本发明专利技术提供一种基于光学法布里-珀罗腔的电压互感器，其中的光学电压传感探头包括压电材料、准直透镜、光纤尾纤，压电材料沿纵向的两个端面镀有电极，分别连接高压和接地端子，在真空环境下，两个准直透镜插入压电材料的中央通孔内，使准直透镜镀有反射膜的两个端面相向并在之间保留间隙形成一个F-P腔，F-P腔两侧的光纤伸出绝缘结构外，分别与低压侧的宽带光源及光谱解调单元相连。本发明专利技术还提供一种采用上述电压互感器的分布式布网结构。本发明专利技术的基于光学F-P腔的电压互感器的优点是：拥有温漂自动补偿的结构设计，具有更高的运行稳定性和可靠性，并且该互感器的传感探头为光学无源结构，高压端无需供能，对绝缘要求简单。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电カ系统电压测量领域，具体涉及ー种光学无源电子式电压互感器系统。
技术介绍
电压互感器可以测量电压參数，主要应用在电カ系统中，是一次设备和二次设备的联络元件。它主要在输变电环节的监控测量装置和系统、继电保护系统、故障录波装置、计量设备和电磁环境监测中使用，可以对电网故障做出预警，并对故障实施隔离和系统恢复，还能促进功率因数的优化，降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗。随着智能电网的建设需求和电网电压等级的不断升高，传统电磁式互感器暴露出的诸多弊端已经使其不能胜任电网运行状态监测的重任。目前市场上已经出现了新型的电子式互感器，它消除了传统互感器磁饱和、铁磁谐振的问题，同时具有良好的绝缘性能、体积小、重量轻、暂态性好、带宽宽、安全性能高等优点。特别是光学电子式互感器其传感探头完全由无源的光学元件构成，高压侧不需要额外供能，并且抗电磁干扰能力强，因而被视为下一代电子式互感器的发展方向。但目前光学电子式互感器多采用对光的強度、偏振、相位等參数的调制，因此需要运用大量的偏振控制器件，这些光学器件本身的稳定性、可靠性以及易受外界环境影响的特点，使得光学电子式互感器存在诸如信噪比差、温度不稳定和长期挂网运行不稳定等问题。很多研究机构或公司为了解决光学互感器的这些技术瓶颈，往往通过改善功能性传感材料的性能或増加补偿光路或參考信号的方法，达到提高系统稳定性的目的。但这些方法又使产品的结构变得更加复杂，同时增加了系统研发和产品本身的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供ー种结构简单、成本低且极大提高系统稳定性的基于光学法布里-珀罗腔(F-P腔)的电压互感器。本专利技术是采用以下技术方案解决上述技术问题的:一种基于光学法布里-珀罗腔的电压互感器，包括位于高压侧的光学电压传感探头、位于低压侧的宽带光源、光谱解调単元、信号处理单元以及连接以上各组件的光纤，光学电压传感探头包括压电材料、准直透镜、光纤尾纤，压电材料为长方体结构，沿纵向的两个端面镀有电极，分别连接高压端子和接地端子，压电材料沿横向的中央位置打有圆柱形通孔，准直透镜一端镀有反射膜，另外ー端用光学胶与光纤尾纤粘接在一起，在真空环境下，两个准直透镜插入压电材料的通孔内，使镀有反射膜的两个端面相向井在之间保留间隙形成ー个F-P腔，F-P腔两侧的光纤伸出绝缘结构外，分别与低压侧的宽带光源及光谱解调単元相连。更具体的，所述准直透镜镀有反射膜的两个端面之间保留10至60微米长度的间隙。作为优化的方案，整个光学法布里-珀罗腔被封装在由环氧树脂压铸成的绝缘结构内。所述宽带光源发出的光通过光学法布里-珀罗腔时，只有满足光学法布里-珀罗腔谐振条件的光波长才能透射，谐振条件表示为:m入=2L其中，入是由F-P腔透射的光波长；m是ー个任意的整数；L是光学法布里-珀罗腔的腔长，在高电压作用下，压电材料产生伸縮，导致L的变化，根据光学法布里-珀罗腔谐振条件，入将发生相应的漂移，漂移量与加在压电材料两端的一次电压成正比。作为优化的方案，所述光谱解调单元由光谱仪或可调谐滤波器加光电探测器构成。作为优化的方案，所述信号处理单元包括模数转换器和数字信号处理模块，模数转换器将光谱解调单元送来的模拟电压信号转换成数字量后送入数字信号处理模块，所述数字信号处理模块对数字量信号进行滤波处理后，形成最終的数字信号输出。作为优化的方案，所述压电材料的通孔两端带有开ロ朝外的锥形杯ロ，在锥形杯ロ处点光学胶将准直透镜与压电材料固定。本专利技术还提供一种采用上述基于光学法布里-珀罗腔的电压互感器的分布式布网结构，所述宽带光源用一个分束器分成多路，每一路对应ー个测量节点的光学电压互感器探头，多路光学电压互感器探头最终通过ー个波分复用器合成一路输入到光谱解调单元，将每一路的波长信号解调出来，再由信号处理单元转换成数字信号输出。作为优化的方案，通过设定各路法布里-珀罗腔的腔长，给每一路分配一个波长带宽的通道，当电压改变时，光学电压互感器探头输出的波长随之在各自的通道带宽内漂移。本专利技术的基于光学F-P腔的电压互感器的优点是:与现有的基于光强、相位、偏振等调制方式的光学电压互感器相比，本专利技术的互感器光路和结构更简单、制作成本更低、信噪比更高、高压侧的传感探头和低压侧组件能够拉远。与现有的基于光波长调制的光纤光栅互感器相比，本专利技术的互感器传感探头拥有温漂自动补偿的结构设计，不需要额外测量温度參数来解调电压參数，因此具有更高的运行稳定性和可靠性。