基于光纤传输的高电压测量装置

　　引言

　　线圈炮的测试和研究需要对大功率脉冲电容器上的电压进行测量。即在电容的额定电压下对电容进行不同电压的充电，然后再对线圈进行放电试验以获取弹丸的速度等重要参数。因此，高电压的测量对于线圈炮的理论及实验研究具有重要意义。该实验室电容器组中的最小额定电压为5 kV，最高为100 kV，因此，准确、安全的获得高电压值已成为亟待解决的问题。

　　1 高电压测量装置的组成原理

　　本文所设计的基于光纤传输的高电压测量装置由高电压分压器、V/F (电压/频率)转换器、光电信号转换电路、光纤、单片机计算系统、LED显示电路等组成。此装置相对来说，其结构比较简单，操作方便，而且具有较强的抗干扰能力，利用光纤传输能够满足远距离测量要求。其基本工作原理框图如图1所示。

　　2 硬件设计

　　本测量装置由高电压分压器、V/F(电压/频率)转换器、光电信号转换电路、光纤传输、单片机计算系统、LED显示等电路构成。整个装置以单片机为核心，并配以一定的外围电路和软件，从而实现特定的检测功能。

　　2.1 高压分压电路的设计

　　高压分压电路就是按一定分压比将被测高电压变为可以测量的低电压信号。其实现方法是通过分压电阻来对其分压，其电路原理如图2所示。其中，输入高电压Ui经分压电阻分压后与输出低电压Uout的分压比为：

　　n=R0/(R0+R)

　　由于R>>R0，所以可取n=R0/R，即：Uout=nUi。

　　设计时，选择合适且物理性质相似的电阻.可以提高分压精度，因为所要确定的分压比只与电阻的阻值有关。另外，在高压电路中，也要求电阻具有较高的耐压和耐热特性。

　　2.2 电压/频率转换电路

　　VFC32是美国Burr-Brow公司生产的VFC系列产品之一，它可以把输入模拟电压变换成相应频率的输出脉冲。利用它可以很方便地进行调频模拟信号的调制和解调。这样，选择合适的外围元件便可以输出与输入电压信号成一定比例关系的频率信号。

　　VFC32的最高工作频率为500 kHz。该器件的变换线性度很好，在10 kHz满刻度频率时，其最大非线性误差仅为