CN106249185B - 用于标定高频电流传感器的阻抗匹配单元、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于标定高频电流传感器的阻抗匹配单元、系统和方法。其中，该阻抗匹配单元为由特征阻抗为50欧姆的射频同轴线构成的传输线结构，高频电流传感器安装在阻抗匹配单元内部中心位置，传输线结构包括：射频同轴输入端和射频同轴输出端，其中，传输线结构内部有一芯线贯穿射频同轴输入端和射频同轴输出端；外壳，外壳由射频同轴输入端、射频同轴输出端向中间过渡，构成锥形过渡结构。本发明解决了相关技术中高频电流传感器性能检测方法在高频区间的标定结果因为阻抗匹配和带宽不足等原因存在着较大失真，造成无法真实反映高频电流传感器的宽频特性的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体而言，涉及一种用于标定高频电流传感器的阻抗匹配单元、系统和方法。
背景技术
局部放电是绝缘介质中由于局部缺陷而造成的非贯穿性放电现象，高压电力设备在制造和运行过程中产生的局部缺陷(如气泡、裂缝、悬浮金属颗粒和电极毛刺等)会导致电气设备在一定运行状态下发生局部放电故障。局部放电是变压器、电缆等电气设备长期运行中绝缘裂化的一个重要征兆。如果设备局部放电故障一直未被发现和处理最终可能导致电气设备发生灾难性的故障。局部放电检测能有效的反映高压电气设备内部的绝缘故障，尤其是对突发性故障的早期发现比介损测量和色谱分析以及气体分析等方法有效得多。
高频电流法检测的优点是灵敏度高、频带宽，能够较全面的反映局部放电信号的特征，并借助时频分析手段可以实现较好的多源放电的聚类分离和干扰辨识。目前电力部门正在致力于各种状态检测方法的标准化建设工作，其中高频电流局部放电检测系统性能的量化考核是其中的重要内容。高频电流传感器性能的检测目前尚且缺乏统一有效的手段，已有的高频电流传感器性能检测方法在高频区间的标定结果因为阻抗匹配和带宽不足等原因，存在着较大失真，不能真实的反映高频电流传感器的宽频特性。
针对相关技术中高频电流传感器性能检测方法在高频区间的标定结果因为阻抗匹配和带宽不足等原因存在着较大失真，造成无法真实反映高频电流传感器的宽频特性的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于标定高频电流传感器的阻抗匹配单元、系统和方法，以至少解决相关技术中高频电流传感器性能检测方法在高频区间的标定结果因为阻抗匹配和带宽不足等原因存在着较大失真，造成无法真实反映高频电流传感器的宽频特性的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种用于标定高频电流传感器的阻抗匹配单元，阻抗匹配单元为由特征阻抗为50欧姆的射频同轴线构成的传输线结构，高频电流传感器安装在阻抗匹配单元内部中心位置，传输线结构包括：射频同轴输入端和射频同轴输出端，其中，传输线结构内部有一芯线贯穿射频同轴输入端和射频同轴输出端；外壳，外壳由射频同轴输入端、射频同轴输出端向中间过渡，构成锥形过渡结构。
进一步地，阻抗匹配单元呈上下对称结构和/或左右对称结构。
进一步地，外壳和芯线的阻抗总和为50欧姆。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种用于标定高频电流传感器的系统，包括本发明实施例中的任意一种阻抗匹配单元。
进一步地，系统还包括：信号发生器，与阻抗匹配单元的输入端相连接，用于产生标定信号，其中，标定信号用于标定高频电流传感器；示波器，分别与信号发生器的输出端和阻抗匹配单元的输出端相连接，用于采集并显示信号发生器输出的激励电压、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流。
进一步地，系统还包括：处理器，与示波器相连接，用于根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流分析高频电流传感器的传输阻抗特性。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种用于标定高频电流传感器的方法，包括：获取示波器采集的信号，其中，示波器第一通道采集信号发生器输出的激励电压信号，示波器第二通道采集阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号，示波器第三通道采集阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号；以及根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压信号、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析高频电流传感器的传输阻抗特性。
进一步地，根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压信号、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析高频电流传感器的传输阻抗特性包括：比较信号发生器输出的激励电压信号和阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号，分析高频电流传感器与阻抗匹配单元是否匹配。
