专利名称：一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学电压互感器，尤其涉及一种用于基于Pockels效应的光学电压互感器动态性能研究的测试方法及装置。
背景技术：
动态性能研究是光学电压互感器研究的一项重要内容，国家标准IEC 60044-8对光学电压互感器的动态性能做了明确要求在高压测量中要求电压互感器应该至少具有几KHz的频率响应特性和几毫秒的响应时间，用于某些用途例如行波保护继电器，需要的测量频率高达数百kHz。根据现有文献资料显示，目前国内外已有的基于Pockels效应的光学电压互感器实验样机带宽最高为40kHz,目前国内外已有的基于Pockels效应的光学电压互感器产品带宽最高为10kHz，与国家标准的要求还存在一定的差距。因此，研究和改善光学 电压互感器的动态性能具有重要的科学价值和实用意义。频率特性以及阶跃响应上升时间、调节时间和超调量均是衡量光学电压互感器动态性能的重要指标，然而对光学电压互感器进行频率特性测试却比较困难，因为这不仅需要外接设备提供频率可调的高频交流电压信号作为正弦激励信号，而且需要配套的设备来高速采集互感器的输出响应信号并分析处理。现有技术中通过信号发生器和变压器实现高频交流电压信号，再通过锁相放大器和示波器实现频率特性测试，这给频率特性测试及研究工作带来很大困难，不利于光学电压互感器动态性能的研究。另一方面，光学电压互感器系统闭环状态监测和系统中内部�？楦咂刀Ｐ偷慕⑹茄芯亢透纳葡低扯阅艿囊谰�。而现有技术中光学电压互感器系统闭环控制过程都在FPGA中进行，并且闭环状态变量以微秒级快速变化，很难实时监测系统闭环状态。现有技术中对光学电压互感器系统内部�？榈哪Ｐ徒⑼ü砺弁频嫉姆绞剑苣驯平媸敌藕偶觳獾ピ亩Ｐ停焕诠庋У缪够ジ衅鞫阅苎芯抗ぷ鞯目�。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试方法及装置。所述装置无需任何外加设备，利用自身硬件就能够提供频率可调的正弦激励信号，实现光学电压互感器系统的频率特性测试，以及提供阶跃输入信号实现闭环阶跃响应性能测试。并且所述用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置具有高速数据采集、存储和处理的能力，速度可达纳秒量级，能够实时提取及监测光学电压互感器系统的闭环状态变量。并且，本发明还提供了一种建立光学电压互感器系统内部各功能�？榈母咂刀Ｐ偷姆椒�。可见，本发明提供的技术方案为光学电压互感器动态性能的提高提供了一种有利的辅助研究平台。本发明提供的用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置，利用含有FPGA的板卡NI7813R取代原有光学电压互感器闭环检测电路中FPGA，并且闭环检测电路的AD、DA转换器与板卡NI7813R之间的FPGA设置了隔离装置连接通讯，板卡NI7813R上FPGA通过PCI总线连接计算机；所述的板卡NI7813R包含一块FPGA和40M时基；所述NI7813R上的FPGA包含160条数字输入/输出线DIO，还包括信号检测单元、信号发生单元I、信号发生单元II和信号求和单元；所述的信号检测单元用于接收A/D转换器的输出信号，还用于将AD数据解调、闭环控制、产生互感器输出�？