一種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置，屬于電力系統(tǒng)電壓互感器技術(shù)領(lǐng)域。所述電子電壓互感裝置包括光學(xué)測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集單元、信號(hào)輸出單元。所述光學(xué)測(cè)量單元利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)以及光杠桿測(cè)形變?cè)頊y(cè)量電網(wǎng)電壓，將電網(wǎng)電壓線型轉(zhuǎn)化為低電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集單元對(duì)低電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到數(shù)字低電壓信號(hào)，信號(hào)輸出單元輸出顯示精確低電壓信號(hào)。所述電子電壓互感裝置設(shè)備體積小、重量輕、占地面積小、成本低、功耗很低、測(cè)量精度高、抗干擾性好。（*該技術(shù)在2021年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及ー種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置，屬于電力系統(tǒng)電壓互感器

技術(shù)介紹
電壓互感器在電カ系統(tǒng)中有著重要 的作用，它是電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)不可缺少的基本測(cè)試設(shè)備。目前大量使用的是傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式或電容分壓式電壓互感器，隨著電力需求的增長(zhǎng)，電カ系統(tǒng)向著高壓、大容量的趨勢(shì)發(fā)展，傳統(tǒng)的電壓互感器在電カ系統(tǒng)的安全運(yùn)行、提高電能測(cè)量的精度和提高電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度方面日益顯出了它的缺點(diǎn)，比如體積龐大、重量驚人、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在鐵磁飽和和鐵磁諧振現(xiàn)象以及爆炸危險(xiǎn)等，而且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電カ設(shè)備二次系統(tǒng)測(cè)量、保護(hù)和控制裝置的發(fā)展，電カ系統(tǒng)數(shù)字化智能化高質(zhì)量運(yùn)行的要求越來越高，開發(fā)設(shè)計(jì)具有測(cè)量、保護(hù)、監(jiān)控、通信等組合功能的智能化小型化模塊化電カ設(shè)備具有重要意義。光電技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的而產(chǎn)生的電子電壓互感器日益顯現(xiàn)出富有魅力的前景和強(qiáng)大的生命力，常規(guī)光電互感器對(duì)光纖和光源要求很高，位相變化不超過O. 02rad，且對(duì)光電晶體的溫度要求嚴(yán)格，限制了其實(shí)用化進(jìn)程，新型電子電壓互感裝置的開發(fā)具有重要意義和廣闊的市場(chǎng)前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述
技術(shù)介紹
的不足，提供了ー種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置。本技術(shù)為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的采用如下技術(shù)方案ー種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置包括光學(xué)測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集単元、信號(hào)輸出單元；其中光學(xué)測(cè)量單元的輸入端接電網(wǎng)電壓、光學(xué)測(cè)量單元的輸出端與數(shù)據(jù)采集単元的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集単元的輸出端與信號(hào)輸出單元的輸入端連接；所述光學(xué)測(cè)量單元將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化為低電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集單元對(duì)低電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到數(shù)字低電壓信號(hào)，信號(hào)輸出單元輸出顯示精確低電壓信號(hào)。所述基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置中，所述光學(xué)測(cè)量單元由分別設(shè)置于箱體內(nèi)的弾性懸臂、壓電薄膜、壓電陶瓷堆、激光器、平行反光腔、位敏光電檢測(cè)器組成；其中所述壓電陶瓷堆水平放置在箱體的底部，所述壓電薄膜置于壓電陶瓷堆的上表面，所述彈性懸臂的一端與壓電薄膜連接，另一端固定在箱體的右側(cè)壁，所述激光器固定在箱體頂部與弾性懸臂相垂直的位置，所述位敏光電檢測(cè)器垂直固定在箱體的左側(cè)壁，所述平行反光腔水平置于彈性懸臂和位敏光電檢測(cè)器之間。所述基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置中，所述數(shù)據(jù)采集單元包括依次連接的模擬調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理電路；其中所述模擬調(diào)理電路對(duì)光學(xué)檢測(cè)單元輸出的低壓信號(hào)進(jìn)行功率放大和相位校正；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬調(diào)理電路輸出的模擬低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字低電壓信號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)處理電路采集數(shù)字低電壓信號(hào)的參數(shù)，計(jì)算低電壓信號(hào)的幅值、相位。所述基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置中，所述信號(hào)輸出單元包括信號(hào)顯示模塊和二次設(shè)備；其中二次設(shè)備由數(shù)據(jù)采集單元輸出的數(shù)字低電壓信號(hào)供電，顯示模塊實(shí)時(shí)顯示數(shù)字低電壓信號(hào)的參數(shù)值。本技術(shù)采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果(I)設(shè)備體積小、重量輕、固態(tài)封裝，可減少占地面積和成本，功耗很低，節(jié)電效果明顯； (2)測(cè)量精度高，可實(shí)現(xiàn)IOkV精度O. 