基于Pockels效应的Sagnac型光学电压互感器的传感单元是由法拉第准直旋光器和BGO晶体构成, 其中由偏振串扰引入的非线性误差是影响互感器测量精度及稳定性的主要误差来源。为了抑制传感单元存在的非线性误差, 从主要光路器件及器件间的耦合点中分析产生偏振串扰的非理想耦合点及耦合机理, 并提取表征该耦合点的误差特征参量, 建立各非理想耦合点的传输模型, 由此推导由传感单元偏振串扰引入的非线性误差模型, 数值仿真并实验验证非理想偏振耦合对互感器性能的影响。在此基础上, 提出了由BGO晶体敏感环境振动、温度波动等产生的非线性误差的抑制方法, 实验结果验证了抑制方法的有效性。
光学测量 光学电压互感器 传感单元 偏振串扰 非线性误差 optical measurement Sagnac Sagnac optical voltage sensor sensing element polarization crosstalk nonlinear error
哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院, 哈尔滨 150001
为了研究电场干扰对纵向调制结构光学电压互感器的影响, 采用张量分析方法, 从电光晶体相对逆介电张量入手, 进行了仿真分析和实验验证, 并根据光线分离实验结果, 设计了光学电场传感器, 传感器的幅值误差在±2%以内。结果表明, 外界干扰电场会导致电光晶体内两传输简正模发生光线分离, 使得两束偏振光在检偏器处不能进行有效干涉, 进而使得有效输出信号变小;当干扰电压为500V、光斑半径达到0.2mm时, 磷酸二氢钾晶体干涉效率引起的误差可以达到0.3%;而当干扰电场强度小于105V/m时, 锗酸铋晶体的干涉效率接近于1;干扰电场引起的互感器误差不仅与干扰电场大小有关, 还与入射光束半径及传感晶体长度有关; 选择具有较大光束半径的光源及减小传感晶体长度可以有效地降低干扰电场的影响。该研究成果将为光学电压互感器的设计提供一定的指导。
光学器件 离散角 干涉 光强 干涉效率 光学电压互感器 optical devices discrete angle interference light intensity efficiency of interference optical voltage transducer
阐述了光纤电压互感器的基本原理, 并给出了检测信号的解析表达式。对光纤电压互感器的基本原理进行了理论分析, 分析了常用算法中进行小角度近似所引起的检测误差。提出了无小角度近似的检测算法, 利用贝塞尔函数将检测信号进行展开并结合正交矢量互相关检测方法得出有效信号的幅值、相位。在Matlab/Simulink中完成了系统仿真模型的设计, 进行了仿真分析, 并对输入噪声的影响进行了分析。仿真结果表明,该相关检测方法能很好的区分系统的噪声信号和所探测的光信号,整个系统具有良好的可行性。
光纤电压互感器 相关检测 贝塞尔函数 fiber-optic voltage sensor correlation detection Bessel functions
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
光路系统的偏振误差极大地制约着准互易反射式光学电压互感器的准确度.借助琼斯矩阵，建立了分立光学器件及光纤熔接点的传输模型，推导出完整的电压互感器光路系统的数学模型.以此模型为基础，对电压互感器中的偏振误差进行了仿真分析.结果表明：光源偏振度、起偏器消光比及起偏器与相位调制器的对轴角度主要影响系统的检测灵敏度；法拉第准直旋光器的旋光角度、法拉第准直旋光器与BGO晶体的对轴角度误差是主要的偏振误差源，影响系统的测量准确度及稳定性；根据电子式电压互感器IEC60044-7 0.2S级标准，法拉第旋光角度误差应该小于1.6°，旋光器与BGO晶体对轴角度误差小于1.85°.该研究对准互易反射式光学电压互感器光路设计和误差抑制具有一定的参考价值和指导意义.
光学电压互感器 传输模型 琼斯矩阵 偏振误差 Optical voltage sensor Transmission model Jones matrix Polarization error
1 中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院，北京 100083
2 燕山大学 信息科学与工程学院，河北 秦皇岛 066004
3 秦皇岛开发区天和波纹管制造有限公司，河北 秦皇岛 066004
针对电力工业向高电压、大容量的输配电电网发展的需求，提出了一种新型的光学高压电压互感器。该方法是根据保偏光纤模间干涉原理，采用石英晶体的逆压电效应的方法。该光学电压互感器的工作原理是在圆柱形石英晶体上施加交流电压使其产生压电形变，使缠绕在圆柱表面的椭圆芯双模光纤中的LP01 和LP11 模的相位差发生变化，最终得到被测电压。根据群模态折射率差与归一化频率的关系，对光纤的参数进行了研究。通过实验对该互感器的设计进行了可行性研究。实验结果表明，本案具有较好的精度和线性度，为光学电压互感器的研究提供了理论基础。
光学电压互感器 模间干涉 逆压电效应 电压测量 optical voltage transducer modal interference converse piezoelectric effect voltage measurement
燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
设计了一种基于椭圆芯保偏光纤模间干涉的光纤电压互感器, 能对温度等环境干扰信号进行自动温度补偿。用缠绕了椭圆芯保偏光纤的石英晶体作为电压传感头, 在被测高压电场的作用下, 保偏光纤的长度因石英晶体的逆压电效应形变而受到调制, 进而改变模间干涉输出两个边瓣的光强分布, 对两个干涉输出边瓣进行探测实现高电压的测量。在地面低压端用一个缠绕了保偏光纤的压电陶瓷(PZT)实现模间静态相位差的实时调整, 以补偿环境温度变化带来的静态工作点漂移。实验结果表明, 高压电压互感器在额定电压附近能获得0.5%的测量精度, 在被测电压超过10 kV时具有很好的线性度。
光学测量 光学电压互感器 模间干涉 石英晶体 逆压电效应 温度补偿
燕山大学,信息科学与工程学院,河北省,秦皇岛,066004
基于石英晶体的逆压电效应,研制出一种双模干涉式的电子电压互感器.该互感器利用两个低阶模的干涉原理改善了电压互感器的性能,为消除外界干扰、提高系统的测量精度提供理论根据.实验表明:在-40oC～+40oC的温度范围内,互感器能达到0.2级的准确度.
电子电压互感器 双模干涉 石英晶体 电压测量
中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209
提高光学电压互感器测量精度的方法,包括选择合适的电光晶体,利用退火法消除自然双折射的影响,利用双晶体或旋转反射法进行温度补偿以及双光路温度补偿等.由于有许多的因素影响测量结果,必须多种方法综合运用,才能达到较高的测量精度.
光学电压互感器 电光晶体 光路补偿 温度补偿 测量精度
1 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800
2 上海思源电气股份有限公司,上海,201108
概括介绍电压互感器特别是光纤电压互感器的基本原理及研究状况,着重讨论了光纤电压互感器在实际应用中存在的问题、今后的发展趋势及发展中需要解决的问题.
光纤 电压互感器 Pockles效应 BGO晶体