榈氖涑鲂藕乓约安滋莶ê头讲ㄐ藕牛⒂胄藕欧⑸ピ狪或信号发生单元II产生的信号一起，在信号求和单元进行相加，最后通过DIO和隔离装置，进入D/A转换器；所述的信号检测单元包括接收�？镮、接收模块II、解调�？�、闭环控制算法�？椤⒒ジ衅魇涑瞿？�、阶梯波发生�？�、方波发生�？椋凰龅男藕偶觳獾ピ懈鞴δ苣？榈氖涑鍪菀约八龅男藕欧⑸ピ狪、信号发生单元II产生的信号都时间同步传送给计算机；所述计算机包括操作界面、信号采集�？� 和数据处理�？椋龅牟僮鹘缑嬗糜诠δ懿馐缘难≡褚约岸孕藕欧⑸ピ狪和信号发生单元II中参数赋值；所述信号采集�？橛糜谑凳毕允竞痛娲⑿藕偶觳獾ピ懈鞴δ苣？榈氖涑鍪菀约八龅男藕欧⑸ピ狪、信号发生单元II产生的信号；数据处理�？橛糜诙孕藕挪杉？橹械氖萁写恚玫焦庋У缪够ジ衅飨低称德侍匦郧�、阶跃响应曲线以及光学电压互感器内部�？榈钠德侍匦郧呒案咂刀Ｐ�。本发明还提供一种基于所述的测试装置的测试方法，所述的测试方法可以通过信号发生单元I产生频率可调的数字正弦激励信号I，对光学电压互感器系统的频率特性进行测试；可以通过信号发生单元I产生数字阶跃信号，对光学电压互感器系统的阶跃响应过程进行测试；可以通过信号发生单元II产生特定频率的数字斜波激励信号II，测试光电探测器和前放滤波电路的频率特性，数据处理�？榛谒獾闷德侍匦酝üＰ捅媸兜姆椒ń⒐獾缣讲馄骱颓胺怕瞬ǖ缏返母咂刀Ｐ停灰陨喜煌δ艿牟馐苑椒ǹ赏ü扑慊牟僮鹘缑婧芊奖愕难≡袷迪�。本发明的优点在于(I)无需外加电子设备就能方便的测试光学电压互感器的动态性能，如频率响应特性和阶跃响应性能。(2)本发明提供的测试装置具有高速数据采集、存储和处理的能力，可以实现闭环状态变量的显示和存储，实时监测系统闭环工作状态。(3)本发明提供的测试方法和装置，可以测量光学电压互感器内部功能�？榈钠德侍匦裕⒛？榈母咂刀Ｐ停庋У缪够ジ衅鞫阅苎芯康於ɑ�。
图I为现有技术中光学电压互感器系统的结构示意图；图2为本发明提供用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置结构示意图；图3为本发明提供的详细的信号检测单元结构框图；图4a、图4b为本发明提供用于光学电压互感器系统频率特性测试的数字正弦激励信号I ;图5a、图5b为本发明提供用于光学电压互感器系统阶跃响应测试的数字阶跃信号;图6a、图6b、图6c为本发明提供用于探测器和前放滤波电路频率特性测试的数字斜波激励信号II及；数字余弦激励信号产生的示意图7为利用本发明所述测试方法及装置所得的光学电压互感器系统的频率特性曲线；图8为利用本发明所述测试方法及装置所得的光学电压互感器系统的阶跃响应曲线；图9为利用本发明所述测试方法及装置对探测器和前放滤波�？槠德侍匦圆馐越峁�;图10为利用本发明所述测试方法及装置实现闭环状态变量实时显示的结果。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。如图I所示为现有技术中基于Pockels效应光学电压互感器的原理结构示意图， 由光路和闭环检测电路组成。光路部分包括光源、环形器、起偏器、相位调制器和传感单元，闭环检测电路包括光电探测器、前放滤波电路、A/D转换器、FPGA、D/A转换器和D/A驱动电路。光源发出的光依次经过环形器、起偏器、相位调制器后到达传感单元。由于Pockels效应，传感单元将待测电压信号转换为携带非互异相位差A於的光信号，所述光信号通过传感单元中反射膜的作用返回至相位调制器和起偏器，并在起偏器处发生干涉。干涉光强表达式为