进一步地，根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压信号、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析高频电流传感器的传输阻抗特性包括：在阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号为脉冲信号，且信噪比大于预定阈值时，确定高频电流传感器的灵敏度满足预定要求。
进一步地，根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压信号、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析高频电流传感器的传输阻抗特性包括：根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压信号、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号确定高频电流传感器的频率响应特性曲线；比较高频电流传感器的频率响应特性曲线与标准高频电流传感器的频率响应特性曲线，检测高频电流传感器的频率特性。
在本发明实施例中，阻抗匹配单元为由特征阻抗为50欧姆的射频同轴线构成的传输线结构，高频电流传感器安装在阻抗匹配单元内部中心位置，传输线结构包括：射频同轴输入端和射频同轴输出端，其中，传输线结构内部有一芯线贯穿射频同轴输入端和射频同轴输出端；外壳，外壳由射频同轴输入端、射频同轴输出端向中间过渡，构成锥形过渡结构。通过本发明实施例解决了相关技术中高频电流传感器性能检测方法在高频区间的标定结果因为阻抗匹配和带宽不足等原因存在着较大失真，造成无法真实反映高频电流传感器的宽频特性的技术问题，进而达到了提高标定高频电流传感器的宽频特性的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种用于标定高频电流传感器的阻抗匹配单元的示意图；
图2是根据本发明实施例的一种用于标定高频电流传感器的系统的示意图；以及
图3是根据本发明实施例的用于标定高频电流传感器的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例，提供了一种用于标定高频电流传感器的阻抗匹配单元的实施例，图1是根据本发明实施例的一种用于标定高频电流传感器的阻抗匹配单元的示意图，如图1所示，阻抗匹配单元可以为由特征阻抗为50欧姆的射频同轴线构成的传输线结构，高频电流传感器可以安装在阻抗匹配单元内部中心位置。其中，如图1所示，传输线结构可以包括：射频同轴输入端和射频同轴输出端，其中，传输线结构内部有一芯线贯穿射频同轴输入端和射频同轴输出端；外壳，外壳可以由射频同轴输入端、射频同轴输出端向中间过渡，构成锥形过渡结构。需要说明的是，外壳和芯线的阻抗总和为50欧姆。可选地，该实施例中阻抗匹配单元可以呈上下对称结构和/或左右对称结构。
在本发明实施例提供的用于标定高频电流传感器的阻抗匹配单元的基础上，本发明还提供了一种用于标定高频电流传感器的系统，图2是根据本发明实施例的一种用于标定高频电流传感器的系统的示意图，如图2所示，该系统可以包括：信号发生器10、阻抗匹配单元20、示波器30以及处理器40，其中，阻抗匹配单元20可以为本发明实施例中所提到的任意一种阻抗匹配单元，对于信号发生器、阻抗匹配单元、示波器以及处理器的具体介绍如下：
信号发生器10，与阻抗匹配单元20的输入端相连接，用于产生标定信号，其中，标定信号用于标定高频电流传感器，高频电流传感器可以安装在阻抗匹配单元20中。信号发生器10档位可选，输出范围可以为50MHz-300MHz。信号发生器10输出的标定信号通过高频同轴馈线连接一特征阻抗为50欧姆的射频功率分配器，将标定信号分为两路输出，其中一路用高频同轴线连接示波器30，用以观测标定信号源输出；另一路用高频同轴线连接至高频电流传感器标定用宽频阻抗匹配单元20，此处同轴传输线的特征阻抗均为50欧姆。
阻抗匹配单元20可以为本发明实施例中所提到的任意一种阻抗匹配单元，该阻抗匹配单元20可以用于安装被标定的高频电流传感器，该阻抗匹配单元20可以是由特征阻抗为50欧姆的射频同轴线变形而成的传输线结构，如图1所示，待标定的高频电流传感器卡装在该阻抗匹配单元20的中部，该阻抗匹配单元20的芯线与外壳的尺寸满足特征阻抗为50欧姆，外壳的尺寸由输入、输出端子向中心过渡，构成锥形过渡结构，满足宽频匹配要求，该阻抗匹配单元20输出端可以通过射频同轴电缆接至输入阻抗为50欧姆的数字示波器30，以采集信号源输出的电压/电流波形。
示波器30可以分别与信号发生器10的输出端和阻抗匹配单元20的输出端相连接，用于采集并显示信号发生器10输出的激励电压、阻抗匹配单元20内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压、阻抗匹配单元20输出端通道同轴电缆上的激励电流。示波器30可以为数字示波器，其模拟带宽可以大于等于200MHz，采样率可以为500MHz—2GHz可调。示波器30可以用以连接和采集标定信号源输出的激励电压、传输线上的激励电流、传感器响应电压，并将其均上传至处理器40，以供处理器40中的分析软件进行分析。
