基于光纖傳輸的高電壓測量裝置

　　引言

　　線(xiàn)圈炮的測試和研究需要對大功率脈沖電容器上的電壓進(jìn)行測量。即在電容的額定電壓下對電容進(jìn)行不同電壓的充電，然后再對線(xiàn)圈進(jìn)行放電試驗以獲取彈丸的速度等重要參數。因此，高電壓的測量對于線(xiàn)圈炮的理論及實(shí)驗研究具有重要意義。該實(shí)驗室電容器組中的最小額定電壓為5 kV，最高為100 kV，因此，準確、安全的獲得高電壓值已成為亟待解決的問(wèn)題。

　　1 高電壓測量裝置的組成原理

　　本文所設計的基于光纖傳輸的高電壓測量裝置由高電壓分壓器、V/F (電壓/頻率)轉換器、光電信號轉換電路、光纖、單片機計算系統、LED顯示電路等組成。此裝置相對來(lái)說(shuō)，其結構比較簡(jiǎn)單，操作方便，而且具有較強的抗干擾能力，利用光纖傳輸能夠滿(mǎn)足遠距離測量要求。其基本工作原理框圖如圖1所示。

　　2 硬件設計

　　本測量裝置由高電壓分壓器、V/F(電壓/頻率)轉換器、光電信號轉換電路、光纖傳輸、單片機計算系統、LED顯示等電路構成。整個(gè)裝置以單片機為核心，并配以一定的外圍電路和軟件，從而實(shí)現特定的檢測功能。

　　2.1 高壓分壓電路的設計

　　高壓分壓電路就是按一定分壓比將被測高電壓變?yōu)榭梢詼y量的低電壓信號。其實(shí)現方法是通過(guò)分壓電阻來(lái)對其分壓，其電路原理如圖2所示。其中，輸入高電壓Ui經(jīng)分壓電阻分壓后與輸出低電壓Uout的分壓比為：

　　n=R0/(R0+R)

　　由于R>>R0，所以可取n=R0/R，即：Uout=nUi。

　　設計時(shí)，選擇合適且物理性質(zhì)相似的電阻.可以提高分壓精度，因為所要確定的分壓比只與電阻的阻值有關(guān)。另外，在高壓電路中，也要求電阻具有較高的耐壓和耐熱特性。

　　2.2 電壓/頻率轉換電路

　　VFC32是美國B(niǎo)urr-Brow公司生產(chǎn)的VFC系列產(chǎn)品之一，它可以把輸入模擬電壓變換成相應頻率的輸出脈沖。利用它可以很方便地進(jìn)行調頻模擬信號的調制和解調。這樣，選擇合適的外圍元件便可以輸出與輸入電壓信號成一定比例關(guān)系的頻率信號。

　　VFC32的最高工作頻率為500 kHz。該器件的變換線(xiàn)性度很好，在10 kHz滿(mǎn)刻度頻率時(shí)，其最大非線(xiàn)性誤差僅為