1
I = - al0 {I-CosfAfJs +^(/)- <p(t - t)]}(I)
2其中a为光路总损耗，I0为入射光强，_)与树/ r)分别为t时刻与t- T时刻经过相位调制器的调制相位，T为光在传感单元传输的时间。采用方波调制和阶梯波反馈方案时,_)-— -r) = A(pt, ±71/2反馈阶梯波的台阶高度。干涉光强信号由耦合器耦合进入光电探测器，光电探测器检测到干涉光强信号并转化为电信号，经过前放滤波电路和A/D转换器后送入FPGA。FPGA的作用为对输入的闭环误差信号+Aft进行解调，解调结果送入FPGA的闭环控制算法中。在现有光学电压互感器中，闭环控制算法一般采用积分控制，即对解调结果进行累积积分，得到待测电压值。将积分结果乘以反馈系数后得到反馈阶梯波的台阶高度，将台阶高度累加产生反馈阶梯波。同时产生调制方波。调制方波和反馈阶梯波通过D/A转换器及D/A驱动电路后施加到相位调制器上转化为调制相位。反馈阶梯波的台阶高度与Pockels相移Aft大小相等，方向相反，则光学电压互感器工作在闭环稳定状态。现有技术中，光学电压互感器系统闭环误差信号的解调和闭环反馈等都在闭环检测电路的FPGA中进行，FPGA中的数据一般通过串口与计算机连接来实现数据的显示和存储。FPGA中的闭环周期为微秒级，但由于串口无法高速实时传输数据，导致不能实时提取系统闭环状态变量、监测系统闭环工作状态。并且利用现有技术对光学电压互感器系统进行频率特性测试比较困难，难以获取测试时所需的高频交流电压，难以高速采集互感器的高频响应输出信号。本发明设计了一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置，该测试装置对原有光学电压互感器进行了改进，利用含有FPGA的板卡NI7813R取代原有光学电压互感器闭环检测电路中FPGA，并且在闭环检测电路的AD、DA转换器与板卡NI7813R的FPGA之间设置了隔离装置连接通讯。板卡NI7813R上FPGA中的数据可以通过PCI总线高速实时的传送到计算机。所述测试装置不仅能够将系统中闭环状态变量通过板卡NI7813R实时传送到计算机进行显示和存储，而且能够测量光学电压互感器系统的动态特性，以及能够建立系统中内部�？榈母咂刀Ｐ�。所述用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置由隔离装置、板卡NI7813R和计算机组成，其结构框图如图2所示。信号隔离装置采用磁耦隔离方式减少闭环检测电路与板卡NI7813R之间传输信号的噪声。所述信号隔离装置由磁耦隔离芯片和电缆线接口组成。磁耦隔离芯片一侧与电缆线接口连接，另一侧与光学电压互感器检测电路中的A/D转换器和D/A转换器相连。电缆线接口通过电缆线与板卡NI7813R上FPGA的数字输入输出线(DIO)连接。所述的板卡NI7813R包含一块FPGA(型号为XC2V3000)和40M时基。所述NI7813R上的FPGA包含160条数字输入/输出线DI0。本发明中对板卡NI7813R上的FPGA进行改 进，增加了信号检测单元、信号发生单元I、信号发生单元II和信号求和单元。