光纤型高电压监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种光纤型高电压监测装置，包括电极一、地电位电极和至少一个光纤敏感单元，高压母线通过电极一和地电位电极将高压母线的高电压加载在光纤敏感单元上，光纤敏感单元包括基板一，基板一上设置锯齿板一和锯齿板二，锯齿板一上设置变形齿一，锯齿板二上设置变形齿二，锯齿板一和锯齿板二相互平行，变形齿一和变形齿二相互交错对应并位于所述锯齿板一和锯齿板二之间，在变形齿一的齿间有凹槽，锯齿板二上设置多匝环绕的信号光纤，且信号光纤安置于于凹槽中，信号光纤连接有光缆，光缆连接有测试单元，测试单元连接有处理单元。本实用新型专利技术采用大幅度增加变形齿的数量以及大幅度延长信号光纤的长度，能检测到细微的变形。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光学电压传感装置，特别涉及一种光纤型高电压监测装置。
技术介绍
目前光纤高电压传感器使用的测量方法主要有光的偏振态测量法、光的干涉测量法和波长调制测量法。光的偏振态测量主要基于法拉第磁光效应，使用磁光晶体在外场变化下使光的偏振方向改变达到测试目的，是目前研究相对成熟的传感器，已有少量商业化应用。光的干涉法主要是利用外场改变相干光的光程差进行测量，主要基于迈克尔孙干涉仪或马赫曾德干涉仪的测量。波长调制测量法是对光的波长进行测量从而检测外场信号的方法。主要是由光纤光栅传感装置或法布里-珀罗干涉传感器完成，需要使用波长解调装置。这几种传感装置在理论上均可完成对电力参数的检测，但在实际应用时由于外界环境的干扰、特别是温度、振动造成误差太大不能满足使用要求，阻碍了该类光纤电流传感器的推广使用。中国专利申请号为200510019497. 2《光纤电压传感器》公开了一种方案，其是由两块平行的电致伸缩材料构成的锯齿板组成。该方案采用的变形齿少、变形齿间的传感光纤长度短，使其采集数据的能力较差、传感光纤弯曲曲率小导致使用寿命短，采集到的数据要么精度高动态范围小，要么动态范围大精度低，无法满足实际应用要求。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种光纤型高电压监测装置。本技术能够采用大幅度增加变形齿的数量以及大幅度延长信号光纤的长度，使细微的变形也能检测到，提高了本传感装置的精度和动态范围，且其结构简单、使用方便、 成本低，具有良好的市场推广前景。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是光纤型高电压监测装置，其特征在于包括电极一、地电位电极和位于电极一与地电位电极之间的至少一个光纤敏感单元， 高压母线通过电极一和地电位电极将高压母线的高电压加载在所述光纤敏感单元上，所述光纤敏感单元包括基板一，所述基板一上设置有锯齿板一和锯齿板二，所述基板一以及设置在基板一上的锯齿板一和锯齿板二上至少三者之一或至少三者之一的一部分由电致伸缩材料或逆压电材料构成或者变形齿一和变形齿二的表面镀覆有电致伸缩材料或逆压电材料，所述锯齿板一上设置有变形齿一，所述锯齿板二上设置有变形齿二，所述锯齿板一和锯齿板二相互平行，所述变形齿一和变形齿二相互交错对应并位于所述锯齿板一和锯齿板二之间，并且所述锯齿板一相对于锯齿板二会随着加载于光纤敏感单元的电压变化而出现相对或相反的运动变化，在变形齿一的齿间有凹槽，所述锯齿板二上设置有多匝环绕的信号光纤，且所述信号光纤安置于于凹槽中，所述信号光纤连接有光缆，所述光缆连接有测试单元，所述测试单元连接有处理单元。上述的光纤型高电压监测装置，所述信号光纤的两端安装有光反射装置，该光反射装置为光反射镜、光纤光栅、含有气泡的光纤或是经过镜面处理的信号的光纤的端面。上述的光纤型高电压监测装置，所述光纤敏感单元为相互并联的两个或两个以上，每个光纤敏感单元中的信号光纤串联在一根光缆上并连接在测试单元上。