高压光学静电电压传感系统关键技术研究
与传统电阻分压和阻容分压的电压测量方法不同，静电电压表的交直流高压测量方法在电压测量过程中因其有着极大的内阻抗，不会影响到高压输入端电压或电荷的分布，在高电压测量中有着非常重要的作用。本文对高压光学静电电压传感系统及其相关技术进行研究。 研究了基于均匀场下电场力的传感方式，用聚酯膜作为均匀场的另一电极，用法布里?珀罗（Fabry-Perot，FP）干涉仪原理测量膜的挠度力与电场力平衡时的应变量，实现对外施电压的有效值测量。利用静电力学理论、泊松的圆薄板小挠度理论和FP干涉理论建立了 FP静电电压传感器的传感测量数学模型，通过传感单元的力学仿真分析，优化了传感器的结构设计，构建了基于该传感器的电压传感测量实验系统，开展了均匀场中FP静电电压传感器的电压测量试验研究，实现了一定量程范围的静电电压测量。在此基础上，研究了用应变梁平衡电场力的静电电压传感器结构，通过力学仿真分析研究，研究了进一步提高均匀电场下静电电压传感器电压测量灵敏度的可行性。 研究了均匀场中导体半球形成的非均匀场电场力与等应变梁挠度力平衡的电压传感方式。由静电力学和光纤光学理论分析建立了等应变梁光纤光栅静电电压传感器的数学模型，通过传感器的电场分布与力学仿真分析，优化了传感器的结构设计。研究了用两支 FBG传感器实现温度补偿的方法，通过FBG的温度传感特性研究，所设计的FBG温度自补偿方案具有较好的补偿效果。在此基础上，制备与构建了等应变梁光纤光栅的静电电压传感实验系统，利用该系统开展了电压测量试验研究，试验结果表明，非均匀电场中等应变梁光纤光栅静电电压传感器的测量量程范围较 FP静电电压传感器有所提高。 通过传感单元的电场仿真分析，优化设计了光学静电电压表的绝缘结构，设计了场致应变区的真空绝缘结构和相应的外绝缘结构，制备了可工程应用的高压光学静电电压表，基于所设计的静电电压表开展了电压传感测量试验与研究。试验表明，高压光学静电电压表通过合理的绝缘结构设计，实现了高电压的静电测量，其测量电压的量程范围和测量准确度较前述传感器均有提高。
静电电压传感器;光纤光学;电压测量;优化设计
哈尔滨理工大学
博士
电气工程
赵洪
2015
中文
TP212.9
108
2016-01-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）