所述信号发生单元I、信号发生单元II、信号求和单元和信号检测单元均设置于FPGA上。所述160条数字输入/输出线(DIO)都嵌入在FPGA上，用于与AD、DA相连接。所述板卡NI7813R通过计算机的PCI插槽与计算机连接。所述计算机可以是各种类型的计算机、笔记本、手提电脑和工控机，并包括操作界面、信号采集�？楹褪荽砟？椤Ｋ霾僮鹘缑�、信号采集�？楹褪荽砟？樯柚糜诩扑慊稀Ｒ韵陆员痉⒚魈峁┑男藕偶觳獾ピ�、信号发生单元I、信号发生单元II、信号求和单元、操作界面、信号采集�？楹褪荽砟？榉直鸾泄δ苁迪置枋�。信号检测单元所述信号检测单元包括接收�？镮、接收�？镮I、解调�？椤⒈栈房刂扑惴？�、互感器输出�？�、阶梯波发生�？�、方波发生�？椋浣峁箍蛲既缤�3所示。所述接收�？镮能够接收和存储A/D转换后的数据并送入板卡NI7813R上FPGA中的解调�？�。于此同时，接收模块I的输出数据通过PCI总线传输到计算机。接收�？镮输入端与DIO相连接，输出端与解调模块以及计算机相连。所述接收模块II能够接收和存储A/D转换后的数据并通过PCI总线传输到计算机，在计算机上的信号采集�？橹惺凳钡南允竞痛娲�。接收�？镮I输入端与DIO相连接，输出数据通过PCI总线传输到计算机。解调�？橛糜谑迪直栈肺蟛钚藕诺慕獾鳎涫淙攵擞虢邮漳？镮相连，用于采集接收�？镮中A/D转换器的数据并实现闭环误差信号的解调，其输出端与闭环控制算法�？橄嗔�。并且解调输出的数据能够通过PCI总线传输给计算机。闭环控制算法�？槭淙攵擞虢獾髂？橄嗔涑龆擞牖ジ衅魇涑瞿？楹徒滋莶ǚ⑸？橄嗔樱渲斜栈房刂瓶捎苫制魇迪�。所述互感器输出�？榈氖菘梢酝ü齈CI总线传输到计算机。所述阶梯波发生�？楹头讲ǚ⑸？榈氖涑龆司胄藕徘蠛偷ピ嗔�。所述解调模块、闭环控制算法�？橐约盎ジ衅魇涑瞿？榈氖涑鲂藕抛槌闪斯庋У缪够ジ衅鞯谋栈纷刺淞俊＝獾髂？榻邮盏降氖菔抵噬衔坏髦屏说谋栈肺蟛钚藕牛虼烁媒獾髂？橹饕ü允莅凑盏髦品讲ǖ恼喊胫芷诮胁傻悖胫芷谑葜图跞ジ喊胫芷谑葜停迪质纸獾鞴蹋玫焦庋У缪够ジ衅飨低车谋栈肺蟛睿腿氡栈房刂扑惴？�。如果闭环控制算法模块为积分器则对闭环误差信号进行累加积分后产生输出信号，闭环控制算法�？榈氖涑鲂藕欧直鹚腿虢滋莶ǚ⑸？楹突ジ衅魇涑瞿？�。互感器输出�？榻邮帐萁衅交瞬ê蟮玫搅斯庋У缪够ジ衅鞯氖涑�。阶梯波发生模块将闭环控制算法�？榈氖涑鲂藕懦艘苑蠢∠凳蟮玫浇滋莶ǖ奶ń赘叨龋⒔媒滋莶ǖ奶ń赘叨冉欣奂拥玫浇滋莶āＫ鼋滋莶ㄋ偷降叫藕徘蠛偷ピ胄藕徘蠛偷ピ渌氖淙胧萑绶讲ㄒ黄鹣嗉忧蠛秃笸ü鼶IO和隔离装置一起送入D/A转换器。利用时序控制，将所述信号检测单元的各功能�？榈氖涑鍪萃ü齈CI总线同步传输到计算机，并在计算机上的信号采集�？橹惺凳钡南允竞痛娲ⅲ迪直栈纷刺淞康氖凳毕允�。 信号发生单元I信号发生单元I的功能为产生信号以实现频率特性与阶跃响应等闭环动态性能测试。信号发生单元I的输入端通过PCI总线与计算机相连接通信，输出端与信号求和单元连接。信号发生单元I产生光学电压互感器系统进行频率特性测试时所需的测试信号，如数字正弦激励信号I以及阶跃响应测试时所需的数字阶跃信号。所述数字正弦激励信号I是由台阶组成，其台阶高度AV1U)呈周期性数字正弦变化，如图4中(a)所示。将台阶高度AVJt)与AV1U-O进行相加求和就能得到L(t) = A V1U)+ A V1U-O即所述数字正弦激励信号I，V1U)如图4中(b)所示。