CN108375749A - 一种特高频局放仪自动校准系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特高频局放仪自动校准系统及方法，所述系统包括校准信号发生器、UHF局放传感器和被校准的特高频局放仪，特高频局放仪连接UHF局放传感器，所述校准信号发生器的高频信号输出连接至一个GTEM小室的信号输入同轴接头，UHF局放传感器放置在GTEM小室中央，在GTEM小室中央设置有一个场强探头，场强探头连接一个在GTEM小室外设置的示波器，示波器的输出信号连接一个控制器，控制器连接控制校准信号发生器。本发明对特高频局放仪校准进行硬件部分的实时控制、数据采集与处理显示。该系统可靠性高，能够做到实时测量，提高校准工作效率，为特高频局放仪自动校准提高提供了一种可行方法，校准精度高，控制方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种特高频局放仪自动校准系统及方法，是基于C#平台的实时控制、数据采集与处理显示的特高频局放仪自动校准系统及方法。
背景技术
对于实验室条件下的特高频局放仪使用特高频传感器校准，国内外尚没有统一的评价标准，也没有一种广泛认可的性能测试方法。目前应用较多的是将传感器直接放置在安装了各类局部放电缺陷的变压器或者GIS模型上进行特高频局放仪的检测有效性评价，包括信噪比，灵敏度和增益等，但局部放电缺陷模型自身固有的差异化导致测试结果分散性较大。英国DMA公司通过向GTEM小室注入标准脉冲信号，并将从传感器接收到的脉冲信号进行傅里叶分解的方法来测试传感器的等效高度，但由于脉冲信号经过傅里叶分解后特高频信号频段能量较弱，特别在500 MHz以上的信号强度不足，在背景噪声的影响下会导致输出/输入系统传递函数自身引起的测量误差偏大，难以满足试验检测对准确性和可复现性的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特高频局放仪自动校准系统及方法，。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种特高频局放仪自动校准系统，包括校准信号发生器和被校准的特高频局放仪，特高频局放仪包括有一个UHF局放传感器，其中，所述校准信号发生器的高频信号输出连接至一个GTEM小室的信号输入同轴接头， UHF局放传感器放置在GTEM小室中央，在GTEM小室中央设置有一个场强探头，场强探头连接一个在GTEM小室外设置的示波器，示波器的输出信号连接一个控制器，控制器连接控制校准信号发生器。
方案进一步是：所述GTEM小室有效测试区域不小于60cm×60cm×30cm，场强探头直径不大于6cm。
一种特高频局放仪自动校准方法，是基于特高频局放仪自动校准系统的自动校准方法，所述系统包括校准信号发生器和被校准的特高频局放仪，特高频局放仪包括有一个UHF局放传感器，所述校准信号发生器的高频信号输出连接至一个GTEM小室的信号输入同轴接头，UHF局放传感器放置在GTEM小室中央，在GTEM小室中央设置有一个场强探头，场强探头连接一个在GTEM小室外设置的示波器，示波器的输出信号连接一个控制器，控制器连接控制校准信号发生器控制发出高频信号，特高频局放仪根据测得的高频信号分别进行灵敏度测试、线性度误差测试、稳定性测试；其特征在于，所述控制器设置有一个控制界面，从控制界面选择进入特高频局放仪的灵敏度测试控制流程、线性度误差测试控制流程、稳定性测试控制流程；
所述灵敏度测试控制流程是：
a.通过校准信号发生器向GTEM小室发送一个带有电压幅值输出的标准高频信号，控制器由场强探头接收标准高频信号在GTEM小室引起的电场强度，控制器将接收的电场强度与校准信号发生器发出信号进行比较稳定GTEM小室电场强度；
b. 在GTEM小室电场强度稳定之后，观察确定UHF局放传感器传到特高频局放仪的电压信号，当确定检测到信号后，启动校准信号发生器输出自动增强功能，并通过示波器开始记录从场强探头侧得的GTEM小室电场强度幅值变化，所述自动增强功能是根据设置每次电压幅值增大的阶梯及间隔时间输出增大电场强度，直到特高频局放仪检测不到该信号，此时的电场强度为特高频局放仪的检测灵敏度；
所述线性度误差测试控制流程是：
a.通过校准信号发生器向GTEM小室发送一个带有电压幅值输出的标准高频信号，控制器由场强探头接收标准高频信号在GTEM小室引起的电场强度，控制器将接收的电场强度与校准信号发生器发出信号进行比较稳定GTEM小室电场强度；
