一种反馈零差式光学电压传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电气测量技术领域，具体设及一种用于测量电压的光学传感器，该传 感器尤其适合用于测量较强的交变电场或电力系统的工频高电压，较一般的光学电压传感 器稳定性高，较传统传感器频带宽。
【背景技术】
[0002] 光学电压传感器的原理基于线性电光效应，传感器由纯光学元件组成，整个传感 器是无源的，在高电压等级电力系统、电磁环境复杂的场合具有很明显的优势。例如，在电 力系统，随着电压等级的逐渐提高W及智能电网的发展，光学电压互感器具有更简单的绝 缘结构、安全性更高的优势而被重视。在电磁环境复杂的场合，光学电压传感器不会改变原 电场分布，输出光信号不受电磁干扰，应用优势非常显著。
[0003] 由光学电压传感器构成的电压互感器已在电力系统母线高电压的测量中有较小 范围的应用，但是电压互感器的整体稳定性仍容易受溫度、振动等因素的影响。目前改善其 稳定性的典型思路是采用开环式的双光路结构，方案中利用光学晶体的线性电光效应来传 感被测电场，利用溫度、振动等因素变化缓慢的特点，在传感器的输出信号中将溫度、振动 等因素的输出作为直流分量处理，再将被电压调制的交流信号与直流分量相除，然后将两 个通道处理后的信号相减，可W在一定程度上消除影响。但根据实际测试和运行数据，其长 期运行的稳定性仍未能很好的解决。作者的另一已授权发明专利化201110376588. 7提出 利用双晶体方式解决溫度、振动等因素的影响，该方案利用溫度、振动等因素在两块晶体内 产生的附加相位延迟相反的特征，使得在传感器的光输出中消除溫度、振动等因素的影响。 但该方案仍为开环检测，当由于溫度等原因使得传感晶体内的通光光线产生偏移时，传感 器的输出将发生变化。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的问题，本申请提供的是一种反馈零差式光学电压传感器， 其中通过对光学晶体W及=角棱镜的具体结构及其设置方式进行研究和设及，消除了溫 度、震动等因素对传感器的影响，因而尤其适用于电力工业电场检测。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种反馈零差式光学电压传感 器，其特征在于，该传感器沿光路传输方向依次包括：入射光纤、第一准直器、起偏器、第一 光学晶体、半波片、第一=角棱镜、第二=角棱镜、第二光学晶体、检偏器、第二准直器、出射 光纤；
[0006] 从所述出射光纤输出的光信号经信号处理电路输出一反馈电压给反馈电极；
[0007] 所述第一光学晶体处在被测电压产生的电场区内；第二光学晶体处于反馈电压产 生的电场区内，其产生的光学相位差与被测电压产生的光学相位差大小相等，符号相反。
[0008] 根据本发明的另一个方面，提供了一种高压母线电压互感器，其特征在于，所述高 压母线电压互感器包括上述的光学电压传感器。
[0009]总体而言，按照本发明的上述技术构思与现有技术相比，主要具备W下的技术优 占. y?、、?