所述数字阶跃信号V/ (t)由台阶组成，其台阶高度AV/ (t)在h时刻以前为0，h时刻以后为固定值，如图5所示。将台阶高度AV/⑴与A V/ (t- T )进行相加求和就能得到V/ (t) = A V1' (t) + A V1' (t- O即可产生所述光学电压互感器等效输入的数字阶跃信号。数字阶跃信号V (t)的最大值设置为215，如果对台阶高度进行累加求和得到的值超过215则减去215后继续累加。所述信号发生单元I产生的数字测试信号送给信号求和单元，并在信号求和单元与阶梯波及方波�？榈氖涑鲂藕畔嗉雍螅ü鼶IO和隔离装置后依次传输到D/A转换器、D/A驱动电路和相位调制器。由公式(I)可知，相位调制器将数字信号的台阶高度变化量转换为调制相位差。根据电压互感器闭环工作原理可得，台阶高度变化引起的相位差能够代替电压互感器外加电压产生的相位差，因此所述数字阶跃信号能够作为光学电压互感器阶跃响应测试时的激励信号，所述数字正弦激励信号I可以作为光学电压互感器系统频率特性测试的正弦激励信号。正弦激励信号的频率可表示为(2) m-m其中T为光在光学电压互感器的光学传感单元中的渡越时间，n为台阶高度持续时间的调整参数，其值为正整数，最小取值为1，nT即为每个台阶高度的持续时间，m为组成一个周期的数字正弦曲线所需要的台阶个数。通过调整m和n的值，即可改变测试所需的正弦激励信号的频率。计算机中操作界面可以随时设定m和n的值，并通过PCI总线将m和n的值传输到板卡NI7813R的DIO进而传输到信号发生单元I。的值可高达几十至几百kHz，能够实现光学电压互感器系统的高频动态性能测试。信号发生单元II信号发生单元II的功能为产生信号实现光学电压互感器内部�？槠德侍匦圆馐裕吮栈废低持懈鞴δ苣？楦咂刀Ｐ偷慕⒌於ɑ�。信号发生单元II的输入端通过PCI总线和计算机相连接，其输出端与信号求和单元相连。信号发生单元II产生光学电压互感器内部�？槠德侍匦圆馐允彼枰氖中辈だ藕臝I。如果被测试的光学电压互感器内部前向通道模块为探测器和前放滤波电路，则数字斜波激励信号II具有如图6中(a)所示形式，即数字斜波激励信号II的台阶高度AV2(t)每次变化量为相同的值h，将台阶高度AV2(t)与AV2(t-i)进行相加求和就能得 到所述数字斜波激励信号II即V2 (t) = AV2(t) + AV2(t-0。台阶高度AV2(t)的最大值设置为216，如果超过216则将台阶高度值减去216后继续变化。数字斜波激励信号II的最大值也设置为216，如果对台阶高度进行累加求和得到的值超过216则减去216后继续累加台阶 高度得到数字斜波激励信号II，如图6中(b)所示。所述数字斜波激励信号II通过信号求和单元(此时阶梯波�？橛敕讲？榈氖涑鑫�0)、DI0和隔离装置依次传输到D/A转换器、D/A驱动电路和相位调制器。数字斜波激励信号II (即V2 (t))经过相位调制器的调制环节将斜波的台阶高度AV2(t)转换为调制相位
差#且
权利要求