b.在GTEM小室电场强度稳定之后，控制校准信号发生器在UHF传感器频率测试范围内产生不同频率的标准正弦信号，通过示波器记录GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化，取预先通过控制界面输入的多个频率点对标准正弦信号与校准信号发生器产生不同频率的标准正弦信号比较进行电场强度幅值校准，特高频局放仪通过UHF局放传感器侧量校准后的所述标准正弦信号，将侧得的校准后的所述标准正弦信号与示波器记录的GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化作对比获得所述线性度误差；
所述稳定性测试控制流程是：
a. 通过校准信号发生器向GTEM小室发送一个带有电压幅值输出的标准高频信号，控制器由场强探头接收标准高频信号在GTEM小室引起的电场强度，控制器将接收的电场强度与校准信号发生器发出信号进行比较稳定GTEM小室电场强度；
b.在GTEM小室电场强度稳定之后，特高频局放仪通过UHF局放传感器侧得一个频率数据A；
c. GTEM小室电场强度稳定至少持续4小时后，特高频局放仪通过UHF局放传感器再次侧得一个频率数据B，将频率数据B与频率数据A比较，频率数据B与频率数据A的差值的%比作为变化率为特高频局放仪的稳定性指标。
方案进一步是：所述控制界面通过发送SCPI指令到校准信号发生器实现对校准信号发生器的控制。
方案进一步是：所述控制界面是在windows平台Visual Studio 2012应用程序开发环境下由C﹟进行编程形成的控制界面。
方案进一步是：所述控制界面中生成设置有EXCEL表格， C﹟进行编程中通过SCPI命令将示波器记录GTEM小室电场强度幅值变化实时送入EXCEL表格，所述灵敏度测试控制流程由EXCEL表格获取检测灵敏度数据，所述线性度误差测试控制流程由EXCEL表格制作GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化曲线，所述幅值变化曲线用于与特高频局放仪测量的数据进行比较获得所述线性度误差。
方案进一步是：所述由EXCEL表格获取检测灵敏度数据是通过C﹟中的OLEDB方式调取EXCEL文件内容实现获取检测灵敏度数据，所述制作GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化曲线是通过C﹟中的OLEDB方式调取EXCEL文件数据，而后制作GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化曲线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：对特高频局放仪校准系统进行硬件部分的实时控制、数据采集与处理显示。该系统可靠性高，能够做到实时测量，提高校准工作效率，对特高频局放仪进行准确检测，检测其灵敏度、线性度、稳定性指标。为特高频局放仪自动校准提高提供了一种可行方法，校准精度高，控制方法简单。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种特高频局放仪自动校准系统，参见图1，包括校准信号发生1、UHF局放传感器2和被校准的特高频局放仪3，UHF局放传感器作为特高频局放仪附件与特高频局放仪连接，其中，所述校准信号发生器的高频信号输出连接至一个GTEM小室4的信号输入同轴接头5， UHF局放传感器放置在GTEM小室中央，在GTEM小室中央设置有一个场强探头6，场强探头连接一个在GTEM小室外设置的示波器7，示波器的输出信号连接一个控制器8，控制器连接控制校准信号发生器。其中的UHF局放传感器是已经交准过的参考传感器，校准信号发生器产生频率300MHz～3GHz且最大输出功率达到+18dBm的信号，在经过特高频功率放大器放大后能在对应的场环境中产生不小于10V/m的电场，其同轴接头应具备较高的频率特性。GTEM小室采用球面单椎结构，内侧壁设置吸波材料，吸波材料显著减少了电磁波的反射，当电磁波能量馈入小室时，一个均匀的行波电磁场在模块的某一特定区域内得以建立，并且这个标准场区域能够被校准。采用矢量网络分析仪对此结构GTEM小室进行测试发现其电压驻波比优于1.5，特性阻抗为(50±2)Ω。将被测的UHF局放传感器和场强探头放置在 GTEM 室电场梯度相近的垂直面，环绕UHF局放传感器和场强探头的有效测试区域不小于60cm×60cm×30cm，场均匀性优于±3dB，在测试空间的中心区域场均匀性优于±1dB，测量部分由场强探头和测量模块构成。由于场均匀性越好其有效测试区域越小，故采用直径小于6cm、分辨力较高、对场均匀性干扰小的场强探头，并将被测传感器及探头同时至于此测试区域。