并且该互感器的传感探头为光学无源结构，高压端无需供能，对绝缘要求简単。附图说明图1是基于光学法布里-珀罗腔的电压互感器的结构示意图，图2是光学F-P腔的结构示意图，图3是互感器的分布式组网测量示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进ー步的说明。本专利技术的基于光学法布里-珀罗腔的电压互感器主要由五部分组成:位于高压侧的光学电压传感探头、位于低压侧的宽带光源22、光谱解调単元24、信号处理单元26以及连接以上各组件的光纤3。如附图1所示，光学电压传感探头包括压电材料12、准直透镜14、光纤尾纤16和绝缘结构17。压电材料12为长方体结构，沿纵向的两个端面镀有电极，分别连接高压端子122和接地端子124。同时參阅图2所示，压电材料12沿横向的中央位置打有圆柱形通孔，通孔直径比准直透镜14稍大。准直透镜14 一端镀有反射膜142，另外一端用光学胶与光纤尾纤16粘接在一起。在真空环境下，两个直径约Imm大小的准直透镜14分别从压电材料12的两端插入通孔内，使镀有反射膜142的两个端面相向井在之间保留几十微米长度的间隙形成ー个F-P腔125。压电材料12以及F-P腔125被真空封装在由环氧树脂压铸成的绝缘结构17内。F-P腔125两侧的光纤3伸出绝缘结构17タト，分别与低压侧的宽带光源22及光谱解调単元24相连。当宽带光源22的光通过F-P腔125时，只有满足F-P腔125谐振条件的光波长才能被透射，透射的光波长会因为谐振条件的改变而发生相应的漂移。被测的一次电压加在压电材料12的两端电极上，在高电压下，压电材料12通过逆压电效应产生机械形变，这ー形变传递到F-P腔125上，造成腔长的变化，进而改变了 F-P腔125的谐振条件，进ー步引发透射光的波长漂移。这一波长漂移量与被测一次电压的幅值成正比。在低压侧，光谱解调单元24将从光学电压传感探头返回光的波长漂移量解调出来，再由信号处理单元26转换成数字信号输出，从而完成对一次电压的完整测量。上述F-P腔125的谐振条件表示为:m入=2L其中，入是由F-P腔125透射的光波长；m是ー个任意的整数；L是F-P腔125的腔长。在高电压作用下，压电材料12产生伸縮，导致L的变化，根据F-P腔125谐振条件，入将发生相应的漂移，漂移量与加在压电材料12两端的一次电压成正比。作为优选的方案，所述光谱解调单元24由光谱仪或可调谐滤波器加光电探测器构成，用于检测、的漂移量，并将该漂移量转换成模拟电压信号，该信号大小与被测一次电压的大小成正比。作为优选的方案，所述信号处理单元26包括模数转换器和数字信号处理模块。模数转换器将光谱解调单元24送来的模拟电压信号转换成数字量后送入数字信号处理模块；所述数字信号处理模块对数字量信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光学法布里?珀罗腔的电压互感器，包括位于高压侧的光学电压传感探头、位于低压侧的宽带光源、光谱解调单元、信号处理单元以及连接以上各组件的光纤，其特征在于：光学电压传感探头包括压电材料、准直透镜、光纤尾纤，压电材料为长方体结构，沿纵向的两个端面镀有电极，分别连接高压端子和接地端子，沿横向的中央位置打有圆柱形通孔，准直透镜一端镀有反射膜，另外一端用光学胶与光纤尾纤粘接在一起，在真空环境下，两个准直透镜插入压电材料的通孔内，使镀有反射膜的两个端面相向并在之间保留间隙形成一个F?P腔，F?P腔两侧的光纤伸出绝缘结构外，分别与低压侧的宽带光源及光谱解调单元相连。
【技术特征摘要】
1.一种基于光学法布里-珀罗腔的电压互感器，包括位于高压侧的光学电压传感探头、位于低压侧的宽带光源、光谱解调単元、信号处理单元以及连接以上各组件的光纤，其特征在于:光学电压传感探头包括压电材料、准直透镜、光纤尾纤，压电材料为长方体结构，沿纵向的两个端面镀有电极，分别连接高压端子和接地端子，沿横向的中央位置打有圆柱形通孔，准直透镜一端镀有反射膜，另外一端用光学胶与光纤尾纤粘接在一起，在真空环境下，两个准直透镜插入压电材料的通孔内，使镀有反射膜的两个端面相向井在之间保留间隙形成ー个F-P腔，F-P腔两侧的光纤伸出绝缘结构外，分别与低压侧的宽带光源及光谱解调单元相连。2.按权利要求1所述的ー种基于光学法布里-珀罗腔的电压互感器，其特征在于:所述准直透镜镀有反射膜的两个端面之间保留10至60微米长度的间隙。3.按权利要求1所述的ー种基于光学法布里-珀罗腔的电压互感器，其特征在于:整个光学法布里-珀罗腔被封装在由环氧树脂压铸成的绝缘结构内。4.按权利要求1所述的ー种基于光学法布里-珀罗腔的电压互感器，其特征在于:所述宽带光源发出的光通过光学法布里-珀罗腔吋，只有满足光学法布里-珀罗腔谐振条件的光波长才能透射，谐振条件表示为:m 入=2L 其中，、是由F-P腔透射的光波长;m是ー个任意的整数；L是光学法布里-珀罗腔的腔长，在高电压作用下，压电材料产生伸縮，导致L的变化，根据光学法布里-珀罗腔谐振条...
【专利技术属性】
技术研发人员：武帅，贺胜男，李丹丹，史磊磊，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：
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