Ein Beitrag zur technischen Realisierung eines optischen Stoßspannungsmesssystems:
Gespeichert in:
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2006
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adam_text | EIN BEITRAG ZUR TECHNISCHEN REALISIERUNG EINES OPTISCHEN
STOSSSPANNUNGSMESSSYSTEMS DER FAKULTAET FUER MASCHINENBAU, ELEKTROTECHNIK
UND WIRTSCHAFTSINGENIEURWESEN DER BRANDENBURGISCHEN TECHNISCHEN
UNIVERSITAET VORGELEGTE DISSERTATION ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN
GRADES EINES DOKTOR-INGENIEURS VON DIPL.-ING. HOLGER BOROWIAK GEBOREN AM
05. JANUAR 1968 IN GUBEN VORSITZENDER: PROF. DR.-ING. GUENTER PFEIFFER
GUTACHTER: PROF. DR.-ING. HARALD SCHWARZ GUTACHTER: PROF. DR.-ING.
WOLFGANG SCHUERFT TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG: 04.05.2006 INHALT 1
EINLEITUNG 1 1.1 BEISPIELE FUER OPTISCHE SENSOREN UND SPANNUNGSWANDLER 1
1.1.1 MESSFREQUENZEN UNTER 1 MHZ 1 1.1.2 MESSFREQUENZEN UEBER 1 MHZ 5
1.1.3 HYBRID-OPTISCHE STROM-UND SPANNUNGSWANDLER 7 1.2
ENTWICKLUNGSANSATZ 7 2 GRUNDLEGENDE BETRACHTUNGEN 9 2.1 STOSSSPANNUNG 9
2.2 AUSZUEGE AUS RELEVANTEN NORMEN ZUR AUSLEGUNG DES SENSORS 9 2.2.1
ISOLATIONSKOORDINATION - BEGRIFFE, GRUNDSAETZE UND ANFORDERUNGEN 9 2.2.2
GEMEINSAME BESTIMMUNGEN FUER HS-SCHALTGERAETE-NORMEN 10 2.2.3
HOCHSPANNUNGS-PRUEFTECHNIK -ALLGEMEINE FESTLEGUNGEN UND PRUEFBEDINGUNGEN
10 2.2.4 HOCHSPANNUNGS-PRUEFTECHNIK - MESSSYSTEME 12 2.2.5
HOCHSPANNUNGS-PRUEFTECHNIK - BEGRIFFE UND ANFORDERUNGEN 15 2.2.6
HOCHSPANNUNGS-PRUEFTECHNIK - MESSSYSTEME A11 15 2.2.7 INSTRUMENT
TRANSFORMERS - ELECTRONIC VOLTAGE TRANSFORMERS 15 2.3 SERIEN DER
STOSSSPANNUNGS-PRUEFSYSTEME 15 2.4 ELEKTROOPTISCHE EFFEKTE IM VERGLEICH 16
2.4.1 LONGITUDINALER POCKELS-EFFEKT (LPE) 17 2.4.2 TRANSVERSALER
POCKELS-EFFEKT (TPE) 18 2.4.3 KERR-EFFEKT 19 2.4.4 EINFLUSS DER
ELEKTROOPTISCHEN EFFEKTE IN DER KRISTALLKENNLINIE 20 2.4.5 AUSWAHL DES
ELEKTROOPTISCHEN EFFEKTS 21 2.5 LONGITUDINALER POCKELS-EFFEKT IN DER
ANWENDUNG 23 2.5.1 FUNKTIONSPRINZIP UND MODULATION 23 2.5.2
