电压传感器及采用该电压传感器测量电压的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器，具体说涉及一种电压传感器及测量电压的方法。
【背景技术】
[0002]随着智能电网的逐步推广和普及，电压传感器或者电压互感器的需求日益增加。目前光学电压传感器普遍采用基于电光效应的偏振光干涉方法，利用电场对光的偏振态进行调制，并通过偏振检测系统完成对电场信号的提取，由于该方法非常敏感的依赖于整个光路的偏振特性，对于光源以及光路系统的偏振稳定性要求极高，存在成本高，温度稳定性和环境稳定性差等问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种电压传感器，其无需稳定的偏振系统和高偏振质量的光源，并且对于温度和环境的适应性强，成本低。
[0004]本发明的另一目的在于提供一种采用上述电压传感器测量电压的方法，该方法测量准确、成本较低。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为:一种电压传感器，包括单色非偏振光源、第一会聚透镜、电光传感器、偏振器、第二会聚透镜、光阑及光电探测器，所述单色非偏振光源通过光纤连接所述第一会聚透镜，所述第一会聚透镜固定于所述电光传感器一侧面上，所述电光传感器另一侧面与所述偏振器的一侧面固定，所述偏振器的另一侧面通过石英玻璃与所述光阑相固定，所述光阑另一侧面与所述第二会聚透镜的一侧面固定，所述第二会聚透镜另一侧面通过另一光纤与所述光电探测器连接。
[0006]本发明电压传感器，其中，所述光阑和所述第二会聚透镜位置互换，所述偏振器的另一侧面通过石英玻璃与所述第二会聚透镜相固定，所述第二会聚透镜另一侧面与所述光阑的一侧面固定，所述光阑另一侧面通过光纤与所述光电探测器连接。
[0007]本发明电压传感器，其中，所述各固定方式均为粘接固定，所述单色非偏振光源为发光二极管，所述光电探测器为光电二极管。
[0008]本发明电压传感器，其中，所述第一会聚透镜为自聚焦透镜或球面透镜，所述第二会聚透镜为自聚焦透镜。
[0009]本发明电压传感器，其中，所述电光传感器为电光晶体或有机电光材料。
[0010]本发明电压传感器，其中，所述偏振器为偏振玻璃，所述光纤均为多模光纤。
[0011]本发明电压传感器，其中，所述光阑为黑色石英片，所述光阑的中间通孔为圆形、方形或十字形。
[0012]一种采用上述电压传感器测量电压的方法，包括下述步骤:
[0013](I)将待测电压加载于电光传感器上，
[0014](2)使单色非偏振光源发出的光束经由第一会聚透镜后进入电光传感器，从电光传感器出射的光束发散后通过偏振器使光束发生锥光干涉，形成干涉图案，所述干涉图案再经过会聚透镜重新会聚，会聚后的干涉图案部分从光阑的中间通光孔透过，进入光电探测器上。
[0015]本发明测量电压的方法，其中，在所述步骤中，所述干涉图案先从光阑的中间通光孔透过再经过会聚透镜会聚，然后进入光电探测器上。
[0016]本发明测量电压的方法，其中，在所述步骤中，单色非偏振光源发出的光束经第一会聚透镜后形成会聚角为30° -70°的会聚光束。
[0017]采用上述方案后，与现有技术相比由于本发明电压传感器包括单色非偏振光源、第一会聚透镜、电光传感器、偏振器、第二会聚透镜、光阑及光电探测器，采用非偏振光源产生的非偏振光经电光传感器、偏振器后产生锥光干涉图案的变化实现电压传感，因此对偏振稳定性要求不高，无需稳定的偏振系统和高偏振质量的光源，对于温度和环境等适应性强，成本低，稳定性高。
[0018]本发明测量电压的方法，由于采用单色非偏振光源，因此温度和环境适应性强，稳定性高，从而使测量结果更准确。
[0019]下面结合附图具体说明本发明电压传感器。
【附图说明】
[0020]图1是本发明电压传感器的原理图；
[0021]图2是本发明电压传感器实施例一的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]实施例一
[0023]如图2所示，本发明电压传感器包括单色非偏振光源1、第一会聚透镜2、电光传感器3、偏振器4、第二会聚透镜5、光阑6及光电探测器7，单色非偏振光源I通过多模光纤连接第一会聚透镜2，第一会聚透镜2通过胶粘接固定于电光传感器3 —侧面上，电光传感器3另一侧面与偏振器4的一侧面通过胶粘接固定，偏振器4的另一侧面粘接固定有石英玻璃8，石英玻璃8的另一侧面与光阑6粘接固定，光阑6另一侧面与第二会聚透镜5的一侧面通过胶粘接固定，第二会聚透镜5另一侧面通过另一多模光纤与光电探测器7连接。
[0024]在实施例一中，单色非偏振光源I米用发光二极管，其中心波长为550nm，光电探测器7采用大面积光电二极管，第一会聚透镜2可采用自聚焦透镜或普通球面透镜，第二会聚透镜5为自聚焦透镜，电光传感器3可采用铌酸锂晶体或电光晶体，还可采用其他无机电光材料或有机电光材料，偏振器4为偏振玻璃，光阑6为黑色石英片，光阑6的中间通孔可为圆形、方形或十字形。
