交流电压校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种交流电压校准装置及方法，装置包括量子电压标准器(1)、差分测量模块(3)和平衡调节单元(4)，所述量子电压标准器(1)的输出端与所述差分测量模块(3)连接，所述差分测量模块(3)与所述平衡调节单元(4)的输入端连接，所述平衡调节单元(4)的输出端与所述量子电压标准器(1)的输入端连接。本发明专利技术不需要进行信号的差值测量及后续叠加计算。进行信号的差值测量及后续叠加计算。进行信号的差值测量及后续叠加计算。

【技术实现步骤摘要】
交流电压校准装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种交流电压校准装置及方法。

技术介绍

[0002]现有的量子交流电压校准装置一般采用基于可编程约瑟夫森电压标准的差分测量方案，如图3所示，而可编程约瑟夫森电压输出为阶梯波，因此这种方案一般先使用采样系统对差值电压进行采样，然后把采样到的差值电压与可编程约瑟夫森电压进行相加，才能得到实际电压。同时，由于转换时可编程约瑟夫森电压不处于量子态，因此电压值不稳定，则需要舍去在电压转换时的数据，并使用恢复的电压值进行计算，得出交流电压值。可见，现有技术需要对采样电压和标准电压进行叠加，从而使得计算较为复杂。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种交流电压校准装置及方法。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种交流电压校准装置及方法，装置包括量子电压标准器、差分测量模块和平衡调节单元，所述量子电压标准器的输出端与所述差分测量模块连接，所述差分测量模块与所述平衡调节单元的输入端连接，所述平衡调节单元的输出端与所述量子电压标准器的输入端连接。
[0005]根据本专利技术的一个方面，所述差分测量模块还可与被测交流电压源的输出端连接，所述平衡调节单元的输出端还可与所述被测交流电压源的输入端连接。
[0006]根据本专利技术的一个方面，所述差分测量模块包括差分感应分压器、锁相放大器和隔离变压器。
[0007]根据本专利技术的一个方面，所述量子电压标准器的高端与所述差分感应分压器的输入端连接，且所述量子电压标准器的低端接地；
[0008]所述被测交流电压源的高端和低端均与所述分压器的输入端连接，且所述被测交流电压源的低端还接地；
[0009]还包括分压器，用于扩展系统测量电压范围，如被测交流电压源输出电压小于等于与量子电压标准器输出最大电压时，可省去分压器，或令分压器处于1：1状态。如被测交流电压源输出电压大于与量子电压标准器输出最大电压时，可使用分压器把被测交流电源输出电压按照一定比例降低(降低后电压小于等于量子电压标准器输出最大电压)，而后进行测量。
[0010]所述分压器的高端和低端均与所述隔离变压器的输入端连接，且所述分压器的高端还与所述差分感应分压器的输入端连接；
[0011]所述差分感应分压器和所述隔离变压器的输出端均与所述锁相放大器的输入端连接；
[0012]所述锁相放大器的输出端与所述平衡调节单元的输入端连接。
[0013]根据本专利技术的一个方面，还包括时钟同步器，所述时钟同步器的输入端与所述平
衡调节单元的输出端连接；
[0014]所述时钟同步器的输出端分别与所述量子电压标准器和所述被测交流电压源的输入端连接，用于完成所述量子电压标准器和所述被测交流电压源的时钟同步及相位差调节；
[0015]所述时钟同步器为双路信号发生器。
[0016]根据本专利技术的一个方面，所述量子电压标准器为脉冲驱动交流量子电压标准器，可进行幅值调节。
[0017]根据本专利技术的一个方面，所述分压器用于在校准所述被测交流电压源的高电压时对电压进行分压，将输出电压降至1V以下；
[0018]所述差分感应分压器用于对两个同标称值的交流电压进行取差处理；
[0019]所述隔离变压器用于使隔离前后的信号保持不变；
[0020]所述锁相放大器用于完成差值电压以及所述分压器输出信号的同向分量和正交分量的测量；
[0021]所述平衡调节单元用于对所述锁相放大器测得的数据进行计算，并调节时钟同步相位差及所述量子电压标准器的幅值，以使所述锁相放大器测得的电压最小。
[0022]根据本专利技术的一个方面，所述分压器为感应分压器或电阻分压器；
[0023]所述差分感应分压器由反向绕制的两个绕组及差分感应电压输出绕组组成。
[0024]交流电压校准方法，包括以下步骤：
[0025]a、调节被测交流电压源的幅值；
[0026]b、调节被测交流电压源的相位；
[0027]c、重复所述步骤(a)和所述步骤(b)，直到锁相放大器的测量差值趋于零。
[0028]根据本专利技术的一个方面，量子电压标准器的输出信号为U
s
＝(1+ε)sinωt；
[0029]ε为量子电压标准器输出电压与被测交流电压源的幅值差，ω为角频率，t为时间，
[0030]被测交流电压源的输出信号为
[0031]为被测交流电压源信号与量子电压标准器输出信号相位差。
