一种基于旋转电极传感头的光学电压传感器及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于旋转电极传感头的光学电压传感器及测量方法，包括：电场调制模块和信号转换模块；其中，所述电场调制模块，用于通过电机旋转形状不规则电极，将旋转形状不规则电极产生的电场信号与输入光信号相耦合，得到调制后的光信号；所述信号转换模块，用于将调制后的光信号转为电信号，对所述电信号进行解调，基于解调后的电信号计算电压。通过以上技术方案，本发明专利技术能够自动调控电场角度，进而实现半波电压的提高，同时减少线双折射；能够抵消低频噪声对晶体电光效应的影响，提高测量准确度。量准确度。量准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋转电极传感头的光学电压传感器及测量方法


[0001]本专利技术属于电流或电压测量
，特别是涉及一种基于旋转电极传感头的光学电压传感器及测量方法。

技术介绍

[0002]光学电压互感器利用电光晶体线性电光效应(电压导致晶体折射率变化)，更能适应电力系统自动化、网络化、智能化、数字化的发展趋势，是互感器产业的发展方向，也是能源物联网中一次测量设备的发展方向。
[0003]但现有检测模式无法直接、线性地测量旋转角，而是采用偏振光光强解调模式进行间接测量。这一测量方法存在如下问题：(1)光功率相关性。光源的波动、传输损耗、光纤老化、起偏器和检偏器的角度误差、光电转换和模数转换误差等因素均直接影响测量结果。(2)半波电压的限制。现有基于偏光干涉光强检测模式的OVT，由于光强的近似线性调解原理，在满足一定准确度要求的前提下，其电光相位延迟的测量范围受到电光晶体半波电压的限制。(3)温漂问题。光源、光学器件，光电转换器件与电子器件的温漂直接影响出射光强的大小，导致测量误差。(4)低频噪声干扰输出信号。
[0004]为改善半波电压的限制问题，目前已有技术是介质分压法，即在晶体中加入石英玻璃或者SF6气体，由于温度改变产生的热应力会给测量带来随机误差。气体介质的稳定性不足，气体介质产生的表面电荷放电、电晕、等离子体等严重影响了测量的稳定性。采用均压环或其他方法难以提高空间电场均匀性。为了保证光路稳定，分压介质与BGO晶体之间的硬连接通常使用一些固化胶。由于热膨胀系数的影响，BGO和石英玻璃中的温度变化产生了额外的热应力双折射降解测量精度。
[0005]为改善电光晶体存在的温漂与热应力双折射问题，相关学者提出过不同的解决方案：1.双光路法的补偿原理是用偏振分束器两路偏振方向正交的信号光，消除包含应力双折射的直流分量，实现温度的补偿，这种方法依赖于偏振分光器的效果和信号处理电路的对称性,实际应用中,两个光电探测器难以做到完全对称,且偏振分光镜和信号处理电路也不可避免地存在温漂问题。2.双晶体法着眼于解决电光晶体自身的热应力双折射问题。其补偿原理是将第一块晶体中传播的e光和o光进入第二块晶体时经半波片的调制而位置互换，使温度变化产生的附加相位延迟相互抵消，不过双晶体法要求两块晶体的光学特性完全一致，考虑到热应力双折射的随机性和温度场的分散性与不确定性，这一要求难以满足。3.另外，还有学者提出利用Faraday磁致旋光效应温度特性与BGO晶体电光系数温度特性互补的方法，尝试补偿电光效应的幅值温漂，但是这一方法忽视了Faraday磁调制材料的温漂，另外，上述方法缺乏实验验证，也没有说明对相位误差的补偿效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于旋转电极传感头的光学电压传感器，以解决上述现有技术存在的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于旋转电极传感头的光学电压传感器，包括：电场调制模块和信号转换模块；
[0008]所述电场调制模块，用于将电场信号与输入光信号相耦合，得到调制后的光信号，其中，所述电场信号通过形状不规则电极产生；
[0009]所述信号转换模块，用于将调制后的光信号转为电信号，对所述电信号进行解调，基于解调后的电信号计算电压。
[0010]优选地，还包括测速模块，所述测速模块，用于测量形状不规则电极的旋转速度。
[0011]优选地，所述电场调制模块包括：电光晶体、形状不规则电极、电机及光信号；
[0012]所述电机，用于旋转形状不规则电极；
[0013]所述光信号，用于为所述电光晶体提供光信号；
[0014]所述电光晶体，基于线性电光效应将所述光信号和电场信号相耦合，得到调制后的光信号。
[0015]优选地，所述电场调制模块还包括偏振片；
