一种特高频传感器等效高度测量方法的实现

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[摘 要]介绍了GTEM小室测量特高频传感器等效高度的方法。

[关键词]GTEM小室、特高频传感器、等效高度

中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0153-01

1.前言

特高l（UHF）法测量GIS高压开关局部放电信号是最近几年发展起来的一种新的检测技术，并得到了迅速发展和广泛应用。特高频传感器是此测量方法的重要组成部分，传感器的性能决定了测量结果的可靠性。

国家电网公司对特高频传感器的性能制定了明确的要求，频带至少覆盖300MHz～1500MHz，在300MHz～1500MHz频带内平均有效高度应不小于8mm，且最小有效高度不小于3mm。

本文采用GTEM小室、高速示波器、信号发生器、笔记本电脑，实现对特高频局放传感器等效高度的测量。

2.实验设备

高速示波器：Agilent DSO90404A

信号发生器：Agilent N5181A

GTEM小室： GTEM 1500

测控主机：笔记本电脑+测量软件

参考传感器：单极标准探针

被测传感器：超高频传感器

3.测量原理

特高频传感器的等效高度测量原理图1所示。

首先使用信号发生器，产生标准脉冲信号（脉冲电压Vi），注入到GTEM小室，此信号在被测传感器附近产生电场Ei；参考传感器响应电压VOr，经测控主机测量的电压值为VMr；被测传感器响应电压为VOS，经测控主机测量的电压值为VMS。（Hcell为GTEM小室输入脉冲电压和传感器处附近电场强度的传递函数，Hsys为传感器响应电压和测控系统测量结果的传递函数，Href为参考传感器的等效高度，Hsens为被测传感器的等效高度。）

参考传感器测量输出为：Vmr=Vi*Hcell*Href*Hsys

被测传感器测量输出为：VMS=Vi*Hcell*Hsens*Hsys

两式相除，可得到被测传感器和参考传感器的关系式。

Hsens=VMS/Vmr*Href

因此，利用被测传感器和参考传感器的电压响应，可测得被测传感器的等效高度。

4.测控系统设计

信号发生器（Agilent N5181A），输出频率250kHz～6GHz，有网络接口，可使用TCP协议控制。高速示波器（Agilent DSO90404A），采样频率4GHz，有网络接口，可使用TCP协议控制。

测控软件通过TCP协议与信号发生器和高速示波器的连接，定时发送命令控制信号发生器输出指定的信号，同时从高速示波器上读出电压平均值。把采集到的电压信号与基准传感器电压信号进行综合分析，计算出传感器在每个频点的等效高度和平均等效高度。

测控软件可以选择测量频点范围和带宽，可以控制信号发生器的输出功率。

5.测量步骤

1）设置信号发生器IP地址，设置高速示波器IP地址，设置测控主机IP地址，用测控主机连接信号发生器和高速示波器。

2）连接信号发生器的信号输出端到GTEM小室的信号输入端；在GTEM小室传感器测量口处放置基准传感器；连接传感器的信号线到高速示波器。

3）用测控主机控制信号发生器，向GTEM小室内注入脉冲信号，幅值13dBm，频率100MHz～2000MHz，带宽10MHz。用测控主机同步采集高速示波器测量到的电压值，记录每个频点的电压平均值。

4）以上结果为基准传感器的电压响应信号Uref（f）。

5）更换基准传感器为被测传感器，重复第3）步操作，记录被测量传感器的电压响应信号Usens（f）。如4所示，紫色曲线为基准传感器电压响应曲线，蓝色曲线为被测传感器电压响应曲线。

6）测控主机自动处理Usens（f）/Uref（f），得出被测量传感器的等效高度。如图5所示，红色曲线为被测传感器的等效高度曲线（图5）。

6.结论

利用GTEM小室、高速示波器、信号发生器，开发测控程序，可以实现对特高频传感器等效高度的测量。

参考文献

[1] GIS四种缺陷局放UHF信号标定技术研究[J].王辉，郭志红，云玉新，李秀卫，钱勇，黄成军，江秀臣.电力系统保护与控制.2012（21）.