[0025]实施例二
[0026]本实施例与实施例一不同之处在于，光阑6和第二会聚透镜5位置互换，偏振器4的另一侧面粘接固定有石英玻璃8，石英玻璃8另一侧面粘接固定第二会聚透镜5，第二会聚透镜5另一侧面与光阑6的一侧面粘接固定，光阑6另一侧面通过光纤与光电探测器7连接。
[0027]本发明采用上述电压传感器测量电压的方法，包括下述步骤:
[0028](I)将待测电压加载于电光传感器3上，
[0029](2)如图1所示，使单色非偏振光源I发出的光束经由第一会聚透镜2后形成会聚角为30° -70°的会聚光束进入电光传感器3，从电光传感器3出射的光束发散后通过偏振器4使光束发生锥光干涉，形成干涉图案，干涉图案再经过会聚透镜5重新会聚，会聚后的干涉图案部分从光阑6的中间通光孔透过，进入光电探测器7上。在外加电场的作用下，电光传感器3的双折射性质发生改变，从而导致锥光干涉图案改变，光阑6处的光强分布变化，进而，通过的干涉光的积分总量也随之改变，从而导致光电探测器7检测到的光强发生改变，光电探测器7将光强变化转化为电流信号输出，通过测量该电流信号就可以换算出被测的电压值。
[0030]上述步骤(2)中，干涉图案还可先从光阑6的中间通光孔透过再经过会聚透镜5会聚，然后进入光电探测器7上。
[0031]以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种电压传感器，其特征在于:包括单色非偏振光源(I)、第一会聚透镜(2)、电光传感器(3)、偏振器(4)、第二会聚透镜(5)、光阑(6)及光电探测器(7)，所述单色非偏振光源(I)通过光纤连接所述第一会聚透镜(2)，所述第一会聚透镜(2)固定于所述电光传感器(3)—侧面上，所述电光传感器(3)另一侧面与所述偏振器(4)的一侧面固定，所述偏振器(4)的另一侧面通过石英玻璃(8)与所述光阑(6)相固定，所述光阑(6)另一侧面与所述第二会聚透镜(5)的一侧面固定，所述第二会聚透镜(5)另一侧面通过另一光纤与所述光电探测器(7)连接。
2.如权利要求1所述的电压传感器，其特征在于:所述光阑(6)和所述第二会聚透镜(5)位置互换，所述偏振器(4)的另一侧面通过石英玻璃(8)与所述第二会聚透镜(5)相固定，所述第二会聚透镜(5)另一侧面与所述光阑(6)的一侧面固定，所述光阑(6)另一侧面通过光纤与所述光电探测器(7)连接。
3.如权利要求1或2所述的电压传感器，其特征在于:所述各固定方式均为粘接固定，所述单色非偏振光源(I)为发光二极管，所述光电探测器(7)为光电二极管。
4.如权利要求3所述的电压传感器，其特征在于:所述第一会聚透镜(2)为自聚焦透镜或球面透镜，所述第二会聚透镜(5)为自聚焦透镜。
5.如权利要求4所述的电压传感器，其特征在于:所述电光传感器(3)可采用无机电光材料或有机电光材料。
6.如权利要求5所述的电压传感器，其特征在于:所述偏振器(4)为偏振玻璃，所述光纤均为多模光纤。
7.如权利要求6所述的电压传感器，其特征在于:所述光阑(6)为黑色石英片，所述光阑(6)的中间通孔为圆形、方形或十字形。
8.一种采用上述权利要求1-7任一所述电压传感器测量电压的方法，其特征在于:包括下述步骤: (1)将待测电压加载于电光传感器(3)上， (2)使单色非偏振光源(I)发出的光束经由第一会聚透镜(2)后进入电光传感器(3)，从电光传感器(3)出射的光束发散后通过偏振器(4)使光束发生锥光干涉，形成干涉图案，所述干涉图案再经过会聚透镜(5)重新会聚，会聚后的干涉图案部分从光阑￠)的中间通光孔透过，进入光电探测器(7)上。
9.如权利要求8所述的测量电压的方法，其特征在于:在所述步骤(2)中，所述干涉图案先从光阑(6)的中间通光孔透过再经过会聚透镜(5)会聚，然后进入光电探测器(7)上。
10.如权利要求9所述的测量电压的方法，其特征在于:在所述步骤(2)中，单色非偏振光源(I)发出的光束经第一会聚透镜(2)后形成会聚角为30° -70°的会聚光束。
【专利摘要】本发明公开了一种电压传感器及采用该电压传感器测量电压的方法，其中电压传感器包括单色非偏振光源、第一会聚透镜、电光传感器、偏振器、第二会聚透镜、光阑及光电探测器，所述单色非偏振光源通过光纤连接所述第一会聚透镜，所述第一会聚透镜固定于所述电光传感器一侧面上，所述电光传感器另一侧面与所述偏振器的一侧面固定，所述偏振器的另一侧面通过石英玻璃与所述光阑相固定，所述光阑另一侧面与所述第二会聚透镜的一侧面固定，所述第二会聚透镜另一侧面通过另一光纤与所述光电探测器连接。本发明电压传感器，无需稳定的偏振系统和高偏振质量的光源，对于温度和环境的适应性强，成本低。
【IPC分类】G01R19-00
【公开号】CN104793035
【申请号】CN201510144112
【发明人】王昌雷, 陈信伟, 武帅
【申请人】中国电子科技集团公司第三十八研究所
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月30日