[0010] 1、本发明光学电压传感器在第二光学晶体上增加反馈电极形成反馈电场，使整个 传感器构成反馈零差检测方式，能消除溫度、振动等干扰场对稳定性的影响，能消除光线偏 移、光源不稳定、光路衰减不稳定的影响；
[0011] 2、反馈电压即能反应出被测电压的大小，无需在信号处理中做相关补偿，因此，该 光学电压传感器能长期稳定运行；
[0012] 3、传感器的输出只需一个光路，简化了传感器的制作工艺，更利于批量生产。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明光学电场传感器的结构示意图；
[0014] 图2是本发明光学电场传感器应用于高压母线电压互感器的具示意图。
【具体实施方式】
[0015] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0016] 如图1所示，本发明提供的一种反馈零差式光学电压传感器包括入射光纤8、光纤 准直器10、起偏器3、第一光学晶体1、半波片5、=角形棱镜6、=角形棱镜7、第二光学晶体 2、检偏器4、光纤准直器11、出射光纤9、反馈电极12、地电极13。
[0017] 第一光学晶体1处于被测高电压产生的电场E中，第二光学晶体2处于反馈电压 产生的电场中。
[0018] 第一光学晶体1和第二光学晶体2之间的光路依次通过半波片5、=角形棱镜6和 =角形棱镜7实现光路的转向，同时改变偏振光波的振动方向。
[0019] 第一光学晶体1同时受被测电场W及溫度、振动等干扰场的调制，第二光学晶体2 同时受反馈电场W及溫度、振动等干扰场的调制。
[0020] 通过零差检测使反馈电压与被测电压的相位相同，在第一光学晶体1和第二光学 晶体2中产生的光学相位延迟大小相等，方向相反，在出射的光信号中调制信号接近于零。
[0021] 溫度、振动等干扰场在第一光学晶体1和第二光学晶体2内产生的调制相互抵消。
[0022] 入射光通过入射光纤8经过光纤准直器10入射到起偏器3后变成线偏振光，线偏 振光入射第一光学晶体1，受外加电场EW及溫度、振动等干扰场的调制，产生双折射，第一 光学晶体1产生的双折射光学相位延迟为金P十莖15;其中A取为受外加电场E调制产生的相 位延迟，A5为受溫度、振动等干扰场产生的相位延迟。从第一光学晶体1出射的光依次 经过半波片5、=角形棱镜6和=角形棱镜7,半波片5、=角形棱镜6和=角形棱镜7改变 光的行进方向，同时改变偏振光波的振动方向，再入射第二光学晶体2,第二光学晶体2处 在地电位侧，在反馈电压的作用下，产生与被测电压作用相等的光学相位延迟.A护，但符 号相反，有A巧=-A知；同时由于第二光学晶体2与第一光学晶体1处在同一溫度、振动等 环境中，第二光学晶体2由于溫度、振动等环境干扰产生的双折射光束相位延迟为A5'， 有AS' =-AS，从第二光学晶体2出射后的整个光路的光学相位延迟为第一光学晶体 1和第二光学晶体2产生的相位延迟之和，为：
9经过检偏器4,从光 纤准直器11出射后，光信号中调制信号为零，经过信号处理电路19输出一反馈电压至反馈 电极，反馈电压即为与被测电压成正比的测量结果。
[002引如图2所示，当本发明所述的光学电压传感器S安装于高压绝缘子14中间时，母 线15上的高电压U、通过高压导电杆16施加到光学电压传感器上，由高压电极16和地电极 17形成的电场对光学电压传感器的第一光学晶体1产生光学调制，传感器的输出光信号经 过光缆18进入信号处理电路19,即可得到与被测母线高电压U、成正比的测量结果。
[0024] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种反馈零差式光学电压传感器，其特征在于，该传感器沿光路传输方向依次包括： 入射光纤、第一准直器、起偏器、第一光学晶体、半波片、第一三角棱镜、第二三角棱镜、第二 光学晶体、检偏器、第二准直器、出射光纤以及信号处理电路；从所述出射光纤输出的光信 号经信号处理电路输出一反馈电压给反馈电极； 入射光通过所述电压传感器的光路，然后得出反馈电压的值，即被测电压的值；所述第 一光学晶体处在所述被测电压产生的电场区内； 第二光学晶体处于所述反馈电极产生的电场区内，通过调制使得所述反馈电极所产生 的电场产生的光学相位差与被测电压产生的光学相位差大小相等，符号相反。2. -种高压母线电压互感器，其特征在于，所述互感器包括如权利要求1所述的光学 电压传感器。
【专利摘要】本发明公开了一种反馈零差式光学电压传感器，属于电气测量技术领域；现有技术中，光学电压传感器受温度、震动等因素的影响，本发明提供一种光学电压传感器，包括两个光学晶体，通过在第二光学晶体上增加反馈电极形成反馈电场，使整个传感器构成反馈零差检测方式，能消除温度、振动等干扰场对稳定性的影响，能消除光线偏移、光源不稳定、光路衰减不稳定的影响。
【IPC分类】G01R19/00
【公开号】CN105116196
【申请号】CN201510435781
【发明人】肖霞, 徐雁, 董泽兴, 张宇, 徐垦
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月22日