基于光纖傳輸的高電壓測量裝置

　　引言

　　線圈炮的測試和研究需要對大功率脈沖電容器上的電壓進行測量。即在電容的額定電壓下對電容進行不同電壓的充電，然后再對線圈進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圈炮的理論及實驗研究具有重要意義。該實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。此裝置相對來說，其結構比較簡單，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為可以測量的低電壓信號。其實現方法是通過分壓電阻來對其分壓，其電路原理如圖2所示。其中，輸入高電壓Ui經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，選擇合適且物理性質相似的電阻.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。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Burr-Brow公司生產的VFC系列產品之一，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系的頻率信號。

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