shè)置有正極探頭和負極探頭，在低壓側(cè)光接收單元上設(shè)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于:為了克服高共模電壓下的差分電壓測試，本實用發(fā)明采用了對模擬信號進行數(shù)字調(diào)制的高壓采樣傳輸，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(yōu)點。
【專利說明】一種隔離高壓差分測量探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實用新型屬于電子領(lǐng)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(nèi))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(shù)】:
[0002]目前高電壓下的差分電壓測量技術(shù)有:
[0003]1、傳統(tǒng)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范圍在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(xiàn)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(nèi)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，提供了一種基于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(shù)方案來解決的:
[0007]—種隔離高壓差分測量探頭，包括高壓側(cè)光發(fā)射單元、低壓側(cè)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(cè)光發(fā)射單元和低壓側(cè)光接收單元通過光纖連接，在高壓側(cè)光發(fā)射單元設(shè)置有正極探頭和負極探頭，在低壓側(cè)光接收單元上設(shè)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(cè)光發(fā)射單元包括依次連接的差分輸入電路、V/F壓頻轉(zhuǎn)換器和光發(fā)射模塊；差分輸入電路、V/F壓頻轉(zhuǎn)換器和光發(fā)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(cè)光接收單元包括依次連接的光接收模塊、F/V頻壓轉(zhuǎn)化器、比例放大偏置調(diào)零保護及輸出模塊，光接收模塊、F/V頻壓轉(zhuǎn)化器、比例放大偏置調(diào)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于:為了克服高共模電壓下的差分電壓測試，本實用發(fā)明采用了對模擬信號進行數(shù)字調(diào)制的高壓采樣傳輸，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(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0011]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)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(fā)射單元部分結(jié)構(gòu)圖；[0014]圖3-2為光接收單元部分結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖3-3為電源供電部分結(jié)構(gòu)圖；
[0016]其中:I為高壓側(cè)光發(fā)射單元；2為低壓側(cè)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(jié)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(cè)光發(fā)射單元、低壓側(cè)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(cè)光發(fā)射單元和低壓側(cè)光接收單元通過光纖連接，在高壓側(cè)光發(fā)射單元設(shè)置有正極探頭和負極探頭，在低壓側(cè)光接收單元上設(shè)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(cè)光發(fā)射單元包括依次連接的差分輸入電路、v/F壓頻轉(zhuǎn)換器和光發(fā)射模塊；差分輸入電路、v/F壓頻轉(zhuǎn)換器和光發(fā)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(cè)光接收單元包括依次連接的光接收模塊、F/V頻壓轉(zhuǎn)化器、比例放大偏置調(diào)零保護及輸出模塊，光接收模塊、F/V頻壓轉(zhuǎn)化器、比例放大偏置調(diào)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(shè)置為橘黃色)連接兩個單元，上面的盒子為高壓側(cè)光發(fā)射單元，下面的盒子為低壓側(cè)接收單元；通過光纖將他們連接實現(xiàn)電氣隔離；高壓側(cè)光發(fā)射單元，該單元通過左側(cè)兩只探頭，設(shè)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(cè)光纖頭將采集的信號通過光纖傳出；