WELLENAUSBREITUNG IM KRISTALL 24 2.5.3 EIGENSCHAFTEN DER MODULIERTEN
OPTISCHEN WELLE 25 2.5.4 TRANSMISSIONSKENNLINIE, ARBEITSPUNKTEINSTELLUNG
UND LINEARISIERUNG 27 2.5.5 MODULATION UND QUELLENRAUSCHEN 28 2.5.6
REGELUNG DER LICHTQUELLE ZUR KOMPENSATION DER DAEMPFUNG 29 2.5.7 GRENZEN
DES DYNAMIKBEREICHS 30 2.5.8 BEISPIELWERTE FUER DEN SIGNAL-RAUSCH-ABSTAND
(SNR) 31 2.5.9 TEMPERATURBEREICH 31 2.6 EIGENSCHAFTEN AUSGEWAEHLTER
POCKELS-KRISTALLE 32 2.6.1 RESONANZFREQUENZEN VON VERSCHIEDENEN
POCKELS-KRISTALLEN 33 2.6.2 QUOTIENTEN AUS ELASTISCHER STEIFIGKEIT UND
DICHTE IM VERGLEICH 35 2.6.3 RESUEMEE ZU BISMUTGERMANAT (BGO) 36 2.6.4
OPTISCHE ACHSE BEI BGO 37 2.6.5 FREQUENZGANG VON BGO-KRISTALLEN MIT
UNTERSCHIEDLICHER APERTUR 38 2.6.6 EINZELKRISTALLE MIT SEHR KLEINER
STIRNFLAECHE 40 2.7 LICHTQUELLEN 41 2.7.1 BESCHREIBUNG DER LICHTQUELLEN
41 2.7.2 ERMITTELTE WERTE FUER LEISTUNG UND SNR 42 2.7.3 RAUSCHVERHALTEN
DER LICHTQUELLEN IM ZUSAMMENHANG MIT DEREN REGELUNG 43 2.8
LICHTWELLENLEITER 45 2.9 FOTOEMPFAENGER 46 2.10 BEWERTUNG DER IM IMPULS
ENTHALTENEN FREQUENZANTEILE 51 2.10.1 STANDARD BLITZSTOSSSPANNUNG 54
2.10.2 ABGESCHNITTENE BLITZSTOSSSPANNUNG 56 3 UNTERSUCHUNGEN AM STACK 57
3.1 AUFBAU 57 3.2 EIGENSCHAFTEN 59 3.2.1 OBERFLAECHENEIGENSCHAFTEN DER
KRISTALLPLAETTCHEN 59 3.2.2 VERWENDETER KLEBSTOFF 60 3.3 FELDSTAERKE UND
MODULATION 64 3.3.1 ERRECHNETE GROESSENORDNUNG DER MODULATION 64 3.3.2
GEMESSENE MODULATION IN DEN STACKS 65 3.3.3 SCHEITELWERTE DER STACKS IN
PROZENT 67 3.4 UEBERTRAGUNGSKENNLINIEN 68 3.4.1 ANORDNUNG AUF DER
OPTISCHEN BANK 68 3.4.2 LEISTUNGSBILANZ BEI VERWENDUNG DER OPTISCHEN
BANK 69 3.4.3 BERECHNUNG UND SIMULATION FUER DIE MESSANORDNUNG AUF
OPTISCHER BANK 69 3.4.4 ANALYSE DER STACK-KENNLINIEN 70 3.4.5
BETRACHTUNG DES FREQUENZBEREICHS UM 10 MHZ 73 3.4.6 KENNLINIEN DER
STACKS UND DES BGO-KRISTALLS IM VERGLEICH 75 3.4.7 STOEREINFLUESSE 77 3.5
ANSTEUERUNG MIT KURZEN ANSTIEGSZEITEN 78 3.5.1 GEGENUEBERSTELLUNG DER
