专利名称：一种基于压电陶瓷的电子电压互感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种基于压电陶瓷的电子电压互感装置，属于电力系统电压互感器技术领域。
背景技术：
电压互感器在电カ系统中有着重要 的作用，它是电力系统监测不可缺少的基本测试设备。目前大量使用的是传统的电磁感应式或电容分压式电压互感器，随着电力需求的增长，电カ系统向着高压、大容量的趋势发展，传统的电压互感器在电カ系统的安全运行、提高电能测量的精度和提高电力系统自动化程度方面日益显出了它的缺点，比如体积庞大、重量惊人、绝缘结构复杂，存在铁磁饱和和铁磁谐振现象以及爆炸危险等，而且随着计算机技术和电カ设备二次系统测量、保护和控制装置的发展，电カ系统数字化智能化高质量运行的要求越来越高，开发设计具有測量、保护、监控、通信等组合功能的智能化小型化模块化电カ设备具有重要意义。光电技术与计算机技术相结合的而产生的电子电压互感器日益显现出富有魅力的前景和強大的生命力，常规光电互感器对光纤和光源要求很高，位相变化不超过O. 02rad，且对光电晶体的温度要求严格，限制了其实用化进程，新型电子电压互感装置的开发具有重要意义和广阔的市场前景。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了ー种基于压电陶瓷的电子电压互感装置。本实用新型为实现上述实用新型目的采用如下技术方案ー种基于压电陶瓷的电子电压互感装置包括光学测量单元、数据采集単元、信号输出单元；其中光学测量单元的输入端接电网电压、光学测量单元的输出端与数据采集単元的输入端连接，数据采集単元的输出端与信号输出单元的输入端连接；所述光学測量单元将电网电压转化为低电压信号，数据采集单元对低电压信号进行数据处理得到数字低电压信号，信号输出单元输出显示精确低电压信号。所述基于压电陶瓷的电子电压互感装置中，所述光学测量单元由分别设置于箱体内的弾性悬臂、压电薄膜、压电陶瓷堆、激光器、平行反光腔、位敏光电检测器组成；其中所述压电陶瓷堆水平放置在箱体的底部，所述压电薄膜置于压电陶瓷堆的上表面，所述弹性悬臂的一端与压电薄膜连接，另一端固定在箱体的右侧壁，所述激光器固定在箱体顶部与弾性悬臂相垂直的位置，所述位敏光电检测器垂直固定在箱体的左侧壁，所述平行反光腔水平置于弹性悬臂和位敏光电检测器之间。所述基于压电陶瓷的电子电压互感装置中，所述数据采集单元包括依次连接的模拟调理电路、模数转换器、数字信号处理电路；其中所述模拟调理电路对光学检测单元输出的低压信号进行功率放大和相位校正；所述模数转换器将模拟调理电路输出的模拟低电压信号转化为数字低电压信号；所述数字信号处理电路采集数字低电压信号的參数，计算低电压信号的幅值、相位。所述基于压电陶瓷的电子电压互感装置中，所述信号输出单元包括信号显示模块和二次设备；其中二次设备由数据采集单元输出的数字低电压信号供电，显示模块实时显示数字低电压信号的參数值。本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果(I)设备体积小、重量轻、固态封装，可减少占地面积和成本，功耗很低，节电效果明显； (2)測量精度高，可实现IOkV精度O. 05级电压測量，抗干扰性好；(3)无短路危险现象，性能稳定；(4)实现联机通信或者直接与二次设备相连，实现智能化控制。满足了当前智能电网发展的需要。

图I为基于压电陶瓷的电子电压互感装置的示意图。图中标号说明1、光学检测单元；1_1、弾性悬臂；1_2、压电薄膜；1_3压电陶瓷堆；1-3-1、压电陶瓷片；1_4、激光器；1_5、平行反光腔；1_6、位敏光电检测器；2、数据采集单元；2-1、模拟调理电路；2-2、模数转换器；2-3、数字信号处理电路；3、信号输出单元；3-1、信号显示模块；3-2、二次设备；4、电源模块。
具体实施方式