[0023]低壓側(cè)光接收單元，該單元通過左側(cè)為光纖輸入，右側(cè)為模擬信號輸出端；對應(yīng)輸出信號于測量端，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(cè)和低壓接收側(cè)，由光纖將其兩部分連接實現(xiàn)了高低壓的電氣隔離；為了測量IOkv母線上的差分電壓，實現(xiàn)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(diào)制，將調(diào)制的信號送入光纖傳輸至接收端，接收端將光信號變?yōu)殡娦盘枺oF/V將頻率信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號在經(jīng)模擬調(diào)理電路實現(xiàn)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(cè)由差分電壓采樣、壓頻轉(zhuǎn)換器、光發(fā)射單元構(gòu)成，通過光纖做電氣隔離，低壓側(cè)接收光信號通過頻壓轉(zhuǎn)換器變成模擬信號、再由運放構(gòu)成零點偏置調(diào)節(jié)和增益調(diào)節(jié)最終輸出模擬信號至示波器。
[0025]高壓差分電壓通過JPl端口進行的外部連線進行測量，JPl端采用高壓導(dǎo)線及高精度采樣電阻輸入電阻為2M歐姆，經(jīng)過前級Ula運算放大器構(gòu)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(shù):K = (R33+R35+R37+R1) /R4，使1000v信號變?yōu)镮Ov電壓信號，將此信號分別供給U5運放構(gòu)成電壓比較器設(shè)定比較電壓控制發(fā)光二極管Dl可實現(xiàn)過壓保護顯示，告警電壓門限閾值可按衰減倍數(shù)調(diào)整R39，R40，本電路閾值為1000v保護電壓；另一路信號經(jīng)Ulb進行放大調(diào)理，UlB是一級同相運算放大器，其增益調(diào)整為K=1+R7/R5，增益K≥I ;送至U2構(gòu)成的V/ F將電壓轉(zhuǎn)成數(shù)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(jīng)Ql驅(qū)動U4轉(zhuǎn)為光信號發(fā)出，至此高壓側(cè)發(fā)射單元就將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成光信號發(fā)出，低壓側(cè)光接收部分U6接收光信號，通過C19藕合至U7構(gòu)成的頻壓轉(zhuǎn)換電路其電壓輸出為Vout = fin*2.09*6.8k*0.01u*100k/(12.lk+5k)，將數(shù)字調(diào)理信號還原成模擬信號，經(jīng)過U3構(gòu)成信號調(diào)理，對模擬信號進行比例放大增益選擇及校零微調(diào)；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(fā)射單元和光接收單元的由電池輸出經(jīng)DC/DC變換成正負15v;其電源功率分別為0.65VV(發(fā)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(fā)射模塊與接收模塊通過光纖連接。注意，請將發(fā)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.接上測量儀器并打開電源: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(shù)調(diào)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(shù)說明:
[0031]差模電壓測量范圍:DC1000v;
[0032]衰減比率:1OOOv:1Ov(IOOx) ;/IOOv:1Ov(IOx);
[0033]共模隔離電壓范圍:根據(jù)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(yīng)時間:170us;
[0038]階躍響應(yīng)延時:30us;
[0039]差模輸入內(nèi)阻:2M歐姆；
[0040]功耗:0.65VV (發(fā)射)0.53VV (接收);
[0041]電源供給方式:內(nèi)置充電電池；
[0042]工作電壓:DC4.5V-9v;
[0043]工作方式:壓頻/頻壓轉(zhuǎn)換；
[0044]工作頻率:100k;
[0045]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)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(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種隔離高壓差分測量探頭，其特征在于:包括高壓側(cè)光發(fā)射單元、低壓側(cè)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(cè)光發(fā)射單元和低壓側(cè)光接收單元通過光纖連接，在高壓側(cè)光發(fā)射單元設(shè)置有正極探頭和負極探頭，在低壓側(cè)光接收單元上設(shè)置有正極模擬信號輸出端和負極模擬信號輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述隔離高壓差分測量探頭，其特征在于:所述高壓側(cè)光發(fā)射單元包括依次連接的差分輸入電路、V/F壓頻轉(zhuǎn)換器和光發(fā)射模塊；差分輸入電路、V/F壓頻轉(zhuǎn)換器和光發(fā)射模塊同時與電池供電模塊和DC/DC模塊連接。
3.如權(quán)利要求1所述隔離高壓差分測量探頭，其特征在于:所述低壓側(cè)光接收單元包括依次連接的光接收模塊、F/V頻壓轉(zhuǎn)化器、比例放大偏置調(diào)零保護及輸出模塊，光接收模塊、F/V頻壓轉(zhuǎn)化器、比例放大偏置調(diào)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(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】曹志偉 申請人:西安奧特迅電力電子技術(shù)有限公司