上述的光纤型高电压监测装置，所述基板一上设置有基板二和基板三，所述锯齿板一和锯齿板二分别通过基板二和基板三固定在基板一上，且所述锯齿板一、锯齿板二、基板一、基板二、基板三、变形齿一、变形齿二和信号光纤满足以下公式α Δ T- α 2L2 Δ T- α 3L3 Δ T- α 齿(LlS+L2S) Δ Τ—α 纤 d纤 ΔΤ = 0其中，α 2和α 3分别为基板二和基板三材料的膨胀系数，α 是基板一材料的膨胀系数，式中L2、L3分别是基板二和基板三的长度，Δ T是变化的温度值，L1是基板一的长度， α s为变形齿一和变形齿二材料的膨胀系数，L1S、L2S分别是包含有锯齿板一厚度的变形齿一的高度和包含有锯齿板二厚度的变形齿二的高度，α纟〒为信号光纤的膨胀系数，为信号光纤的端面直径。上述的光纤型高电压监测装置，所述光纤敏感单元为两个或两个以上，且其通过金属管串联起来并安装在一绝缘管内，所述绝缘管内空隙中填充有绝缘的聚氨酯，所述绝缘管的两侧设置有电晕放电环。上述的光纤型高电压监测装置，所述锯齿板一和锯齿板二均由水晶材料制作。上述的光纤型高电压监测装置，所述基板一是有石英玻璃制作。本技术与现有技术相比具有以下优点1、本技术通过多匝信号光纤能够对采集到的信号进行放大，提高了提高了该传感装置的精度，且其结构简单、加工制作方便且结构形式多样，使用方式灵活。2、使用操作简便且各组件间连接关系设计合理，通过多匝缠绕于锯齿板二上的信号光纤，大大增加了信号光纤随信号变化可以弯曲的长度，从而在保证信号光纤寿命的基础上，提高了测试精度。3、基板一、锯齿板一和(或)锯齿板二采用具有压电特性的水晶材料，水晶在电压场强下具有逆压电效应，水晶体积的微小变化使信号光纤的弯曲曲率变化，从而使信号光纤内部传输光信号的损耗变化，并通过测试单元获取该变化，从而感知到电压的变化；也可以根据信号光纤弯曲曲率的形变的变化，利用测试单元通过干涉法获取信号光纤形变量的大小而感知电压的变化，在电力传输领域特别是超高电压领域具有广阔的应用前景。4、锯齿板一和锯齿板二固定在基板一上，或锯齿板一固定在基板二上，锯齿板二固定在基板三上，所述基板二和基板三固定在基板一上，通过这种方式将锯齿板一和锯齿板二固定好，可以通过分别选择具有适当膨胀系数的材料达到温度补偿的效果。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为为本技术实施例1的包含有光纤敏感单元俯视图的结构示意图。图2为本技术实施例1的光纤敏感单元主视结构示意图。图3为本技术实施例2的光纤敏感单元主视结构示意图。图4为本技术实施例3的结构示意图。附图标记说明1-光缆；2-光纤敏感单元；5-测试单元6-信号光纤；7-处理单元；8-锯齿板一9-锯齿板二 ；10-基板一；11-变形齿-12-变形齿二；16-凹槽；24-基板二 ；25-基板三；30-高压母线；31-电极二 ；33-导线；34-电晕放电环；35-电极一；36-地电位电极；37--金属管；38--绝缘管；39-聚氨酯。具体实施方式实施例1如图1和图2所示的一种光纤型高电压监测装置，包括电极一 35、地电位电极36 和位于电极一 35与地电位电极36之间的至少一个光纤敏感单元2，高压母线30通过电极一 35和地电位电极36将高压母线30的高电压加载在所述光纤敏感单元2中包含的电致伸缩材料或逆压电材料的X轴或Y轴方向，所述光纤敏感单元2包括基板一 10，所述基板一 10上设置有锯齿板一 8和锯齿板二 9，所述基板一 10以及设置在基板一 10上的锯齿板一 8和锯齿板二 9上至少三者之一或至少三者之一的一部分由电致伸缩材料或逆压电材料构成或者变形齿一 11和变形齿二 12的表面镀覆有电致伸缩材料或逆压电材料，所述锯齿板一 8上设置有变形齿一 11，所述锯齿板二 9上设置有变形齿二 12，所述锯齿板一 8和锯齿板二 9相互平行，所述变形齿一 11和变形齿二 12相互交错对应并位于所述锯齿板一 8和锯齿板二 9之间，并且所述锯齿板一 8相对于锯齿板二 9会随着加载于光纤敏感单元2的电压变化而出现相对或相反的运动变化，在变形齿一 11的齿间有凹槽16，所述锯齿板二 9 上设置有多匝本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．