以下结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明如图I所示的基于压电陶瓷的电子电压互感装置，包括光学测量单元I、数据采集単元2、信号输出单元3、电源模块4。光学测量单元I的输入端接电网电压、光学测量单元I的输出端与数据采集単元2的输入端连接，数据采集単元2的输出端与信号输出单元3的输入端连接。光学测量单元I将电网电压转化为低电压信号，数据采集単元2对低电压信号进行数据处理得到数字低电压信号，信号输出单元3输出显示精确低电压信号，电源模块4为光学检测单元I、数据采集単元2、信号输出单元3提供工作电源。光学测量单元I包括弾性悬臂1-1、压电薄膜1-2、压电陶瓷堆1-3、激光器1_4、平行反光腔1-5、位敏光电检测器1-6，压电陶瓷堆1-3由多片压电陶瓷片1-3-1构成。电网电压加到压电陶瓷堆1-3两端，压电陶瓷堆1-3因为逆压电效应发生物理形变，物理形变量使得压电薄膜1-2与压电陶瓷堆1-3同幅共振。弾性悬臂1-1 一端固定而另一端连接压电薄膜1-2，因而随共振产生位移。激光器1-4发射单束激光照射到弾性悬臂1-1上发生反射，反射光线经过平行反光腔1-5 (平行反光腔是ー个长圆柱形内壁反光的腔体)投射到位敏光电检测器1-6上产生光斑,位敏光电检测器1-6输出低电压信号。位敏光电检测器1-6输出的低电压信号与光斑的位移量大小呈线性关系，光斑的位移量大小与弾性形变量大小成线性关系，而弹性形变量大小又与输入电网电压成线性关系，从而实现了输入输出电压间的线性传递。数据采集単元2包括依次连接的模拟调理电路2-1、模数转换器2-2、数字信号处理电路2-3。模拟调理电路2-1对光学检测单元输出的低电压信号进行功率放大和相位校正。模数转换电路2-2把模拟调理电路2-1输出的模拟信号转化为数字信号。数字信号处理电路2-3采用高性能CPU作为其核心部件，其作用是按照需求对信号进行存储、显示、通信以及转换等处理。信号输出单元3由信号显示模块3-1和二次设备3-2构成。信号显示模块3_1可实现低电压信号基本參量的实时显示，也可以根据需要输出信号到二次设备3-2。可见，本实用新型利用了陶瓷材料的逆压电效应和光杠杆测形变原理来反映和测量电カ系统的高电压，并且采用巧妙机械结构设计来实现高低电压信号的线性传递，因而 具备高测量精度，装置简单，体小质轻的优点，同时采用高性能CPU作为数据采集单元的核心部件，使装置满足了电カ系统自动化和智能化的需求。
权利要求1.ー种基于压电陶瓷的电子电压互感装置，其特征在于，包括光学测量单元、数据采集単元、信号输出单元；其中光学测量单元的输入端接电网电压、光学测量单元的输出端与数据采集単元的输入端连接，数据采集単元的输出端与信号输出单元的输入端连接； 所述光学測量单元将电网电压转化为低电压信号，数据采集单元对低电压信号进行数据处理得到数字低电压信号，信号输出单元输出显示精确低电压信号。
2.根据权利要求I所述的基于压电陶瓷的电子电压互感装置，其特征在于，所述光学测量单元由分别设置于箱体内的弾性悬臂、压电薄膜、压电陶瓷堆、激光器、平行反光腔、位敏光电检测器组成；其中 所述压电陶瓷堆水平放置在箱体的底部，所述压电薄膜置于压电陶瓷堆的上表面，所述弹性悬臂的一端与压电薄膜连接，另一端固定在箱体的右侧壁，所述激光器固定在箱体顶部与弾性悬臂相垂直的位置，所述位敏光电检测器垂直固定在箱体的左侧壁，所述平行反光腔水平置于弹性悬臂和位敏光电检测器之间。
3.根据权利要求I所述的基于压电陶瓷的电子电压互感装置，其特征在于，所述数据采集单元包括依次连接的模拟调理电路、模数转换器、数字信号处理电路； 其中所述模拟调理电路对光学检测单元输出的低压信号进行功率放大和相位校正；所述模数转换器将模拟调理电路输出的模拟低电压信号转化为数字低电压信号；所述数字信号处理电路采集数字低电压信号的參数，计算低电压信号的幅值、相位。
4.根据权利要求I所述的基于压电陶瓷的电子电压互感装置，其特征在于，所述信号输出单元包括信号显示模块和二次设备；其中二次设备由数据采集单元输出的数字低电压信号供电，显示模块实时显示数字低电压信号的參数值。
专利摘要本实用新型涉及一种基于压电陶瓷的电子电压互感装置，属于电力系统电压互感器技术领域。所述电子电压互感装置包括光学测量单元、数据采集单元、信号输出单元。所述光学测量单元利用压电陶瓷的逆压电效应以及光杠杆测形变原理测量电网电压，将电网电压线型转化为低电压信号，数据采集单元对低电压信号进行数据处理得到数字低电压信号，信号输出单元输出显示精确低电压信号。所述电子电压互感装置设备体积小、重量轻、占地面积小、成本低、功耗很低、测量精度高、抗干扰性好。
文档编号G01R19/00GK202453407SQ20112055336
公开日2012年9月26日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者桑英军, 黄学良 申请人:东南大学