实施例2：
一种特高频局放仪自动校准方法，本实施例是基于实施例1特高频局放仪自动校准系统的自动校准方法，因此实施例1中的内容应被视作本实施例内容，同时本实施例内容也应视作是对实施例1内容的补充，其中：所述系统包括校准信号发生器和被校准的特高频局放仪，特高频局放仪包括有一个UHF局放传感器，所述校准信号发生器的高频信号输出连接至一个GTEM小室的信号输入同轴接头， UHF局放传感器放置在GTEM小室中央，在GTEM小室中央设置有一个场强探头，场强探头连接一个在GTEM小室外设置的示波器，示波器的输出信号连接一个控制器，控制器连接控制校准信号发生器控制发出高频信号，特高频局放仪根据测得的高频信号分别进行灵敏度测试、线性度误差测试、稳定性测试；其特征在于，所述控制器设置有一个控制界面，从控制界面选择进入特高频局放仪的灵敏度测试控制流程、线性度误差测试控制流程、稳定性测试控制流程；
所述灵敏度测试控制流程是：
a.通过校准信号发生器向GTEM小室发送一个带有电压幅值输出的标准高频信号，控制器由场强探头接收标准高频信号在GTEM小室引起的电场强度，控制器将接收的电场强度与校准信号发生器发出信号进行比较稳定GTEM小室电场强度；
b. 在GTEM小室电场强度稳定之后，观察确定UHF局放传感器传到特高频局放仪的电压信号，当确定检测到信号后，启动校准信号发生器输出自动增强功能，并通过示波器开始记录从场强探头侧得的GTEM小室电场强度幅值变化，所述自动增强功能是根据设置每次电压幅值增大的阶梯及间隔时间输出增大电场强度，例如针对1GHz-3GHz的频段可以按照每分钟提高100Mhz的频率阶梯进行测试，直到特高频局放仪检测不到该信号，此时的电场强度为特高频局放仪的检测灵敏度；其中的观察确定UHF局放传感器传到特高频局放仪的电压信号中的观察是目测观察，启动校准信号发生器输出自动增强功能的启动是手动控制启动；
所述线性度误差测试控制流程是：
a.通过校准信号发生器向GTEM小室发送一个带有电压幅值输出的标准高频信号，控制器由场强探头接收标准高频信号在GTEM小室引起的电场强度，控制器将接收的电场强度与校准信号发生器发出信号进行比较稳定GTEM小室电场强度；
b.在GTEM小室电场强度稳定之后，控制校准信号发生器在UHF传感器频率测试范围内产生不同频率的标准正弦信号，通过示波器记录GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化，取预先通过控制界面输入的多个频率点对标准正弦信号与校准信号发生器产生不同频率的标准正弦信号比较进行电场强度幅值校准，特高频局放仪通过UHF局放传感器侧量校准后的所述标准正弦信号，将侧得的校准后的所述标准正弦信号与示波器记录的GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化作对比获得所述线性度误差，其中的线性度测试以电场强度E（V/m）作为变化量；
所述稳定性测试控制流程是：
a. 通过校准信号发生器向GTEM小室发送一个带有电压幅值输出的标准高频信号，控制器由场强探头接收标准高频信号在GTEM小室引起的电场强度，控制器将接收的电场强度与校准信号发生器发出信号进行比较稳定GTEM小室电场强度；
b.在GTEM小室电场强度稳定之后，特高频局放仪通过UHF局放传感器侧得一个频率数据A；
c. GTEM小室电场强度稳定至少持续4小时后，特高频局放仪通过UHF局放传感器再次侧得一个频率数据B，将频率数据B与频率数据A比较，频率数据B与频率数据A的差值的%比作为变化率为特高频局放仪的稳定性指标；其峰值误差变化不能超过10%。
实施例中：所述控制界面通过发送SCPI指令到校准信号发生器实现对校准信号发生器的控制。
实施例中：所述控制界面是在windows平台Visual Studio 2012应用程序开发环境下由C﹟进行编程形成的控制界面。
