[發(fā)明專利]旋轉(zhuǎn)式光學電場傳感器及其測定電場方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810380481.1
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108693413B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李巖松;劉君
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

本發(fā)明公開了屬于電場測量技術(shù)領(lǐng)域的一種旋轉(zhuǎn)式光學電場傳感器及其測定電場方法。所述傳感器包括激光二極管驅(qū)動器、激光二極管、光學電場傳感頭、光電探測器、信號處理系統(tǒng)以及光電轉(zhuǎn)速傳感器，通過金屬感應(yīng)極板感應(yīng)待測電場強度，光信號經(jīng)旋轉(zhuǎn)的光學電場傳感頭到達光電探測器，用光電轉(zhuǎn)速傳感器測量傳感頭的旋轉(zhuǎn)速度，將光電探測器輸出的電信號及光電轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速分別送到信號處理系統(tǒng)。所述測定電場方法即采用卡爾曼濾波算法濾除信號中的噪聲，將信號傳遞到電壓信號處理單元，分離出交流分量和直流分量，得到調(diào)制量及待測電場強度。本發(fā)明可消除光強、溫度等因素對傳感器穩(wěn)定性的影響，以及電荷漂移對傳感器測量精度的影響，提高測量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電場測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)式光學電場傳感器及其測定電場方法。

背景技術(shù)

近年來隨著電網(wǎng)運行電壓等級的大幅提高，電場測量在電力系統(tǒng)中具有更為廣泛的應(yīng)用，例如：輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、電氣設(shè)備合理選擇、高電壓試驗與電暈放電研究、高壓系統(tǒng)電磁環(huán)境分析等。傳統(tǒng)電場測量裝置因體積大、絕緣困難、響應(yīng)頻帶窄、動態(tài)范圍小等缺點難以滿足現(xiàn)代電力測量需求。光學電場傳感器采用晶體材料作為傳感介質(zhì)，利用線偏振光經(jīng)過置于外加電場中的電光材料時，偏振方向改變的角度與外加電場成正比的特性，實現(xiàn)對電場的測量。由于其絕緣性能好、抗電磁干擾強、穩(wěn)定性高等優(yōu)點具有廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)有的光學電場傳感器大多是開環(huán)系統(tǒng)，傳感器長期運行穩(wěn)定性和測量精度容易受光強、溫度、漂移電荷等因素的影響。目前改善穩(wěn)定性和測量精度的典型思路是：利用光強和溫度等干擾因素變化較為緩慢的特點，在傳感器的輸出中將光強、溫度等干擾因素的輸出作為直流分量來處理，再將調(diào)制的交流信號和直流分量相除，可以在一定程度上消除影響。但此方法只適用于交流電場，且未能消除電荷漂移及空間電荷對傳感器輸出的影響。對于直流電場的測量，調(diào)制信號中只有直流分量，不包含交流分量，因而難以通過上述方法來改善傳感器性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種旋轉(zhuǎn)式光學電場傳感器及其測定電場方法，其特征在于，一種旋轉(zhuǎn)式光學電場傳感器，包括沿光路傳輸方向依次連接的激光二極管驅(qū)動器1、激光二極管2、光學電場傳感頭10、光電探測器11；其中，光學電場傳感頭10包括依次封裝在由絕緣材料制成的傳感頭殼體中的第一準直器3、起偏器4、四分之一波片5、電光傳感晶體6、檢偏器7、第二準直器8；光電轉(zhuǎn)速傳感器9放置于光學電場傳感頭10的一端，與所述旋轉(zhuǎn)式光學電場傳感器分別連接至信號處理系統(tǒng)15，所述信號處理系統(tǒng)15包括依次連接的模擬信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)12、濾波單元13、電壓信號處理單元14。

所述光學電場傳感頭10放置在與待測電場方向垂直的平面內(nèi)，傳感頭10在電動機28的帶動下，以光路傳輸方向為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。