1.一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置，其特征在于所述装置无需任何外加设备，利用自身硬件提供频率可调的正弦激励信号，实现光学电压互感器系统的频率特性测试，以及提供阶跃输入信号实现闭环阶跃响应性能测试；并且所述用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置具有高速数据采集、存储和处理的能力，可监测系统状态变量及测试系统内部高频动态模型的功能； 所述的测试装置为利用含有FPGA的板卡NI7813R取代原有光学电压互感器闭环检测电路中FPGA，并且原闭环检测电路的AD、DA转换器与板卡NI7813R的FPGA之间设置了隔离装置连接通讯，板卡NI7813R上FPGA通过PCI总线连接计算机；所述的板卡NI7813R包含一块FPGA和40M时基；所述NI7813R上的FPGA包含160条数字输入/输出线DIO，还包括信号检测单元、信号发生单元I、信号发生单元II和信号求和单元；所述的信号检测单元用于接收A/D转换器的输出信号，还用于将AD数据解调、闭环控制、产生互感器输出模块的输出信号以及产生阶梯波和方波信号，并与信号发生单元I或信号发生单元II产生的信号一起，在信号求和单元处进行相加后，最后通过DIO和隔离装置，进入D/A转换器；所述的信号检测单元的输出数据以及所述的信号发生单元I、信号发生单元II产生的信号都时间同步传送给计算机；所述计算机包括操作界面、信号采集模块和数据处理�？椋龅牟僮鹘缑嬗糜诠δ懿馐缘难≡褚约岸孕藕欧⑸ピ狪和信号发生单元II中参数赋值；所述信号采集�？橛糜谑凳毕允竞痛娲⑿藕偶觳獾ピ懈鞴δ苣？榈氖涑鍪菀约八龅男藕欧⑸ピ狪、信号发生单元II产生的信号；数据处理�？橛糜诙孕藕挪杉？橹械氖萁写恚玫焦庋У缪够ジ衅飨低称德侍匦郧摺⒔自鞠煊η咭约肮庋У缪够ジ衅髂诓抗δ苣？榈母咂刀Ｐ�。
2.根据权利要求I所述的一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置，其特征在于所述隔离装置由磁耦隔离芯片和电缆线接口组成，磁耦隔离芯片一侧与电缆线接口连接，另一侧与光学电压互感器检测电路中的A/D转换器和D/A转换器相连；电缆线接口通过电缆线与板卡NI7813R上FPGA的数字输入输出线DIO连接；所述测试装置中板卡NI7813R上FPGA通过PCI总线与计算机连接；所述计算机上包括操作界面、信号采集�？楹褪荽砟？�。
3.根据权利要求I所述的一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置，其特征在于所述信号检测单元包括接收�？镮、接收�？镮I、解调�？�、闭环控制算法�？椤⒒ジ衅魇涑瞿？椤⒔滋莶ǚ⑸？楹头讲ǚ⑸？椋凰鼋邮漳？镮能够接收和存储A/D数据并送入FPGA中的解调�？椋唤獾髂？橛糜谑迪直栈肺蟛钚藕诺慕獾鳎涫涑龆擞氡栈房刂扑惴？橄嗔槐栈房刂扑惴？槭淙攵擞虢獾髂？橄嗔涑龆擞牖ジ衅魇涑瞿？楹徒滋莶ǚ⑸？橄嗔樱凰鼋邮漳？镮I能够接收和存储A/D数据；所述信号检测单元的各功能�？榈氖涑鍪萃ü齈CI总线传输到计算机，并在计算机上的信号采集�？橹惺凳钡南允竞痛娲�。
