本發(fā)明涉及交流高壓在線監(jiān)測和零值絕緣子電壓測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型膜片結(jié)構(gòu)的交流高電壓傳感器及測量方法。

背景技術(shù)：

目前，高電壓測量方法主要有電阻分壓器的直流高壓測量方法、阻容分壓的交流高壓測量方法和靜電電壓表的交直流高壓測量方法。而在交流高壓測量中，廣泛使用電磁式電壓互感器pt(potentialtransducer)和電容分壓式電壓互感器cvt(capacitorvoltagetransducer)，這兩類電壓互感器在高壓和超高壓測量時存在絕緣困難，鐵芯磁飽和，容易受到溫度影響，鐵磁諧振抑制困難和高低壓信號可能互相干擾等問題。靜電電壓表在測量過程中有著極大的內(nèi)阻抗，輸出信號和輸入信號之間不會相互影響，因此靜電電壓表的電壓測量方法在高電壓領(lǐng)域有著一定的應(yīng)用范圍。以光纖電壓互感器為代表的光學(xué)測量方法能夠解決上述問題，且在測量精度，頻率響應(yīng)、體積大小、安全和環(huán)保等方面獨具優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于微機(jī)械加工(mems)技術(shù)的新型膜片結(jié)構(gòu)的交流高電壓傳感器及測量方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種新型膜片結(jié)構(gòu)的交流高電壓傳感器，包括高壓電極、fp傳感器電極、fp傳感單元、微調(diào)器、底座、光纖和玻璃套管；

所述高壓電極與fp傳感器電極上下同軸設(shè)置，且兩者之間保持一定間距，所述fp傳感器電極安裝在底座上，所述底座與高壓電極之間安裝有玻璃套管，所述fp傳感器電極上開設(shè)有軸心階梯孔，所述微調(diào)器安裝在軸心階梯孔的下部，fp傳感單元粘結(jié)在微調(diào)器端面中心處，fp傳感單元位于軸心階梯孔的上部；

所述pf傳感單元包括硅片、硅片基座和光纖，所述硅片基座內(nèi)部具有中空的法珀腔，其上表面中心處設(shè)置有硅片，所述光纖依次穿過底座和微調(diào)器的中心通孔進(jìn)入硅片基座的法珀腔。

進(jìn)一步地，所述fp傳感單元為正方形結(jié)構(gòu)，利用mems技術(shù)加工的蛇形梁的硅片和硅片基座經(jīng)鍵合制得，其主體正方形邊長d為2.44-6.1mm，厚度e為500μm。

進(jìn)一步地，所述硅片主體是正方形結(jié)構(gòu)，四周具有蛇形結(jié)構(gòu)的外沿，所述硅片主體正方形邊長a為0.5-2mm，所述蛇形結(jié)構(gòu)外沿固端梁的寬度b為10-100μm，梁間縫隙c寬度為5-30μm，所述硅片整體邊長l為1-2.5mm，硅片厚度h為10-100μm。

進(jìn)一步地，所述高壓電極和fp傳感器電極的間距為5mm。

進(jìn)一步地，還包括絕緣傘裙，絕緣傘裙套裝在交流高電壓傳感器的頂面及側(cè)面。

一種新型膜片結(jié)構(gòu)的交流高電壓測量方法為：當(dāng)寬帶光源輸出的光經(jīng)光纖后，在光纖的端面和硅片底面產(chǎn)生反射，反射回來的多束光形成干涉；當(dāng)在高壓電極施加電壓時，硅片與高壓電極之間產(chǎn)生均勻電場，在電場力作用下法珀腔靠近高壓側(cè)的硅片產(chǎn)生微小形變，從而改變傳感器fp腔的腔長；使得fp傳感器的輸出光譜波長發(fā)生偏移，通過邊帶解調(diào)法獲得高壓電極上的電壓信號，從而實現(xiàn)電壓的靜電測量。

本發(fā)明的有益效果為：

1)本發(fā)明提出一種采用mems技術(shù)加工的蛇形結(jié)構(gòu)的光纖法-珀高壓交流電壓測量方法，為交流高壓在線監(jiān)測和零值絕緣子電壓測量等提供新的檢測技術(shù)。