处理器40可以与示波器30相连接，用于根据示波器30采集到的信号发生器10输出的激励电压、阻抗匹配单元20内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压、阻抗匹配单元20输出端通道同轴电缆上的激励电流分析高频电流传感器的传输阻抗特性。处理器40可以是计算机等设备，处理器40中可以安装有分析软件用以分析计算被标定的高频电流传感器的传输阻抗特性。
本发明提供的用于标定高频电流传感器的阻抗匹配单元及以此为基础构建的系统，其中，匹配单元通过对50欧姆射频同轴线的变形设计，形成了宽频带阻抗匹配的传输线结构，实现了待标定高频电流传感器的方便安装、屏蔽外部干扰，从而确保了在100MHz频带内对高频电流传感器的传输阻抗特性的准确测量。
根据本发明实施例，提供了一种用于标定高频电流传感器的方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。还需要说明的是，本发明实施例中的方法可以在如图2所示的系统中执行。
图3是根据本发明实施例的用于标定高频电流传感器的方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，获取示波器采集的信号，其中，示波器第一通道采集信号发生器输出的激励电压信号，示波器第二通道采集阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号，示波器第三通道采集阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号；
步骤S104，根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压信号、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析高频电流传感器的传输阻抗特性。
通过上述步骤，可以解决相关技术中高频电流传感器性能检测方法在高频区间的标定结果因为阻抗匹配和带宽不足等原因存在着较大失真，造成无法真实反映高频电流传感器的宽频特性的技术问题，进而达到提高标定高频电流传感器的宽频特性的技术效果。
作为一种可选的实施例，步骤S104根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压信号、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析高频电流传感器的传输阻抗特性可以包括：比较信号发生器输出的激励电压信号和阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号，分析高频电流传感器与阻抗匹配单元是否匹配，其中，当两者的信号波形相同或者相似时，可以确定高频电流传感器与阻抗匹配单元匹配。
作为一种可选的实施例，步骤S104根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压信号、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析高频电流传感器的传输阻抗特性可以包括：在阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号为脉冲信号，且信噪比大于预定阈值时，确定高频电流传感器的灵敏度满足预定要求。其中，预定阈值可以根据实际需求确定，例如2。当阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号中能够明显分辨出脉冲信号，且检测信噪比大于等于2时，可以确定高频电流传感器满足灵敏度要求。
作为一种可选的实施例，步骤S104根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压信号、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析高频电流传感器的传输阻抗特性可以包括：根据示波器采集到的信号发生器输出的激励电压信号、阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号确定高频电流传感器的频率响应特性曲线；比较高频电流传感器的频率响应特性曲线与标准高频电流传感器的频率响应特性曲线，检测高频电流传感器的频率特性。需要说明的是，比较高频电流传感器的频率响应特性曲线与标准高频电流传感器的频率响应特性曲线的标准可以根据实际需求进行设定，例如该标准可以为在15MHz带宽内最大差异点不超过3dB。
本发明上述实施例中所设计的用于标定高频电流传感器的方法在实际应用中的具体步骤可以描述为：
1、信号发生器由小到大输出标定电压信号，经同轴传输线及匹配单元在传输线的芯线上产生激励电流，再次通过同轴传输线接至示波器的输入通道上(如通道1)，激励电流在示波器的输入阻抗上转换为电压信号形式并进行数字化采集；
2、待检验的高频电流传感器卡装在阻抗匹配单元中部，高频电流传感器输出到示波器的另一采集通道上(如通道2)；