光纤型高电压监测装置，其特征在于：包括电极一（３５）、地电位电极（３６）和位于电极一（３５）与地电位电极（３６）之间的至少一个光纤敏感单元（２），高压母线（３０）通过电极一（３５）和地电位电极（３６）将高压母线（３０）的高电压加载在所述光纤敏感单元（２）上，所述光纤敏感单元（２）包括基板一（１０），所述基板一（１０）上设置有锯齿板一（８）和锯齿板二（９），所述基板一（１０）以及设置在基板一（１０）上的锯齿板一（８）和锯齿板二（９）上至少三者之一或至少三者之一的一部分由电致伸缩材料或逆压电材料构成或者变形齿一（１１）和变形齿二（１２）的表面镀覆有电致伸缩材料或逆压电材料，所述锯齿板一（８）上设置有变形齿一（１１），所述锯齿板二（９）上设置有变形齿二（１２），所述锯齿板一（８）和锯齿板二（９）相互平行，所述变形齿一（１１）和变形齿二（１２）相互交错对应并位于所述锯齿板一（８）和锯齿板二（９）之间，并且所述锯齿板一（８）相对于锯齿板二（９）会随着加载于光纤敏感单元（２）的电压变化而出现相对或相反的运动变化，在变形齿一（１１）的齿间有凹槽（１６），所述锯齿板二（９）上设置有多匝环绕的信号光纤（６），且所述信号光纤（６）安置于于凹槽（１６）中，所述信号光纤（６）连接有光缆（１），所述光缆（１）连接有测试单元（５），所述测试单元（５）连接有处理单元（７）。...

【技术特征摘要】
1.光纤型高电压监测装置，其特征在于包括电极一(35)、地电位电极(36)和位于电极一(3 与地电位电极(36)之间的至少一个光纤敏感单元O)，高压母线(30)通过电极一 (35)和地电位电极(36)将高压母线(30)的高电压加载在所述光纤敏感单元(2)上，所述光纤敏感单元( 包括基板一(10)，所述基板一(10)上设置有锯齿板一(8)和锯齿板二 (9)，所述基板一(10)以及设置在基板一(10)上的锯齿板一(8)和锯齿板二(9)上至少三者之一或至少三者之一的一部分由电致伸缩材料或逆压电材料构成或者变形齿一(11)和变形齿二(1 的表面镀覆有电致伸缩材料或逆压电材料，所述锯齿板一(8)上设置有变形齿一(11)，所述锯齿板二(9)上设置有变形齿二(12)，所述锯齿板一(8)和锯齿板二(9)相互平行，所述变形齿一(11)和变形齿二(1 相互交错对应并位于所述锯齿板一(8)和锯齿板二(9)之间，并且所述锯齿板一(8)相对于锯齿板二(9)会随着加载于光纤敏感单元 (2)的电压变化而出现相对或相反的运动变化，在变形齿一(11)的齿间有凹槽(16)，所述锯齿板二(9)上设置有多匝环绕的信号光纤(6)，且所述信号光纤(6)安置于于凹槽(16) 中，所述信号光纤(6)连接有光缆(1)，所述光缆(1)连接有测试单元(5)，所述测试单元 (5)连接有处理单元(7)。2.根据权利要求1所述的光纤型高电压监测装置，其特征在于所述信号光纤(6)的两端安装有光反射装置，该光反射装置为光反射镜、光纤光栅、含有气泡的光纤或是经过镜面处理的信号的光纤的端面。3.根据权利要求1所述的光纤型高电压监测装置，其特征在于所述光纤敏感单元(2) 为相互并联的两个或两个以上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜兵，
申请(专利权)人：西安金和光学科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：87