IMPULSANTWORTEN VON BGO-KRISTALL UND STACK 79 3.5.2 ANSTIEGE VON IMPULS
UND OPTISCH GEMESSENEM IMPULS 79 4 UNTERSUCHUNGEN AM SENSOR 82 4.1
HS-TESTS MIT SENSORMODUM IM KUGELFUNKENSTRECKENGESTELL 82 4.1.1
LEISTUNGSBILANZ BEI SENSORMODUM 84 4.1.2 RAEUMLICHE ANORDNUNG DER
ELEMENTE DES MESSAUFBAUS 85 4.1.3 SENSORMODUH ZWISCHEN ELEKTRODEN VON
200MM DURCHMESSER 86 4.1.4 SENSORMODULI ZWISCHEN ELEKTRODEN VON 500MM
DURCHMESSER 89 4.2 HS-TESTS MIT SENSORMODUH IM VERBUNDISOLATORGEHAEUSE 91
4.3 HS-TESTS MIT SENSORMODUL2 IM VERBUNDISOLATORGEHAEUSE 94 4.4
GEHAEUSEVARIANTEN 97 4.4.1 ZYLINDERFOERMIGES VERBUNDISOLATORGEHAEUSE 97
4.4.2 UNTERBRINGUNG IN HALBKUGELFOERMIGER AUSSENELEKTRODE 98 5 DIGITALE
SIGNALVERARBEITUNG 99 5.1 OPTISCHE SYNCHRONISATION DER OSZILLOSKOPE 99
5.2 ABTASTUNG DES SIGNALS VOM FOTOEMPFAENGER 100 5.3 FILTERUNG 101 5.4
DIGITALISIERUNG 103 5.5 MESSKARTE 103 5.6 REGELUNG UND SIGNALNORMIERUNG
104 5.7 SCHNITTSTELLEN 105 6 SIGNALQUALITAET DER OPTISCHEN MESSUNGEN 107
6.1 VOLLE BLITZSTOSSSPANNUNG 108 6.1.1 MESSUNSICHERHEIT IM SCHEITEL 109
6.1.2 MESSUNSICHERHEIT IN DEN ZEITPARAMETERN 110 6.1.3 6.2 6.3 6.4 6.5 7
8 9 10 11 SCHWINGUNGEN IM SCHEITEL IN DER STIRN ABGESCHNITTENE
BLITZSTOSSSPANNUNG IM RUECKEN ABGESCHNITTENE BLITZSTOSSSPANNUNG
SIGNAL-RAUSCH-ABSTAND STOERFELDER ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ANHANG A
ANHANG B LITERATURVERZEICHNIS FORMELZEICHEN- UND ABKUERZUNGSVERZEICHNIS
112 113 115 117 118 121 125 143 145 153
|
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EIN BEITRAG ZUR TECHNISCHEN REALISIERUNG EINES OPTISCHEN
STOSSSPANNUNGSMESSSYSTEMS DER FAKULTAET FUER MASCHINENBAU, ELEKTROTECHNIK
UND WIRTSCHAFTSINGENIEURWESEN DER BRANDENBURGISCHEN TECHNISCHEN
UNIVERSITAET VORGELEGTE DISSERTATION ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN
GRADES EINES DOKTOR-INGENIEURS VON DIPL.-ING. HOLGER BOROWIAK GEBOREN AM
05. JANUAR 1968 IN GUBEN VORSITZENDER: PROF. DR.-ING. GUENTER PFEIFFER
GUTACHTER: PROF. DR.-ING. HARALD SCHWARZ GUTACHTER: PROF. DR.-ING.