3、阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆接到示波器的第三路通道上(如通道3)；通过比较示波器通道1和通道3的波形，可以判断硬件是否匹配；
4、示波器设置为触发源为通道1，设置合理的时间轴、纵轴刻度和触发电平并使示波器触发采集，通道1采集的信号序列为x(n)，对应通道2采集的信号序列为y(n)；
5、如果y(n)中能够明显分辨出脉冲信号，且检测信噪比≥2，则表明高频电流传感器满足灵敏度要求；
6、将测量数据上报给处理器，调用频响计算程序即可得到高频电流传感器的频率响应特性曲线：
根据该频率响应特性曲线与标准高频电流传感器频率响应特性曲线相比，可以检验高频电流传感器的频率特性是否合格以及是否具有一致性，判别标准可以为在15MHz带宽内最大差异点不超过3dB。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于标定高频电流传感器的系统，其特征在于，阻抗匹配单元，示波器，处理器；其中，所述示波器，分别与信号发生器的输出端和所述阻抗匹配单元的输出端相连接，用于采集并显示所述信号发生器输出的激励电压、所述阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压、所述阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流；所述处理器，与所述示波器相连接，用于根据示波器采集到的所述信号发生器输出的激励电压、所述阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压、所述阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流分析所述高频电流传感器的传输阻抗特性。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
信号发生器，与所述阻抗匹配单元的输入端相连接，用于产生标定信号，其中，所述标定信号用于标定高频电流传感器。
3.一种用于标定高频电流传感器的方法，其特征在于，包括：
获取示波器采集的信号，其中，所述示波器第一通道采集信号发生器输出的激励电压信号，所述示波器第二通道采集阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号，所述示波器第三通道采集所述阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号；以及
根据示波器采集到的所述信号发生器输出的激励电压信号、所述阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、所述阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析所述高频电流传感器的传输阻抗特性。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据示波器采集到的所述信号发生器输出的激励电压信号、所述阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、所述阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析所述高频电流传感器的传输阻抗特性包括：
比较所述信号发生器输出的激励电压信号和所述阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号，分析所述高频电流传感器与所述阻抗匹配单元是否匹配。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据示波器采集到的所述信号发生器输出的激励电压信号、所述阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、所述阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析所述高频电流传感器的传输阻抗特性包括：
在所述阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号为脉冲信号，且信噪比大于预定阈值时，确定所述高频电流传感器的灵敏度满足预定要求。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据示波器采集到的所述信号发生器输出的激励电压信号、所述阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号、所述阻抗匹配单元输出端通道同轴电缆上的激励电流信号分析所述高频电流传感器的传输阻抗特性包括：
根据示波器采集到的所述信号发生器输出的激励电压信号、所述阻抗匹配单元内部中心位置安装的高频电流传感器的输出电压信号确定所述高频电流传感器的频率响应特性曲线；
比较所述高频电流传感器的频率响应特性曲线与标准高频电流传感器的频率响应特性曲线，检测所述高频电流传感器的频率特性。
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