2)本發(fā)明采用新型法珀傳感膜片結(jié)構(gòu)，在高壓交流電壓測量中靈敏度更高。

附圖說明

圖1為一種新型膜片結(jié)構(gòu)的交流高電壓傳感器剖視圖；

圖2為fp傳感器電極剖視圖；

圖3為底座剖視圖；

圖4為fp傳感單元剖視圖；

圖5為一種采用mems技術(shù)加工的具有蛇形機(jī)構(gòu)的硅片俯視圖；

圖6為一種采用mems技術(shù)加工的具有蛇形機(jī)構(gòu)的硅片主視圖；

圖7為測試一種新型膜片結(jié)構(gòu)的交流高電壓傳感器的實驗系統(tǒng)簡圖；

圖8為圖7所示系統(tǒng)得到的實驗數(shù)據(jù)圖；

圖中：1-高壓電極；2-fp傳感器電極；3-fp傳感單元；4-微調(diào)器；5-底座；6-光纖；7-玻璃套管；8-法珀腔；9-硅片；10-硅片基座；11-蛇形結(jié)構(gòu)外沿；12-絕緣傘裙。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

結(jié)合圖1至8所示，本實施例公開的一種新型膜片結(jié)構(gòu)的交流高電壓傳感器，包括高壓電極1、fp傳感器電極2、fp傳感單元3、微調(diào)器4、底座5、光纖6和玻璃套管7；

高壓電極1與fp傳感器電極2上下同軸設(shè)置，且兩者之間保持一定間距，fp傳感器電極2安裝在底座5上，底座5與高壓電極1之間安裝有玻璃套管7，fp傳感器電極2上開設(shè)有軸心階梯孔，微調(diào)器4安裝在軸心階梯孔的下部，fp傳感單元3粘結(jié)在微調(diào)器4端面中心處，fp傳感單元3位于軸心階梯孔的上部；

pf傳感單元3包括硅片9、硅片基座10和光纖6，硅片基座10內(nèi)部具有中空的法珀腔8，其上表面中心處設(shè)置有硅片9，光纖6依次穿過底座5和微調(diào)器4的中心通孔進(jìn)入硅片基座10的法珀腔8。

具體地，fp傳感單元3為正方形結(jié)構(gòu)，利用mems技術(shù)加工的蛇形梁的硅片9和硅片基座10經(jīng)鍵合制得，其主體正方形邊長d為2.44-6.1mm，厚度e為500μm。

具體地，硅片9主體是正方形結(jié)構(gòu)，四周具有蛇形結(jié)構(gòu)的外沿11，該結(jié)構(gòu)能夠增加膜片的響應(yīng)靈敏度，硅片10主體正方形邊長a為0.5-2mm，蛇形結(jié)構(gòu)外沿11固端梁的寬度b為10-100μm，梁間縫隙c寬度為5-30μm，硅片9整體邊長l為1-2.5mm，硅片9厚度h可為10-100μm。

具體地，高壓電極1和fp傳感器電極2的間距為5mm。

具體地，還包括絕緣傘裙10，絕緣傘裙10套裝在交流高電壓傳感器的頂面及側(cè)面，防止光纖電壓傳感器在使用過程中，外壁發(fā)生閃絡(luò)放電。

傳感器的主體fp傳感器電極2用鋁作為主體材料，具體的制備過程如下：

(1)首先設(shè)計與加工出fp電極的主體結(jié)構(gòu)(尺寸單位為mm)，如圖2所示；

(2)利用半導(dǎo)體電膠將fp傳感單元粘貼在微調(diào)器端面中心，fp傳感單元邊長為2.44-6.1mm、厚度均為500μm，故車床打孔時預(yù)留0.5mm厚度以便保證裝配精度；

(3)利用機(jī)床對fp電極的工作端面進(jìn)行精加工和倒角處理，加工時倒角半徑為5mm。

一種新型膜片結(jié)構(gòu)的交流高電壓測量方法為：當(dāng)寬帶光源輸出的光經(jīng)光纖后，在光纖的端面和硅片底面產(chǎn)生反射，反射回來的多束光形成干涉。當(dāng)在高壓電極施加電壓時，硅片與高壓電極之間產(chǎn)生均勻電場，在電場力作用下法珀腔靠近高壓側(cè)的硅片產(chǎn)生微小形變，從而改變傳感器fp腔的腔長。使得fp傳感器的輸出光譜波長發(fā)生偏移，通過邊帶解調(diào)法獲得高壓電極上的電壓信號，從而實現(xiàn)電壓的靜電測量。

本發(fā)明的可測的量程范圍為1kv-10kv，從圖8中可以得出，在1kv-3kv時準(zhǔn)確度要優(yōu)于0.557％，靈敏度優(yōu)于0.231，在3kv-6kv時準(zhǔn)確度要優(yōu)于0.252％，靈敏度優(yōu)于0.135，在6kv-10kv時準(zhǔn)確度要優(yōu)于0.238％，靈敏度優(yōu)于0.062。上述準(zhǔn)確度和靈敏度均高于傳統(tǒng)膜片結(jié)構(gòu)的光纖法-珀高電壓傳感器的性能。

以上實施例只是對本專利的示例性說明，并不限定它的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對其局部進(jìn)行改變，只要沒有超出本專利的精神實質(zhì)，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)。