高壓功率放大器在雙晶補償傳感器溫度特性評測中的關鍵作用

　　實驗名稱：雙晶補償電場傳感器溫度特性試驗

　　實驗目的：針對電場傳感器小型化需求，提出共路鈮酸鋰電場傳感方案，試驗獲取了共路傳感器基本特性，同時校準了電場傳感器時域響應和頻域響應特性。針對電場傳感器在寬溫濕區長期使用的需求，通過分析溫度對傳感器精度的影響機制，提出了雙晶補償電場傳感器和Z軸通光電場傳感器，開展溫度試驗獲取了傳感器寬溫區適應性，同時開展濕度試驗獲取了傳感器寬濕區適應性。最后將溫濕度穩定性良好的強電場傳感器應用于多次現場試驗以驗證電場傳感器性能。

　　測試設備：任意函數發生器、功率放大器、沖擊電壓發生器、分壓器、示波器、平板電極等。

　　實驗過程：

　　電場幅值大、頻率范圍寬的電場發生裝置獲得較為困難，本文通過組合兩種不同高低頻電場信號發生裝置作為寬頻源，寬頻源1：使用任意函數發生器產生頻率10Hz-20kHz的小幅值正弦信號，通過高壓放大器產生強電場，使用頻域校準的方法獲取電場傳感器該頻段頻率響應特性；寬頻源2：使用雷電沖擊發生器產生陡波電場，對校準電場和傳感器輸出使用傅里葉變換獲取對應的頻域信號，計算獲得頻率響應，雷電沖擊時域信號轉換為頻域信號后，頻譜主要分布在10kHz-2MHz范圍內，因此通過時域校準的方法可以獲取傳感器該頻段頻率響應特性，最后拼接獲得強電場傳感器10Hz-2MHz范圍內頻率響應特性。

圖：電場傳感器特性試驗平臺

　　①10Hz-20kHz范圍頻率響應

　　基于圖2.11所示電場傳感器特性試驗平臺，采用頻率校準方法測量電場傳感器在10Hz-20kHz范圍的頻率響應，采用任意函數發生器和高壓放大器的組合電壓源在平板電極施加幅值2kV正弦波信號，調節正弦信號頻率從10Hz上升至20kHz，同時采集正弦輸入信號和傳感器的輸出信號。

圖2：10Hz-20kHz范圍的頻率響應（頻率以10kHz作為參考）

　　圖2描述強電場傳感器10Hz-20kHz范圍的頻率響應，傳感器響應基本為一條平坦直線，振幅比波動小于0.42dB，相位差小于8.01°，試驗結果表明共路電場傳感器在10Hz-20kHz范圍內具有良好的頻率響應。

　　②10kHz-1MHz范圍頻率響應

　　基于電場傳感器特性試驗平臺，采用時域的方法測量電場傳感器在10kHz-1MHz范圍的頻率響應，使用多參數沖擊發生產生峰值3kV雷電沖擊電壓，施加在平板電極產生沖擊校準電場，記錄施加電場和傳感器輸出波形，使用傅里葉變換獲取對應的頻域信號，進一步處理獲得傳感器該頻段頻率響應特性。

圖3：10kHz-1MHz范圍的頻率響應（頻率以10kHz作為參考）

　　圖3描述強電場傳感器10kHz-1MHz范圍的頻率響應，在10kHz-500kHz頻率范圍內，振幅比波動小于2.12dB，相位差小于51.9°，當頻率小于500kHz時，傳感器響應保持一致，基本為一條直線；當頻率超過500kHz時，由于存在若干個壓電諧振頻點導致振幅比和相位差出現波動。

　　實驗結果：

　　綜合10Hz-20kHz和10kHz-1MHz范圍內傳感器的頻率響應特性，得到共路強電場傳感器在10Hz-500kHz頻率范圍內，傳感器幅頻響應的波動小于3dB，頻率響應保持穩定。

圖：ATA-4315高壓功率放大器指標參數

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