一種反饋零差式光學(xué)電壓傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣測量技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于測量電壓的光學(xué)傳感器，該傳 感器尤其適合用于測量較強(qiáng)的交變電場或電力系統(tǒng)的工頻高電壓，較一般的光學(xué)電壓傳感 器穩(wěn)定性高，較傳統(tǒng)傳感器頻帶寬。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)電壓傳感器的原理基于線性電光效應(yīng)，傳感器由純光學(xué)元件組成，整個傳感 器是無源的，在高電壓等級電力系統(tǒng)、電磁環(huán)境復(fù)雜的場合具有很明顯的優(yōu)勢。例如，在電 力系統(tǒng)，隨著電壓等級的逐漸提高W及智能電網(wǎng)的發(fā)展，光學(xué)電壓互感器具有更簡單的絕 緣結(jié)構(gòu)、安全性更高的優(yōu)勢而被重視。在電磁環(huán)境復(fù)雜的場合，光學(xué)電壓傳感器不會改變原 電場分布，輸出光信號不受電磁干擾，應(yīng)用優(yōu)勢非常顯著。
[0003] 由光學(xué)電壓傳感器構(gòu)成的電壓互感器已在電力系統(tǒng)母線高電壓的測量中有較小 范圍的應(yīng)用，但是電壓互感器的整體穩(wěn)定性仍容易受溫度、振動等因素的影響。目前改善其 穩(wěn)定性的典型思路是采用開環(huán)式的雙光路結(jié)構(gòu)，方案中利用光學(xué)晶體的線性電光效應(yīng)來傳 感被測電場，利用溫度、振動等因素變化緩慢的特點，在傳感器的輸出信號中將溫度、振動 等因素的輸出作為直流分量處理，再將被電壓調(diào)制的交流信號與直流分量相除，然后將兩 個通道處理后的信號相減，可W在一定程度上消除影響。但根據(jù)實際測試和運行數(shù)據(jù)，其長 期運行的穩(wěn)定性仍未能很好的解決。作者的另一已授權(quán)發(fā)明專利化201110376588. 7提出 利用雙晶體方式解決溫度、振動等因素的影響，該方案利用溫度、振動等因素在兩塊晶體內(nèi) 產(chǎn)生的附加相位延遲相反的特征，使得在傳感器的光輸出中消除溫度、振動等因素的影響。 但該方案仍為開環(huán)檢測，當(dāng)由于溫度等原因使得傳感晶體內(nèi)的通光光線產(chǎn)生偏移時，傳感 器的輸出將發(fā)生變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本申請?zhí)峁┑氖且环N反饋零差式光學(xué)電壓傳感器， 其中通過對光學(xué)晶體W及=角棱鏡的具體結(jié)構(gòu)及其設(shè)置方式進(jìn)行研究和設(shè)及，消除了溫 度、震動等因素對傳感器的影響，因而尤其適用于電力工業(yè)電場檢測。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種反饋零差式光學(xué)電壓傳感 器，其特征在于，該傳感器沿光路傳輸方向依次包括：入射光纖、第一準(zhǔn)直器、起偏器、第一 光學(xué)晶體、半波片、第一=角棱鏡、第二=角棱鏡、第二光學(xué)晶體、檢偏器、第二準(zhǔn)直器、出射 光纖；
[0006] 從所述出射光纖輸出的光信號經(jīng)信號處理電路輸出一反饋電壓給反饋電極；
[0007] 所述第一光學(xué)晶體處在被測電壓產(chǎn)生的電場區(qū)內(nèi)；第二光學(xué)晶體處于反饋電壓產(chǎn) 生的電場區(qū)內(nèi)，其產(chǎn)生的光學(xué)相位差與被測電壓產(chǎn)生的光學(xué)相位差大小相等，符號相反。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種高壓母線電壓互感器，其特征在于，所述高 壓母線電壓互感器包括上述的光學(xué)電壓傳感器。
[0009]總體而言，按照本發(fā)明的上述技術(shù)構(gòu)思與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備W下的技術(shù)優(yōu) 占. y?、、?