[0016]所述偏振片，用于将半导体激光器发出的激光变成线偏光，并且对电光晶体双折射出来的折射光进行检偏，将检偏后的折射光传至所述信号转换模块。
[0017]优选地，所述电场调制模块还包括双核DSP，通过所述双核DSP对所述电机进行调控，其中，所述电机采用磁悬浮电机。
[0018]优选地，所述形状不规则电极包括高压电极和可旋转的地电极，通过所述高压电极和所述地电极为所述电光晶体提供电场。
[0019]优选地，所述信号转换模块包括：光电转换单元和电信号解调单元；
[0020]所述光电转换单元，用于接收所述检偏后的折射光，将含有电场信号的折射光转换为含有电场信号的电信号；
[0021]所述电信号解调单元，用于将电信号中含有电场信号进行滤除，得到不含电场信号的电信号，基于所述电信号计算电压。
[0022]另一方面，为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于旋转电极传感头的光学电压传感器的测量方法，包括以下步骤：
[0023]基于双核DSP对电机转速进行控制，得到电机转速，基于电机转速得到形状不规则电极旋转速度，基于电极旋转产生电场信号，光电晶体将电场信号与输入的光信号相耦合，得到调制后的光信号；
[0024]通过光功率计对调制后的光信号进行采集，基于采集结果将光信号转换成电信号；
[0025]根据所述形状不规则电极旋转速度设定锁相环参数，基于锁相环参数对所述电信号进行解调，基于解调后的电信号计算电压。
[0026]本专利技术的技术效果为：
[0027]本专利技术通过电机旋转形状不规则电极，能够自动调控电场角度，进而实现半波电压的提高，扩大互感器的测量范围，同时减少线双折射。
[0028]本专利技术通过电场的旋转，使旋转形状不规则电极产生的电场信号与输入光信号相耦合，能够抵消低频噪声对晶体电光效应的影响，提高测量准确度。
[0029]本专利技术将调制后的光信号转为电信号，并对所述电信号进行解调，通过解调后的
电信号能够实现电压计算。
附图说明
[0030]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0031]图1为本专利技术实施例中的光学电压传感器系统示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例中的测量方法流程图；
[0033]图3为本专利技术实施例中的系统结构图；
[0034]图4为本专利技术实施例中的地电极与电光晶体的局部放大仿真图；
[0035]图5为本专利技术实施例中解调电路组成框图；
[0036]图6为本专利技术实施例中晶体的相位延迟与电场的关系示意图；
[0037]其中1
‑
高压电极，2
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电光晶体，3
‑
第一格兰泰勒棱镜，4
‑
LED，5
‑
第二格兰泰勒棱镜，6
‑
地电极，7
‑
激光，8
‑
磁悬浮电机，9
‑
双核DSP，10
‑
光电转换单元，11
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转电极传感头的光学电压传感器，其特征在于，包括：电场调制模块和信号转换模块；所述电场调制模块，用于将电场信号与输入光信号相耦合，得到调制后的光信号，其中，所述电场信号通过形状不规则电极产生；所述信号转换模块，用于将调制后的光信号转为电信号，对所述电信号进行解调，基于解调后的电信号计算电压。2.根据权利要求1所述的基于旋转电极传感头的光学电压传感器，其特征在于，还包括测速模块，所述测速模块，用于测量形状不规则电极的旋转速度。3.根据权利要求1所述的基于旋转电极传感头的光学电压传感器，其特征在于，所述电场调制模块包括：电光晶体、形状不规则电极、电机及光信号；所述电机，用于旋转形状不规则电极；所述光信号，用于为所述电光晶体提供光信号；所述电光晶体，基于线性电光效应将所述光信号和电场信号相耦合，得到调制后的光信号。4.根据权利要求3所述的基于旋转电极传感头的光学电压传感器，其特征在于，所述电场调制模块还包括偏振片；所述偏振片，用于将半导体激光器发出的激光变成线偏光，并且对电光晶体双折射出来的折射光进行检偏，将检偏后的折射光传至所述信号转换模块。5.根据权利要求3所述的基于旋转电极传感头的光学电压传感器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢楠，林一凡，李俊，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：