05級(jí)電壓測(cè)量，抗干擾性好；(3)無短路危險(xiǎn)現(xiàn)象，性能穩(wěn)定；(4)實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)通信或者直接與二次設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)智能化控制。滿足了當(dāng)前智能電網(wǎng)發(fā)展的需要。附圖說明圖I為基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置的示意圖。圖中標(biāo)號(hào)說明1、光學(xué)檢測(cè)單元；1_1、弾性懸臂；1_2、壓電薄膜；1_3壓電陶瓷堆；1-3-1、壓電陶瓷片；1_4、激光器；1_5、平行反光腔；1_6、位敏光電檢測(cè)器；2、數(shù)據(jù)采集單元；2-1、模擬調(diào)理電路；2-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；2-3、數(shù)字信號(hào)處理電路；3、信號(hào)輸出單元；3-1、信號(hào)顯示模塊；3-2、二次設(shè)備；4、電源模塊。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明如圖I所示的基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置，包括光學(xué)測(cè)量單元I、數(shù)據(jù)采集単元2、信號(hào)輸出單元3、電源模塊4。光學(xué)測(cè)量單元I的輸入端接電網(wǎng)電壓、光學(xué)測(cè)量單元I的輸出端與數(shù)據(jù)采集単元2的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集単元2的輸出端與信號(hào)輸出單元3的輸入端連接。光學(xué)測(cè)量單元I將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化為低電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集単元2對(duì)低電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到數(shù)字低電壓信號(hào)，信號(hào)輸出單元3輸出顯示精確低電壓信號(hào)，電源模塊4為光學(xué)檢測(cè)單元I、數(shù)據(jù)采集単元2、信號(hào)輸出單元3提供工作電源。光學(xué)測(cè)量單元I包括弾性懸臂1-1、壓電薄膜1-2、壓電陶瓷堆1-3、激光器1_4、平行反光腔1-5、位敏光電檢測(cè)器1-6，壓電陶瓷堆1-3由多片壓電陶瓷片1-3-1構(gòu)成。電網(wǎng)電壓加到壓電陶瓷堆1-3兩端，壓電陶瓷堆1-3因?yàn)槟鎵弘娦?yīng)發(fā)生物理形變，物理形變量使得壓電薄膜1-2與壓電陶瓷堆1-3同幅共振。弾性懸臂1-1 一端固定而另一端連接壓電薄膜1-2，因而隨共振產(chǎn)生位移。激光器1-4發(fā)射單束激光照射到弾性懸臂1-1上發(fā)生反射，反射光線經(jīng)過平行反光腔1-5 (平行反光腔是ー個(gè)長(zhǎng)圓柱形內(nèi)壁反光的腔體)投射到位敏光電檢測(cè)器1-6上產(chǎn)生光斑,位敏光電檢測(cè)器1-6輸出低電壓信號(hào)。位敏光電檢測(cè)器1-6輸出的低電壓信號(hào)與光斑的位移量大小呈線性關(guān)系，光斑的位移量大小與弾性形變量大小成線性關(guān)系，而彈性形變量大小又與輸入電網(wǎng)電壓成線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了輸入輸出電壓間的線性傳遞。數(shù)據(jù)采集単元2包括依次連接的模擬調(diào)理電路2-1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器2-2、數(shù)字信號(hào)處理電路2-3。模擬調(diào)理電路2-1對(duì)光學(xué)檢測(cè)單元輸出的低電壓信號(hào)進(jìn)行功率放大和相位校正。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2-2把模擬調(diào)理電路2-1輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理電路2-3采用高性能CPU作為其核心部件，其作用是按照需求對(duì)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、通信以及轉(zhuǎn)換等處理。信號(hào)輸出單元3由信號(hào)顯示模塊3-1和二次設(shè)備3-2構(gòu)成。信號(hào)顯示模塊3_1可實(shí)現(xiàn)低電壓信號(hào)基本參量的實(shí)時(shí)顯示，也可以根據(jù)需要輸出信號(hào)到二次設(shè)備3-2?？梢?，本技術(shù)利用了陶瓷材料的逆壓電效應(yīng)和光杠桿測(cè)形變?cè)韥矸从澈蜏y(cè)量電カ系統(tǒng)的高電壓，并且采用巧妙機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)高低電壓信號(hào)的線性傳遞，因而 具備高測(cè)量精度，裝置簡(jiǎn)單，體小質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用高性能CPU作為數(shù)據(jù)采集單元的核心部件，使裝置滿足了電カ系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化的需求。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.ー種基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置，其特征在于，包括光學(xué)測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集単元、信號(hào)輸出單元；其中光學(xué)測(cè)量單元的輸入端接電網(wǎng)電壓、光學(xué)測(cè)量單元的輸出端與數(shù)據(jù)采集単元的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集単元的輸出端與信號(hào)輸出單元的輸入端連接； 所述光學(xué)測(cè)量單元將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化為低電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集單元對(duì)低電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到數(shù)字低電壓信號(hào)，信號(hào)輸出單元輸出顯示精確低電壓信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于壓電陶瓷的電子電壓互感裝置，其特征在于，所述光學(xué)測(cè)量單元由分別設(shè)置于箱體內(nèi)的弾性懸臂、壓電薄膜、壓電陶瓷堆、激光器、平行反光腔、位敏光電檢測(cè)器組成；其中 所述壓電陶瓷堆水平放置在箱體的底部，所述壓電薄膜置于壓電陶瓷堆的上表面，所述彈性懸臂的一端與壓電薄膜連接，另一端固定在箱體的右側(cè)壁，所述激光器...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：桑英軍，黃學(xué)良，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：