4.一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试方法，其特征在于对光学电压互感器进行频率特性测试，具体步骤如下 步骤一利用计算机中操作界面给定信号发生单元I产生的数字正弦激励信号I的频率； 步骤二 信号检测单元产生阶梯波和方波，信号发生单元I产生给定频率的数字正弦激励信号I，在信号求和单元将阶梯波、方波和数字正弦激励信号I相加后，同时传送到D/A转换器； 步骤三通过D/A转换器的信号依次传输到D/A驱动电路和相位调制器，相位调制器将台阶高度转换为相位信号后经过光路的干涉环节到达光电探测器、前放滤波电路、A/D转换器和板卡NI7813R上的信号检测单元； 步骤四利用信号检测单元中的接收�？镮接收A/D转换器的输出信号，并将该输出信号依次通过信号检测单元中的解调模块、闭环控制算法�？�、互感器输出�？楹徒滋莶ǚ⑸？椋滋莶ǚ⑸？椴滋莶ǖ奶ń赘叨任低车谋栈贩蠢⌒藕牛挥氪送保獾髂？椤⒈栈房刂扑惴？楹徒滋莶ǚ⑸？楦髯缘氖涑鲂藕牛ü齈CI总线高速传输到计算机的信号采集�？榻惺凳毕允竞痛娲ⅲ员阌诠鄄觳煌德收沂淙胧毕低车谋栈肺� 差; 步骤五通过时序控制将信号发生单元I中的数字正弦激励信号I与对应的互感器输出�？橹械南低呈涑鲂藕磐酵ü齈CI总线传输到计算机。此时光学电压互感器的输出信号即为光学电压互感器系统的频率响应输出信号； 步骤六利用信号采集模块将传送到计算机的数字正弦激励信号I和对应的光学电压互感器的输出信号同步进行实时的显示和存储； 步骤七利用计算机操作界面改变步骤一中数字正弦激励信号I的频率，重复步骤二到步骤六； 步骤八将步骤六中存储的不同频率正弦激励信号下的试验数据，利用数据处理�？榻写恚玫焦庋У缪够ジ衅飨低车钠德侍匦郧�。
5.一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试方法，其特征在于对光学电压互感器进行阶跃响应测试，具体步骤如下 步骤一信号检测单元中的阶梯波发生�？楹头讲ǚ⑸？榉直鸩滋莶ê头讲ǎ毙藕欧⑸ピ狪产生数字阶跃信号，信号求和单元将阶梯波、方波和数字阶跃信号相加后传送到D/A转换器； 步骤二 通过D/A转换器后，信号依次传输到D/A驱动电路和相位调制器，相位调制器将台阶高度转换为相位信号后经过光路的干涉环节到达光电探测器、前放滤波电路、A/D转换器和板卡NI7813R上的信号检测单元； 步骤三信号检测单元中的接收�？镮接收A/D转换器的输出信号，并将该输出信号依次通过信号检测单元中的解调�？�、闭环控制算法�？�、互感器输出�？楹徒滋莶ǚ⑸？椋徊⑶医獾髂？�、闭环控制算法�？椤⒒ジ衅魇涑瞿？楹徒滋莶ǚ⑸？榈氖涑鲂藕牛ü齈CI总线高速传输到计算机的信号采集�？榻惺凳毕允竞痛娲ⅲ� 步骤四通过时序控制将信号发生单元I中的数字阶跃信号与互感器输出�？橹械南低呈涑鲂藕磐酵ü齈CI总线传输到计算机；此时光学电压互感器的输出信号即为系统的阶跃响应信号； 步骤五信号采集�？榻偷郊扑慊氖纸自拘藕藕投杂Φ墓庋У缪够ジ衅鞯氖涑鲂藕沤惺凳钡南允竞痛娲ⅲ� 步骤六数据处理�？榇硇藕挪杉？榇娲⒌氖荩玫焦庋У缪够ジ衅飨低车慕自鞠煊η�。
6.一种用于光学电压互感器动态性能研究的高频动态模型建立方法，其特征在于包括如下步骤 步骤一利用计算机中操作界面控制信号发生单元II产生不同频率的数字斜波激励信号II ; 步骤二 信号发生单元II产生的数字斜波激励信号II，通过信号求和单元、DIO和隔离装置传送到D/A转换器；此时进入信号求和单元的方波与阶梯波均为0 ; 步骤三D/A转换后的数据依次传输到D/A驱动电路、相位调制器和光路的干涉环节，经过相位调制器和干涉环节后将斜波的台阶高度转换为余弦信号，相当于给光电探测器一个余弦输入，余弦信号从光电探测器输出后经过前放滤波电路，得到了余弦响应信号A/D转换器将余弦响应信号转换为数字信号后送入板卡NI7813R上的信号检测单元； 步骤四信号检测单元中的接收�？