實驗名稱：交直流混合強電場傳感器的試驗研究

　　實驗目的：搭建測試平臺，對傳感器在交直流混合電場下的響應進行測試，對調制后電場中的目標信號分量進行分離提取，實現交直流混合電場強度的測量和直流電場極性的判斷，驗證傳感方法的有效性并對傳感器進行標定。

　　測試設備：高壓放大器、函數信號發生器、示波器、光電探測器、激光源等。

　　圖1：傳感器測試與標定平臺

　　實驗過程：

　　搭建交直流混合強電場傳感器的試驗平臺，如上圖1所示，函數信號發生器產生交流（50Hz）直流混合電壓信號，經過高壓放大器放大后施加在上平板電極，下平板電極接地，在兩平板電極間產生均勻的電場。電場調制機構的旋轉屏蔽電極貼近下平板電極布置，在電機的帶動下勻速轉動并通過電刷可靠接地。高精度激光源發出波長為1550nm的激光經由單模光纖傳輸至電光傳感單元，在調制后電場的作用下，激光強度會產生相應的變化，再由多模光纖傳輸至光電探測器對激光信號進行強度檢測，實現對調制后電場波形的測量。高壓放大器監測信號、光電探測器與光電碼盤的輸出信號由示波器進行測量與記錄。

　　設定電機轉速為1000r/min，屏蔽電極的開孔數為6，此時電場調制頻率為100Hz。在上下平板電極之間分別施加直流電場與交流（50Hz）直流混合電場，由于旋轉屏蔽電極的調制作用，光電探測器輸出為變化的電壓信號，其波形如圖2所示。

　　圖2：實測調制后電場波形

　　當施加電場為直流電場時，光電探測器輸出波形為正弦波形，其周期為100Hz，與調制頻率相同；當施加電場為交直流混合電場時，由于交流電場的存在，經過調制后光電探測器輸出波形中產生不同的諧波分量。上述結果表明，電場調制機構有效，旋轉屏蔽電極下的電場經過調制后產生了相應的變化。保持交直流混合電場中直流（交流）電場強度不變，逐漸增加交流（直流）電場強度，記錄輸出波形并進行傅里葉分析。如圖3所示頻譜圖，當保持直流電場強度為100kV/m不變時，逐漸增大交流電場強度峰峰值至225kV/m，實測波形頻譜中主要含有50Hz、100Hz與150Hz分量，這與分析的結果相符。其中，50Hz與150Hz分量由交流電場產生，其幅值表征交流電場強度；100Hz分量由直流電場產生，表征直流電場強度。

　　圖3：實測波形的頻譜分析圖

　　實驗結果：

　　交流電場強度增加時，50Hz與150Hz分量的幅值隨之線性增加，而100Hz分量幅值不變，誤差僅在1%以內。同理如圖3(b)所示頻譜圖，當保持交流電場強度峰峰值為150kV/m不變時，逐漸增大直流電場強度至150kV/m，實測波形中表征直流電場強度的100Hz分量的幅值隨之線性增加，而表征交流電場強度的50Hz與150Hz信號幅值不變，誤差最大不超過2%。由此可見，電場調制機構達到了應有的調制效果，外部交流或直流電場強度僅影響其對應的頻率分量，理論分析與試驗結果相符。

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