CN105954697A - 一种脉冲电流传感器的宽频带精密标定方法和装置 - Google Patents

一种脉冲电流传感器的宽频带精密标定方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于仪器校准技术领域的一种脉冲电流传感器的宽频带精密标定方法和装置，标定装置包括由标准电压信号源，标定装置，同轴衰减器，50Ω的示波器和50Ω同轴电缆组成；具体步骤为：安装待标定脉冲电流传感器至标定装置内，连接系统，标定装置谐振补偿，待标定传感器灵敏度和线性工作范围标定，待标定传感器工作频带标定。本发明能够显著提高标定系统的工作带宽，改善脉冲响应特性，在较宽频带范围内对局部放电脉冲电流传感器进行精密标定，给出工作频带宽度、灵敏度，线性工作范围等。提高局部放电测量用脉冲电流传感器的准确性和一致性。该装置同样适用于其他应用场合下的脉冲电流传感器的精密标定。

Description

一种脉冲电流传感器的宽频带精密标定方法和装置
技术领域
本发明属于仪器校准技术领域,特别涉及一种脉冲电流传感器的宽频带精密标定方法和装置，特别是用于电气设备局部放电的在线监测领域的脉冲电流传感器精密标定。
背景技术
脉冲电流测量法是电气设备局部放电在线监测和带电检测的重要方法之一。目前，脉冲电流法主要依靠基于磁场耦合原理的脉冲电流传感器来实现测量。局部放电脉冲电流信号呈现信号幅值小，脉冲上升时间极短，脉冲宽度较短等特点。
一般应用中，需要通过特定的标定方法获取脉冲电流传感器工作带宽、灵敏度和线性工作范围等参数。脉冲电流传感器标定回路的杂散电容和杂散电感会显著影响标定装置的频带宽度，造成标定源信号谐振失真，脉冲响应特性下降，给出不准确的标定结果。现有技术中尚没有专门用于精密标定脉冲电流传感器的方法和装置，特别是能够适用于不同规格电流传感器的一致化精密标定方法和装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲电流传感器的宽频带精密标定方法和装置，其特征在于，所述宽频带精密标定装置由标准电压信号源1，标定装置2，同轴衰减器3，入口阻抗为50Ω的示波器4组成，各部分之间用50Ω同轴电缆5串联；其中，标定装置为中心电流导杆2.3的两头各穿过固定盘2.1的中心孔，并用紧固螺母2.5固定，BNC接头2.4紧固在中心电流导杆2.3两端；在固定盘2.1上，以中心孔为中心，呈辐射状开有8个调节滑道2.6，导电连杆2.2两头分别插入两个固定盘2.1上的调节滑道2.6内，两头分别用紧固螺母2.5固定组成。
所述导电连杆呈45°圆周角在固定盘2.1上均匀等间隔分布，即8个调节滑道2.6均匀等间隔分布，且导电连杆2.2距离中心电流导杆2.3的距离通过调节滑道2.6进行调节。
所述两个固定盘保持平行，其间距由导电连杆2.2和中心电流导杆2.3长度确定。
所述固定盘的间距通过选用不同长度的导电连杆2.2和中心电流导杆2.3进行调节，以控制系统的杂散电容和杂散电感，保证装置的脉冲响应特性和宽频带特性。
所述中心电流导杆一端的BNC接头用于连接同轴电缆5输入信号，另一端的BNC接头用于连接同轴衰减器3。
所述固定盘、中心电流导杆、导电连杆和紧固螺母均由纯铜材料制成；BNC接头使用军规高性能产品。
一种脉冲电流传感器的宽频带精密标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，首先将待标定脉冲电流传感器安装在标定装置2内部；
步骤2，将标准电压信号源1输出的电压信号经50Ω同轴电缆5注入标定装置2的一端，信号经标定装置2另一端BNC接头传输至同轴衰减器3，再经50Ω同轴电缆5传输至入口阻抗为50Ω的示波器4，观察信号的幅值；并入地形成校正电流信号，最终以电压信号的形式被示波器观测和记录；
步骤3，用入口阻抗为50Ω的示波器4同时测量待标定脉冲电流传感器的输出电压信号，根据待标定传感器的频带范围，固定标准电压信号源1的正弦电压信号输出幅值不变，通过调节电压源信号的大小和频率，能够获取被标定传感器的频带宽度、灵敏度和线性工作范围；
步骤4，根据待标定传感器的工作频带，固定标准电压信号源1的输出幅值，连续调节标准电压信号的频率，观察示波器测得的信号在该频段范围内是否存在信号谐振现象；如果发生谐振，放松紧固螺母2.5，同时调整导电连杆2.2距离中心电流导杆2.3的位置，直至信号谐振现象减弱或消失；
步骤5，待标定传感器灵敏度和线性工作范围标定，选取合适频率的正弦信号输出VS，逐渐增大VS的幅值，利用示波器同时测量标定源信号VS的幅值和待标定传感器的输出信号VO的幅值；