[0032]锁相放大器的差值信号为
[0033]锁相放大器的参考端电压为
[0034]ψ和β分别为隔离变压器的角差和比差；
[0035]由于β、ψ、都较小，参考端电压可视为U
′
r
＝sin(ωt)。
[0036]锁相放大器所显示值U≈asinωt+bcosωt，其中a为同向分量幅值，b为正交分量幅值。
[0037]同时
[0038]解得：
[0039][0040][0041][0042]ε＝a
‑
1+cos[arsin(
‑
b)]；
[0043]可根据计算得出的ε、调节被测交流电压源的幅值及同步器输出的相位差。
[0044]根据本专利技术的构思，提出一种基于自动平衡的差分电压源校准方案。利用脉冲驱动量子电压标准器，可输出纯净的正弦信号，因此不需要进行信号的差值测量及后续叠加计算。本专利技术的方案为，通过调节交流量子电压与被测电压源之间的相位差及被测电压源的电压幅值，使得差值测量得出的结果为零，则可认为被测交流电压源输出的电压与量子电压标准输出的电压一致。
[0045]根据本专利技术的一个方案，采用差分感应分压器及锁相放大器测量电压差值的方式搭建基于量子电压的交流电压表。
[0046]根据本专利技术的一个方案，采用程控程序控制调节被测交流电压源输出的幅值大小及与同步信号之间的相位，并调节其与量子电压之间的差值，使用锁相放大器测量差值信号的大小，通过差值信号同相分量及正交分量的大小调节被测交流电压源输出的幅值及相位，经过3
‑
5次调节，即可调节平衡，使得锁相放大器测量的差分电压值最小，则可认为所测被测交流电压源与量子电压幅值相等。
[0047]根据本专利技术的一个方案，脉冲驱动交流量子电压的最大电压为1V或2V，对于高电压不能直接差分测量的缺陷，在高压交流电压输出后接高准确度的感应分压器或电阻分压器，降压后进行差分测量，从而可完成高压端量子电压表的量程扩展。
附图说明
[0048]图1示意性表示本专利技术一种实施方式的差分测量法的原理图；
[0049]图2示意性表示本专利技术一种实施方式的基于差分测量法的交流电压校准装置的电路原理框图；
[0050]图3为可编程约瑟夫森电压示意图。
具体实施方式
[0051]为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交流电压校准装置，其特征在于，包括量子电压标准器(1)、差分测量模块(3)和平衡调节单元(4)，所述量子电压标准器(1)的输出端与所述差分测量模块(3)连接，所述差分测量模块(3)与所述平衡调节单元(4)的输入端连接，所述平衡调节单元(4)的输出端与所述量子电压标准器(1)的输入端连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述差分测量模块(3)还可与被测交流电压源(2)的输出端连接，所述平衡调节单元(4)的输出端还可与所述被测交流电压源(2)的输入端连接。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述差分测量模块(3)包括差分感应分压器(32)、锁相放大器(33)和隔离变压器(34)。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述量子电压标准器(1)的高端与所述差分感应分压器(32)的输入端连接，且所述量子电压标准器(1)的低端接地；所述被测交流电压源(2)的高端和低端均与所述分压器(31)的输入端连接，且所述被测交流电压源(2)的低端还接地；还包括分压器(31)，用于扩展系统测量电压范围；若所述被测交流电压源(2)的输出电压小于等于所述量子电压标准器(1)输出最大电压时，省去分压器(31)或令分压器(31)处于1：1状态；若所述被测交流电压源(2)的输出电压大于所述量子电压标准器(1)输出最大电压时，使用分压器(31)将所述被测交流电源(2)的输出电压按照一定比例降低，降低后电压小于等于所述量子电压标准器(1)的输出最大电压，而后进行测量；所述分压器(31)的高端和低端均与所述隔离变压器(34)的输入端连接，且所述分压器(31)的高端还与所述差分感应分压器(32)的输入端连接；所述差分感应分压器(32)和所述隔离变压器(34)的输出端均与所述锁相放大器(33)的输入端连接；所述锁相放大器(33)的输出端与所述平衡调节单元(4)的输入端连接。5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括时钟同步器(5)，所述时钟同步器(5)的输入端与所述平衡调节单元(4)的输出端连接；所述时钟同步器(5)的输出端分别与所述量子电压标准器(1)和所述被测交流电压源(2)的输入端连接，用于完成所述量子电压标准器(1)和所述被测交流电压源(2)的时钟同步及相位差调节；所述时钟同步器(5)为双路信号发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴康，王莺，潘攀，王逸洲，薛颖果，
申请(专利权)人：北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：