WOLFGANG SCHUERFT TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG: 04.05.2006 INHALT 1
EINLEITUNG 1 1.1 BEISPIELE FUER OPTISCHE SENSOREN UND SPANNUNGSWANDLER 1
1.1.1 MESSFREQUENZEN UNTER 1 MHZ 1 1.1.2 MESSFREQUENZEN UEBER 1 MHZ 5
1.1.3 HYBRID-OPTISCHE STROM-UND SPANNUNGSWANDLER 7 1.2
ENTWICKLUNGSANSATZ 7 2 GRUNDLEGENDE BETRACHTUNGEN 9 2.1 STOSSSPANNUNG 9
2.2 AUSZUEGE AUS RELEVANTEN NORMEN ZUR AUSLEGUNG DES SENSORS 9 2.2.1
ISOLATIONSKOORDINATION - BEGRIFFE, GRUNDSAETZE UND ANFORDERUNGEN 9 2.2.2
GEMEINSAME BESTIMMUNGEN FUER HS-SCHALTGERAETE-NORMEN 10 2.2.3
HOCHSPANNUNGS-PRUEFTECHNIK -ALLGEMEINE FESTLEGUNGEN UND PRUEFBEDINGUNGEN
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HOCHSPANNUNGS-PRUEFTECHNIK - BEGRIFFE UND ANFORDERUNGEN 15 2.2.6
HOCHSPANNUNGS-PRUEFTECHNIK - MESSSYSTEME A11 15 2.2.7 INSTRUMENT
TRANSFORMERS - ELECTRONIC VOLTAGE TRANSFORMERS 15 2.3 SERIEN DER
STOSSSPANNUNGS-PRUEFSYSTEME 15 2.4 ELEKTROOPTISCHE EFFEKTE IM VERGLEICH 16
2.4.1 LONGITUDINALER POCKELS-EFFEKT (LPE) 17 2.4.2 TRANSVERSALER
POCKELS-EFFEKT (TPE) 18 2.4.3 KERR-EFFEKT 19 2.4.4 EINFLUSS DER
ELEKTROOPTISCHEN EFFEKTE IN DER KRISTALLKENNLINIE 20 2.4.5 AUSWAHL DES
ELEKTROOPTISCHEN EFFEKTS 21 2.5 LONGITUDINALER POCKELS-EFFEKT IN DER
ANWENDUNG 23 2.5.1 FUNKTIONSPRINZIP UND MODULATION 23 2.5.2
WELLENAUSBREITUNG IM KRISTALL 24 2.5.3 EIGENSCHAFTEN DER MODULIERTEN
OPTISCHEN WELLE 25 2.5.4 TRANSMISSIONSKENNLINIE, ARBEITSPUNKTEINSTELLUNG
UND LINEARISIERUNG 27 2.5.5 MODULATION UND QUELLENRAUSCHEN 28 2.5.6
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POCKELS-KRISTALLE 32 2.6.1 RESONANZFREQUENZEN VON VERSCHIEDENEN
POCKELS-KRISTALLEN 33 2.6.2 QUOTIENTEN AUS ELASTISCHER STEIFIGKEIT UND
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41 2.7.2 ERMITTELTE WERTE FUER LEISTUNG UND SNR 42 2.7.3 RAUSCHVERHALTEN
DER LICHTQUELLEN IM ZUSAMMENHANG MIT DEREN REGELUNG 43 2.8
LICHTWELLENLEITER 45 2.9 FOTOEMPFAENGER 46 2.10 BEWERTUNG DER IM IMPULS
ENTHALTENEN FREQUENZANTEILE 51 2.10.1 STANDARD BLITZSTOSSSPANNUNG 54
2.10.2 ABGESCHNITTENE BLITZSTOSSSPANNUNG 56 3 UNTERSUCHUNGEN AM STACK 57
3.1 AUFBAU 57 3.2 EIGENSCHAFTEN 59 3.2.1 OBERFLAECHENEIGENSCHAFTEN DER
KRISTALLPLAETTCHEN 59 3.2.2 VERWENDETER KLEBSTOFF 60 3.3 FELDSTAERKE UND
MODULATION 64 3.3.1 ERRECHNETE GROESSENORDNUNG DER MODULATION 64 3.3.2
GEMESSENE MODULATION IN DEN STACKS 65 3.3.3 SCHEITELWERTE DER STACKS IN
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STACKS UND DES BGO-KRISTALLS IM VERGLEICH 75 3.4.7 STOEREINFLUESSE 77 3.5
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200MM DURCHMESSER 86 4.1.4 SENSORMODULI ZWISCHEN ELEKTRODEN VON 500MM
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