步骤6，待标定传感器工作频带标定，在待标定传感器的线性工作范围内选取幅值为VS的正弦信号输出，逐渐增大VS的频率，利用示波器同时测量待标定传感器的输出信号VO的幅值和频率；逐点描绘待标定脉冲电流传感器的幅频响应曲线，按照3dB带宽准则确定待标定传感器的工作频带。
本发明的有益效果是利用示波器入口50Ω精密无感电阻将电压信号源转化为精密标定电流，减小了系统回路的电磁谐振对标定电流的影响，提高了宽频带范围内的标定准确性和可靠性。应用所述发明标定方法和装置，可以实现不同结构传感器的一致化精密标定，考核脉冲电流传感器在电气设备局部放电检测中的灵敏度和准确性。该方法和装置同样适用于其他应用场合下的磁场耦合式脉冲电流传感器的精密标定。
附图说明
图1为脉冲电流传感器的宽频带精密标定的流程图。
图2为标定装置结构框图。
图3为标定装置前视半剖结构图。
图4为所述标定装置顶视图。
具体实施方式
本发明提供一种脉冲电流传感器的宽频带精密标定方法和装置，下面结合附图和实例进一步说明。
如图2、图3、图4所示标定装置的结构图。所述宽频带精密标定装置由标准电压信号源1，标定装置2，同轴衰减器3，入口阻抗为50Ω的示波器4等组成，各部分之间用50Ω同轴电缆5串联；其中，标定装置由在两个固定盘2.1中心孔内用紧固螺母2.5固定中心电流导杆2.3，BNC接头2.4紧固在中心电流导杆2.3两端；中心电流导杆一端的BNC接头用于连接同轴电缆5输入信号，另一端的BNC接头用于连接同轴衰减器3。在固定盘2.1上，以中心孔为中心，呈辐射状布置开有8个调节滑道2.6，导电连杆2.2两头分别插入两个固定盘2.1上的调节滑道2.6内，两头分别用紧固螺母2.5固定组成。其中，导电连杆2.2呈45°圆周角在固定盘2.1上均匀等间隔分布，即8个调节滑道2.6均匀等间隔分布，且导电连杆2.2距离中心电流导杆2.3的距离通过调节滑道2.6进行调节。
所述两个固定盘保持平行，其间距由导电连杆2.2和中心电流导杆2.3长度确定。固定盘的间距通过选用不同长度的导电连杆2.2和中心电流导杆2.3进行调节，以控制系统的杂散电容和杂散电感，保证装置的脉冲响应特性和宽频带特性。
所述固定盘、中心电流导杆、导电连杆和紧固螺母均由纯铜材料制成；BNC接头使用军规高性能产品。
如图1所示脉冲电流传感器的宽频带精密标定的流程图，包括如下步骤：
步骤S10，首先将待标定脉冲电流传感器安装在标定装置2内部；
步骤S20，将标准电压信号源1输出的电压信号经50Ω同轴电缆5注入标定装置2的一端，信号经标定装置2另一端BNC接头传输至同轴衰减器3，再经50Ω同轴电缆5传输至入口处的阻抗(50Ω精密无感电阻)为50Ω的示波器4，电流信号经标准电压信号源1、标定装置2、同轴衰减器3、示波器4和50Ω同轴电缆5形成闭合回路；从示波器4观察信号的幅值幅值VL并入地形成校正电流信号，最终以电压信号的形式被示波器观测和记录。
步骤S30，用入口阻抗为50Ω的示波器4同时测量待标定脉冲电流传感器的输出电压信号，根据待标定传感器的频带范围，固定标准电压信号源1的正弦电压信号输出幅值不变，通过调节电压源信号的大小和频率，能够获取被标定传感器的频带宽度、灵敏度和线性工作范围；
步骤S40，根据待标定传感器的工作频带，固定标准电压信号源1的输出幅值，连续调节标准电压信号的频率，观察示波器测得的信号在该频段范围内是否存在信号谐振现象。如果发生谐振，放松紧固螺母2.5，同时调整导电连杆2.2距离中心电流导杆2.3的位置，直至信号谐振现象减弱或消失；
步骤S50，待标定传感器灵敏度和线性工作范围标定，选取合适频率的正弦信号输出VS，逐渐增大VS的幅值，利用示波器同时测量标定源信号VS的幅值和待标定传感器的输出信号VO的幅值；本发明中，系统阻性负载为示波器入口精密无感电阻，因此正弦信号VS激励下对应的回路电流IS可以视为通过示波器记录的待标定传感器的最小响应和线性工作范围均用回路电流进行表征，即灵敏度(mV/mA)，线性工作范围(mA)；
步骤S60，待标定传感器工作频带标定，在待标定传感器的线性工作范围内选取幅值为VS的正弦信号输出，逐渐增大VS的频率，利用示波器同时测量待标定传感器的输出信号VO的幅值和频率；逐点描绘待标定脉冲电流传感器的幅频响应曲线，按照3dB带宽准则确定待标定传感器的工作频带。
上述局部放电脉冲电流传感器的宽频带精密标定方法和装置，利用标准电压信号源(1)产生标定源电压信号，通过同轴结构的标定装置(2)固定待标定传感器，利用同轴衰减器(3)限制信号强度保护示波器，利用入口阻抗为50Ω的示波器(4)进行标定回路和传感器输出的同步测量。其中，巧妙利用示波器入口处的精密无感电阻将标定源电压信号转化为回路电流信号。
该方法和装置中，通过调节标定装置(2)消除谐振，且电气回路均为同轴电缆连接，有效保证了标定系统的脉冲响应特性和宽频带特性，能够在较宽频带范围内对脉冲电流传感器进行标定，考核不同规格传感器的标定一致性和准确性。