镮I接收A/D转换器的输出信号；通过时序控制将 接收�？镮I的输出信号和数字斜波激励信号II同步高速传输到计算机； 步骤五信号采集�？榻偷郊扑慊氖中辈だ藕臝I转换为数字斜波台阶高度的余弦函数，并且其与A/D转换器的输出信号进行同步显示和存储； 步骤六利用操作界面改变数字斜波激励信号的频率，重复步骤二到步骤五；即得到不同余弦激励信号下的探测器和前放滤波电路的余弦响应，探测器和前放滤波电路为光学电压互感器闭环系统的前向通道�？椋� 步骤七将步骤五中存储的数据利用数据处理�？榻写恚玫焦獾缣讲馄骱颓胺怕瞬ǖ缏返钠德侍匦郧撸� 步骤八数据处理模块将根据所得频率特性通过模型辨识建立光电探测器和前放滤波电路的闻频动态1旲型。
7.根据权利要求I所述的一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置，其特征在于所述的数据处理�？榻藕挪杉？榇娲⒌氖萁械氖荽戆ㄆ德侍匦圆馐允荽�、阶跃响应测试数据处理以及系统内部模块高频动态模型测试处理；所述频率特性测试处理，则为系统输入信号数字正弦激励信号I和光学电压互感器正弦响应信号两路信号的处理先对数据进行趋势项去除和稳态截取等数据预处理后，利用相关分析法或傅里叶变换，得到这两路信号的幅值比和相位差，以不同频率的数字正弦激励信号下求得的幅值比和相位差为纵坐标，以频率为横坐标绘制曲线图，即得到光学电压互感器系统的频率特性曲线；所述阶跃响应测试数据处理，则为系统输入信号数字阶跃信号和光学电压互感器阶跃响应两路信号的处理，由光学电压互感器输出信号的过渡过程及其相对数字阶跃信号的时间延迟，即获得光学电压互感器系统的阶跃响应；所述对系统前向通道�？樘讲馄骱颓胺怕瞬ǖ缏返母咂刀Ｐ停蛭胺怕瞬ǖ缏返南煊κ涑龊褪钟嘞壹だ藕帕铰沸藕诺拇恚壤檬中辈だ藕臝I得到数字余弦激励信号，再利用频率特性测试数据处理的方法得到探测器和前放滤波电路的频率特性曲线，最后通过模型辨识的方法建立光电探测器和前放滤波电路的高频动态模型。
全文摘要
本发明公开一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试方法及装置。本发明利用含有FPGA的板卡NI7813R取代原有光学电压互感器闭环检测电路中FPGA，并且原闭环检测电路的AD、DA转换器与板卡NI7813R的FPGA之间设置了隔离装置连接通讯，板卡NI7813R上FPGA通过PCI总线连接计算机；所述的测试装置具有高速数据采集、存储和处理的能力，可以在计算机上实现闭环状态变量的显示和存储，实时监测系统闭环工作状态；无需任何外加设备，利用自身硬件提供频率可调的正弦激励信号和阶跃输入信号，实现光学电压互感系统的频率特性和闭环阶跃响应性能测试；并可以测量光学电压互感器内部功能�？榈钠德侍匦裕⒛？榈母咂刀Ｐ停庋У缪够ジ衅鞫阅苎芯康於ɑ�。
文档编号G01R35/02GK102749606SQ20121020773
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者崔利阳, 张春熹, 李慧, 李立京, 毕兰, 许文渊 申请人:北京航空航天大学
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