用于高电压环境下的光学电压电场传感器

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1、第36卷第2期四川电力技术V01．36。No．22013年4月SichuanElectricPowerTechnologyApr．，2013用于高电压环境下的光学电压电场传感器冯运，陈洪波，白欢，王靖。马剑辉(1．四川电力科学研究院，四川成都610072；2．武汉康普常青软件技术有限公司，湖北武汉市430071)摘要：复杂电磁环境下电量信号的采集一直是国内外研究的热点。基于BGO晶体的光电效应原理，提出了一种绝缘子串电场强度的测试方法，并开发出新型光学传感器，其具有抗干扰能力强、尺寸小、绝缘性能好等优点，具有广阔的应用前景。关键词：光学；电压

2、；电场；传感器Abstract：Itisahotspotoftheresearchesontheacquirementoftheelectricsignalincomplexelectromagneticenvironmentbothathomeandabroad．BasedonphotoelectricefectofBGOcrystal，atestingmethodtogettheelectricfieldintensityofin—sulatorstringsispresented，andanewtypeofopticalsensoris

3、developedwiththestronginterferencerejection，smallsizeandgoodinsulationability，whichhasabroadapplicationprospects．Keywords：optics；voltage；electricfield；sensor中图分类号：TM835文献标志码：B文章编号：1003—6954(2013)02—0059—04的LED作为光源；PIN光电二极管(或光电倍增管)0引言光电接收组件作为光探测器，用单模光纤传输光信号；传感头由起偏器、BGO晶片、1／4

4、波长片、检偏器自1970年半导体激光器在室温连续工作和低和短程透镜构成。LED光源发出的光经透镜准直，损耗光纤实现之后，随着两者的飞速发展，光纤通由起偏器变成线偏振光，1／4波长片将线偏振光再信和光纤传感技术的应用领域显著扩大。近年来，变成圆偏振光，之后穿过处于电压或电场中的BGO为适应大规模、大容量电力系统的需要，尤其是遥晶体，由于加在BGO上的电压或电场的作用，这个控、遥测和人工智能等开发研究中的特殊需要，针圆偏振光转换成椭圆偏振光。经检偏器检偏后的光对光纤传感技术的研究蓬勃发展，利用光纤的无感信号其调制度相当于交流电压和电场，光电平的相

5、性、绝缘性、细径性、柔软性、耐热性、耐腐蚀以及低对大小则对应着直流电压或电场。因而，加在BGO损耗传输等电气物理特性研制成的原理新颖、种类上的电信号就可通过检测光信号来测量。繁多的光纤传感器，应用领域涉及电磁噪声下的检测、雷电检测、安全检测、狭小空间的检测、移动体内部检测以及在高温、化学气氛、水下和空间的检测。检测参数包括电场、磁场、温度、压力、位置、移动和转动等。下面将对最新研制成功的利用锗酸秘电光效应的光纤电压传感器和电场传感器的原理结猷猎1／缳片BGO梭9解构和基本特性进行探讨。图1电场对偏振光的调制示意图在没有外电场及干扰双折射时，B

6、GO晶体是光1电光效应测量电压电场原理学各向同性体，其逆介电张量为／31=／32=／33=30=1／eo，=／35=36=0光纤电压电场传感的结构主要由传感头、信号在外加电场E的作用下，BGO晶体的折射率椭传输光纤及测量系统组成，以工作波长为1550rim球方程为·59·第36卷第2期四川电力技术Vo1．36，No．22013年4月SichuanElectricPowerTechnologyApr．。2013(1+2+3)／n0+2y41(E1以3+E2x13+12)=1BGO尺寸和封装外壳材料形状相关的常数；E。为电当通光方向和外加电场方向

7、平行时，电场作用场强度，于是PAc／PDc=KEosinwt。下的光轴方向为YlYY，，调制偏振光振动方向为因此，来自光源、光探测器的能量涨落以及系统YlY2，如图1所示。中光纤连接，耦合的变化均可以得到消除。折射率椭球方程为在这个BGO光学电场传感器测量系统中，LED(1+2+3)／no+2y41(E123+E2l3+E312)=1耦合到单模光纤中的能量非常微弱，约为1—2txW，由于在X1，坐标系和YlY2Y3中，x3y3重合，因由于起偏器、检偏器和1／4玻片的存在，传感器的插此令，=0等效于YlYY。坐标系令Y。=0。因此令入损耗在8一

8、l0dB之间，因此光电探测器实际上能=0，可求得偏振光振动面上椭圆方程为接收到的光能量仅为100nw级。因此对光电探测(12+2)／n02+2y4lE3l2=1组件