[0010] 1、本發(fā)明光學(xué)電壓傳感器在第二光學(xué)晶體上增加反饋電極形成反饋電場，使整個 傳感器構(gòu)成反饋零差檢測方式，能消除溫度、振動等干擾場對穩(wěn)定性的影響，能消除光線偏 移、光源不穩(wěn)定、光路衰減不穩(wěn)定的影響；
[0011] 2、反饋電壓即能反應(yīng)出被測電壓的大小，無需在信號處理中做相關(guān)補(bǔ)償，因此，該 光學(xué)電壓傳感器能長期穩(wěn)定運行；
[0012] 3、傳感器的輸出只需一個光路，簡化了傳感器的制作工藝，更利于批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明光學(xué)電場傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明光學(xué)電場傳感器應(yīng)用于高壓母線電壓互感器的具示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0016] 如圖1所示，本發(fā)明提供的一種反饋零差式光學(xué)電壓傳感器包括入射光纖8、光纖 準(zhǔn)直器10、起偏器3、第一光學(xué)晶體1、半波片5、=角形棱鏡6、=角形棱鏡7、第二光學(xué)晶體 2、檢偏器4、光纖準(zhǔn)直器11、出射光纖9、反饋電極12、地電極13。
[0017] 第一光學(xué)晶體1處于被測高電壓產(chǎn)生的電場E中，第二光學(xué)晶體2處于反饋電壓 產(chǎn)生的電場中。
[0018] 第一光學(xué)晶體1和第二光學(xué)晶體2之間的光路依次通過半波片5、=角形棱鏡6和 =角形棱鏡7實現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)向，同時改變偏振光波的振動方向。
[0019] 第一光學(xué)晶體1同時受被測電場W及溫度、振動等干擾場的調(diào)制，第二光學(xué)晶體2 同時受反饋電場W及溫度、振動等干擾場的調(diào)制。
[0020] 通過零差檢測使反饋電壓與被測電壓的相位相同，在第一光學(xué)晶體1和第二光學(xué) 晶體2中產(chǎn)生的光學(xué)相位延遲大小相等，方向相反，在出射的光信號中調(diào)制信號接近于零。
[0021] 溫度、振動等干擾場在第一光學(xué)晶體1和第二光學(xué)晶體2內(nèi)產(chǎn)生的調(diào)制相互抵消。
[0022] 入射光通過入射光纖8經(jīng)過光纖準(zhǔn)直器10入射到起偏器3后變成線偏振光，線偏 振光入射第一光學(xué)晶體1，受外加電場EW及溫度、振動等干擾場的調(diào)制，產(chǎn)生雙折射，第一 光學(xué)晶體1產(chǎn)生的雙折射光學(xué)相位延遲為金P十莖15;其中A取為受外加電場E調(diào)制產(chǎn)生的相 位延遲，A5為受溫度、振動等干擾場產(chǎn)生的相位延遲。從第一光學(xué)晶體1出射的光依次 經(jīng)過半波片5、=角形棱鏡6和=角形棱鏡7,半波片5、=角形棱鏡6和=角形棱鏡7改變 光的行進(jìn)方向，同時改變偏振光波的振動方向，再入射第二光學(xué)晶體2,第二光學(xué)晶體2處 在地電位側(cè)，在反饋電壓的作用下，產(chǎn)生與被測電壓作用相等的光學(xué)相位延遲.A護(hù)，但符 號相反，有A巧=-A知；同時由于第二光學(xué)晶體2與第一光學(xué)晶體1處在同一溫度、振動等 環(huán)境中，第二光學(xué)晶體2由于溫度、振動等環(huán)境干擾產(chǎn)生的雙折射光束相位延遲為A5'， 有AS' =-AS，從第二光學(xué)晶體2出射后的整個光路的光學(xué)相位延遲為第一光學(xué)晶體 1和第二光學(xué)晶體2產(chǎn)生的相位延遲之和，為：
9經(jīng)過檢偏器4,從光 纖準(zhǔn)直器11出射后，光信號中調(diào)制信號為零，經(jīng)過信號處理電路19輸出一反饋電壓至反饋 電極，反饋電壓即為與被測電壓成正比的測量結(jié)果。
[002引如圖2所示，當(dāng)本發(fā)明所述的光學(xué)電壓傳感器S安裝于高壓絕緣子14中間時，母 線15上的高電壓U、通過高壓導(dǎo)電桿16施加到光學(xué)電壓傳感器上，由高壓電極16和地電極 17形成的電場對光學(xué)電壓傳感器的第一光學(xué)晶體1產(chǎn)生光學(xué)調(diào)制，傳感器的輸出光信號經(jīng) 過光纜18進(jìn)入信號處理電路19,即可得到與被測母線高電壓U、成正比的測量結(jié)果。
[0024] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，W上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用W 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種反饋零差式光學(xué)電壓傳感器，其特征在于，該傳感器沿光路傳輸方向依次包括： 入射光纖、第一準(zhǔn)直器、起偏器、第一光學(xué)晶體、半波片、第一三角棱鏡、第二三角棱鏡、第二 光學(xué)晶體、檢偏器、第二準(zhǔn)直器、出射光纖以及信號處理電路；從所述出射光纖輸出的光信 號經(jīng)信號處理電路輸出一反饋電壓給反饋電極； 入射光通過所述電壓傳感器的光路，然后得出反饋電壓的值，即被測電壓的值；所述第 一光學(xué)晶體處在所述被測電壓產(chǎn)生的電場區(qū)內(nèi)； 第二光學(xué)晶體處于所述反饋電極產(chǎn)生的電場區(qū)內(nèi)，通過調(diào)制使得所述反饋電極所產(chǎn)生 的電場產(chǎn)生的光學(xué)相位差與被測電壓產(chǎn)生的光學(xué)相位差大小相等，符號相反。2. -種高壓母線電壓互感器，其特征在于，所述互感器包括如權(quán)利要求1所述的光學(xué) 電壓傳感器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種反饋零差式光學(xué)電壓傳感器，屬于電氣測量技術(shù)領(lǐng)域；現(xiàn)有技術(shù)中，光學(xué)電壓傳感器受溫度、震動等因素的影響，本發(fā)明提供一種光學(xué)電壓傳感器，包括兩個光學(xué)晶體，通過在第二光學(xué)晶體上增加反饋電極形成反饋電場，使整個傳感器構(gòu)成反饋零差檢測方式，能消除溫度、振動等干擾場對穩(wěn)定性的影響，能消除光線偏移、光源不穩(wěn)定、光路衰減不穩(wěn)定的影響。
【IPC分類】G01R19/00
【公開號】CN105116196
【申請?zhí)枴緾N201510435781
【發(fā)明人】肖霞, 徐雁, 董澤興, 張宇, 徐墾
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月22日