Claims (7)

1.一种脉冲电流传感器的宽频带精密标定装置，其特征在于，所述宽频带精密标定装置由装置由标准电压信号源(1)，标定装置(2)，同轴衰减器(3)，入口阻抗为50Ω的示波器(4)组成，各部分之间用50Ω同轴电缆(5)串联；其中，标定装置由中心电流导杆(2.3)的两头穿过固定盘(2.1)中心孔后用紧固螺母(2.5)固定；BNC接头(2.4)紧固在中心电流导杆(2.3)两端；在固定盘(2.1)上，以中心孔为中心，呈辐射状布置开有8个调节滑道(2.6)，导电连杆(2.2)两头分别插入两个固定盘(2.1)上的调节滑道(2.6)内，两头分别用紧固螺母(2.5)固定组成。
2.根据权利要求1所述脉冲电流传感器的宽频带精密标定装置，其特征在于，所述导电连杆呈45°圆周角在固定盘(2.1)上均匀等间隔分布，即8个调节滑道(2.6)均匀等间隔分布，且导电连杆(2.2)距离中心电流导杆(2.3)的距离通过调节滑道(2.6)进行调节。
3.根据权利要求1所述脉冲电流传感器的宽频带精密标定装置，其特征在于，所述两个固定盘保持平行，其间距由导电连杆(2.2)和中心电流导杆(2.3)长度确定。
4.根据权利要求1所述脉冲电流传感器的宽频带精密标定装置，其特征在于，所述固定盘的间距通过选用不同长度的导电连杆(2.2)和中心电流导杆(2.3)进行调节，以控制系统的杂散电容和杂散电感，保证装置的脉冲响应特性和宽频带特性。
5.根据权利要求1所述脉冲电流传感器的宽频带精密标定装置，其特征在于，所述中心电流导杆一端的BNC接头用于连接同轴电缆(5)输入信号，另一端的BNC接头用于连接同轴衰减器(3)。
6.根据权利要求1所述脉冲电流传感器的宽频带精密标定装置，其特征在于，所述固定盘、中心电流导杆、导电连杆和紧固螺母均由纯铜材料制成；BNC接头使用军规高性能产品。
7.一种脉冲电流传感器的宽频带精密标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，首先将待标定脉冲电流传感器安装在标定装置(2)内部；
步骤2，将标准电压信号源(1)输出的电压信号经50Ω同轴电缆(5)注入标定装置(2)的一端，信号经标定装置(2)另一端BNC接头传输至同轴衰减器(3)，再经50Ω同轴电缆(5)传输至入口阻抗为50Ω的示波器(4)，观察信号的幅值；并入地形成校正电流信号，最终以电压信号的形式被示波器观测和记录；
步骤3，用入口阻抗为50Ω的示波器4同时测量待标定脉冲电流传感器的输出电压信号，根据待标定传感器的频带范围，固定标准电压信号源(1)的正弦电压信号输出幅值不变，通过调节电压源信号的大小和频率，能够获取被标定传感器的频带宽度、灵敏度和线性工作范围；
步骤4，根据待标定传感器的工作频带，固定标准电压信号源1的输出幅值，连续调节标准电压信号的频率，观察示波器测得的信号在该频段范围内是否存在信号谐振现象，如果发生谐振，放松紧固螺母(2.5)，同时调整导电连杆(2.2)距离中心电流导杆(2.3)的位置，直至信号谐振现象减弱或消失；
步骤5，待标定传感器灵敏度和线性工作范围标定，选取合适频率的正弦信号输出VS，逐渐增大VS的幅值，利用示波器同时测量标定源信号VS的幅值和待标定传感器的输出信号VO的幅值；
步骤6，待标定传感器工作频带标定，在待标定传感器的线性工作范围内选取幅值为VS的正弦信号输出，逐渐增大VS的频率，利用示波器同时测量待标定传感器的输出信号VO的幅值和频率；逐点描绘待标定脉冲电流传感器的幅频响应曲线，按照3dB带宽准则确定待标定传感器的工作频带。
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