C﹟编程控制方式经由Visual Studio 2012进行界面变成，在软件中添加NI公司的插件进行通过SCPI指令进行相关模块的实时控制与数据提取，并且根据已经编完的流程步骤进行局放仪和传感器的准确校准。其中：NI插件是加入到VS2012的软件库里面，然后这个插件是一个综合软件包，不受平台、总线和环境的限制，可用来对USB、GPIB、串口、VXI、PXI和以太网系统进行配置、编程和调试。该软件包是虚拟仪器系统I/O接口软件。它提供了简单易用的控制函数集例如SCPI指令，通过网线与上位机连接，然后将SCPI指令发送给仪器。
实施例中：所述控制界面中生成设置有EXCEL表格， C﹟进行编程中通过SCPI命令将示波器记录GTEM小室电场强度幅值变化实时送入EXCEL表格，所述灵敏度测试控制流程由EXCEL表格获取检测灵敏度数据，所述线性度误差测试控制流程由EXCEL表格制作GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化曲线，所述幅值变化曲线用于与特高频局放仪测量的数据进行比较获得所述线性度误差。
其中：控制稳定GTEM小室场强方法如下：首先在C#程序中设置信号发生模块发出某一频率的电压幅值输出，继而由场强探头接受在GTEM小室接受其所转化的电场强度，场强探头储存此时电场强度于设置好的本地EXCEL文件中。通过C﹟程序进行EXCEL数据的获取可以试试获得GTEM的场强数值E。当场强数值变化范围在±1%之内时属于在GTEM小室构建稳态场，当示值超出变化范围，C﹟自动提取此时场强值，根据增减变化对信号发生模块的电压输出幅值进行改变使其在稳定场内变化。
实施例软件控制部分属于C﹟通过发送SCPI命令对仪器进行控制，C﹟插件添加NI的控制插件，通过发送SCPI指令到仪器从而获得对相关模块的控制与数据提取。通过软件预定程序控制与信息反馈形成自动校准测试，能够进行GTEM小室场强稳定控制，C﹟对场强测量所获得的EXCEL的数据读取以及绘图，进行示波器与场强模块测量数据的准确运算。SCPI于1990与IEEE 488.2协议一起面世。这套标准定义了可用于控制一切仪器的语法，命令结构以及数据格式。比如，通用的命令，如配置仪器参数的命令CONFigure，测量命令MEASure等。这些命令可用于任一仪器，并且同一类的命令属于同一子系统里。SCPI同时也定义了若干仪器的种类。比如，任何可控制的电源都会实现DCPSUPPLY基本功能类型。仪器的类别规定了它们会去实现什么样的子系统，当然也包括针对仪器的特定功能。
实施例中：所述由EXCEL表格获取检测灵敏度数据是通过C﹟中的OLEDB方式调取EXCEL文件内容实现获取检测灵敏度数据，所述制作GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化曲线是通过C﹟中的OLEDB方式调取EXCEL文件数据，而后制作GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化曲线。
Claims (7)
1.一种特高频局放仪自动校准系统，包括校准信号发生器和被校准的特高频局放仪，特高频局放仪包括有一个UHF局放传感器，其特征在于，所述校准信号发生器的高频信号输出连接至一个GTEM小室的信号输入同轴接头， UHF局放传感器放置在GTEM小室中央，在GTEM小室中央设置有一个场强探头，场强探头连接一个在GTEM小室外设置的示波器，示波器的输出信号连接一个控制器，控制器连接控制校准信号发生器。
2.根据权利要求1所述的特高频局放仪自动校准系统，其特征在于，所述GTEM小室有效测试区域不小于60cm×60cm×30cm，场强探头直径不大于6cm。
3. 一种特高频局放仪自动校准方法，是基于特高频局放仪自动校准系统的自动校准方法，所述系统包括校准信号发生器和被校准的特高频局放仪，特高频局放仪包括有一个UHF局放传感器，所述校准信号发生器的高频信号输出连接至一个GTEM小室的信号输入同轴接头， UHF局放传感器放置在GTEM小室中央，在GTEM小室中央设置有一个场强探头，场强探头连接一个在GTEM小室外设置的示波器，示波器的输出信号连接一个控制器，控制器连接控制校准信号发生器控制发出高频信号，特高频局放仪根据测得的高频信号分别进行灵敏度测试、线性度误差测试、稳定性测试；其特征在于，所述控制器设置有一个控制界面，从控制界面选择进入特高频局放仪的灵敏度测试控制流程、线性度误差测试控制流程、稳定性测试控制流程；
所述灵敏度测试控制流程是：
a.通过校准信号发生器向GTEM小室发送一个带有电压幅值输出的标准高频信号，控制器由场强探头接收标准高频信号在GTEM小室引起的电场强度，控制器将接收的电场强度与校准信号发生器发出信号进行比较稳定GTEM小室电场强度；
b. 在GTEM小室电场强度稳定之后，观察确定UHF局放传感器传到特高频局放仪的电压信号，当确定检测到信号后，启动校准信号发生器输出自动增强功能，并通过示波器开始记录从场强探头侧得的GTEM小室电场强度幅值变化，所述自动增强功能是根据设置每次电压幅值增大的阶梯及间隔时间输出增大电场强度，直到特高频局放仪检测不到该信号，此时的电场强度为特高频局放仪的检测灵敏度；
所述线性度误差测试控制流程是：
a.通过校准信号发生器向GTEM小室发送一个带有电压幅值输出的标准高频信号，控制器由场强探头接收标准高频信号在GTEM小室引起的电场强度，控制器将接收的电场强度与校准信号发生器发出信号进行比较稳定GTEM小室电场强度；
b.在GTEM小室电场强度稳定之后，控制校准信号发生器在UHF传感器频率测试范围内产生不同频率的标准正弦信号，通过示波器记录GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化，取预先通过控制界面输入的多个频率点对标准正弦信号与校准信号发生器产生不同频率的标准正弦信号比较进行电场强度幅值校准，特高频局放仪通过UHF局放传感器侧量校准后的所述标准正弦信号，将侧得的校准后的所述标准正弦信号与示波器记录的GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化作对比获得所述线性度误差；
所述稳定性测试控制流程是：
a. 通过校准信号发生器向GTEM小室发送一个带有电压幅值输出的标准高频信号，控制器由场强探头接收标准高频信号在GTEM小室引起的电场强度，控制器将接收的电场强度与校准信号发生器发出信号进行比较稳定GTEM小室电场强度；
b.在GTEM小室电场强度稳定之后，特高频局放仪通过UHF局放传感器侧得一个频率数据A；
c. GTEM小室电场强度稳定至少持续4小时后，特高频局放仪通过UHF局放传感器再次侧得一个频率数据B，将频率数据B与频率数据A比较，频率数据B与频率数据A的差值的%比作为变化率为特高频局放仪的稳定性指标。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制界面通过发送SCPI指令到校准信号发生器实现对校准信号发生器的控制。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述控制界面是在windows平台VisualStudio 2012应用程序开发环境下由C﹟进行编程形成的控制界面。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制界面中生成设置有EXCEL表格，C﹟进行编程中通过SCPI命令将示波器记录GTEM小室电场强度幅值变化实时送入EXCEL表格，所述灵敏度测试控制流程由EXCEL表格获取检测灵敏度数据，所述线性度误差测试控制流程由EXCEL表格制作GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化曲线，所述幅值变化曲线用于与特高频局放仪测量的数据进行比较获得所述线性度误差。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述由EXCEL表格获取检测灵敏度数据是通过C﹟中的OLEDB方式调取EXCEL文件内容实现获取检测灵敏度数据，所述制作GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化曲线是通过C﹟中的OLEDB方式调取EXCEL文件数据，而后制作GTEM小室电场强度随不同频率的标准正弦信号的幅值变化曲线。
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| 徐宙等: "基于C#的数字存储示波器控制软件设计与实现", 《计量与测试技术》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109407026A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-03-01 | 昆明理工大学 | 一种特高频局放仪的测评装置及方法 |
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