CN102128974A - 一种数字式射线成像电压传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数字式射线成像电压传感器，基于电场力(电压)对带电粒子的作用原理和射线成像技术。一个真空玻璃体置于电压极板之间，置于真空玻璃体之内的同位素射线源发射α或β带电粒子轰击闪烁光纤发光，闪烁光纤自上而下或自左而右均匀水平排列，其上端固定有反射膜用于反射光子，其下端连接至图像增强器。闪烁光纤受激发出的光子经同一光纤传递到图像增强器放大，再由图像传感器进行信号处理。待测量的电压连接到电压极板，极板间的电场力对带电粒子的驱动作用使粒子的运动轨迹产生变化，轰击到不同位置的闪烁光纤，使发光位置相应地产生变化，变化量与电场力(电压)的大小成正比，应用数字图像处理方法检测发光位置的变化，得到实时数字电压信号。本发明的测量方法是线性的，高电位无电源需求，适用于电力系统交直流电压的测量。
Description
技术领域
涉及一种数字式射线成像电压传感器，基于电场力(电压)对带电粒子的作用原理和射线成像技术，适用于电力系统交直流电压的测量。
背景技术
目前可用于高电压测量的电压互感器或传感器有电磁式，电容式、模拟光电式和有源电子式四种。
电磁式电压互感器在超高压、特高压电力系统应用中的突出问题是其电气绝缘成本高、可靠性低。考虑到安全性、可靠性、准确性、性价比等方面的要求，电磁式电压互感器不适用于高电压等级。
电容式电压互感器基于电容分压原理，电容器的充放电特性导致其瞬变响应误差大，一般为5％-10％。减少电容量则容易受到外界分布电容的干扰，增加电容量则难以改善瞬态响应。另外，长期运行后电容分压比发生漂移，影响到测量的准确性。
大部分模拟光电式电压传感器是基于波克尔斯电光效应。其基本原理是电光晶体在电压的作用下呈各向异性，使通过晶体的线偏振光发生双折射，一束线偏振光变成两束线偏振光并产生相位差，利用检偏器检出因相位差导致的光强变化，经光电转换得到模拟电压信号。其优点是实现了高低电位之间的光隔离，缺点是光强测量的方法是非线性的，并受到应力双折射的严重影响，测量范围小、可靠性差。
有源电子式利用电容分压器、电阻分压器或电感分压器得到小电压信号，缺点是没有实现高低电位之间的电气隔离。
以上几种互感器的共同缺点是只能在低压侧得到模拟电压信号，需借助模数转换电路得到数字信号，成为变电站全数字化的障碍。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于电场力(电压)对带电粒子作用原理和射线成像技术实现的数字式电压传感器。
本发明所述的方法是将同位素射线源[1]如Sr90或Pu238等置于真空玻璃体[2]内，[2]置于高压电场之中，闪烁光纤束[3]置于[2]的外侧，[1]经长方形狭缝向[3]发射α或β带电粒子，轰击闪烁光纤发光。闪烁光纤的排列方向与[1]长方形狭缝的长边一致，例如在图2中长方形狭缝为横向，闪烁光纤的上端固定有反射膜[4]用于反射光子，其下端连接图像增强器[5]，闪烁光纤受激发出的光子经同一光纤传送到[5]增强放大，再传送到图像传感器[6]进行信号处理。如图1所示，待测量的电压U连接到电压极板[7]和[8]，极板间电场力对带电粒子的驱动作用使粒子的运动轨迹产生变化，轰击到[3]的不同位置，使受激发光的位置相应地变化，变化量与电场力(电压)的大小成正比，应用[6]检测发光位置的变化，得到电压信号的实时数字量。这一测量方法是线性的，高电位无电源需求、既适用于交流电压的测量，也适用于直流电压的测量。
附图说明
图1是本发明的原理图。
图2是闪烁光纤束的使用方式。
图3是本发明的具体实施方式一。
图4是本发明的具体实施方式二。
其中，[1]是同位素射线源，[2]是真空玻璃体，[3]是闪烁光纤束，[4]是反射膜，[5]是图像增强器，[6]是图像传感器，[7]、[8]是电压极板，[9]是绝缘子。[1]置于[2]之中，[4]固定在[3]的上端，[2]、[3]、[5]、[6]、[7]、[8]置于[9]之中。
具体实施方式一
具体实施方式一如图3所示，同位素Sr90射线源[1]置于真空玻璃体[2]之内，闪烁光纤束[3]置于[2]的外侧，[1]经长方形狭缝向[3]水平发射β带电粒子，轰击闪烁光纤发光。闪烁光纤自上而下水平均匀排列，其上端固定有反射膜[4]用于反射光子，其下端连接图像增强器[5]。闪烁光纤受激发出的光子经同一光纤传送到[5]增强放大，再传送到图像传感器[6]进行信号处理。待测量的电压U连接到电压极板[7]和[8]，[2]置于[7]和[8]之间，极板间电场力对带电粒子的驱动作用使粒子的运动轨迹产生变化，轰击到[3]的不同位置，使发光位置相应地变化，变化量与电场力(电压)的大小成正比，应用[6]测量发光位置的变化，得到电压信号的实时数字量。图3中[1]置于[2]之中，[4]固定在[3]的上端，[2]、[3]、[5]、[6]、[7]、[8]置于[9]之中。
具体实施方式二
具体实施方式二如图4所示，同位素Sr90射线源[1]置于真空玻璃体[2]之内，闪烁光纤束[3]置于[2]的外侧，[1]经长方形狭缝向[3]垂直发射β带电粒子，轰击闪烁光纤发光。闪烁光纤自左而右水平均匀排列，其上端固定有反射膜[4]用于反射光子，其下端连接图像增强器[5]。闪烁光纤受激发出的光子经同一光纤传送到[5]增强放大，再传送到图像传感器[6]进行信号处理。待测量的电压U连接到电压极板[7]和[8]，[2]置于[7]和[8]之间，极板间电场力对带电粒子的驱动作用使粒子的运动轨迹产生变化，轰击到[3]的不同位置，使发光位置相应地变化，变化量与电场力(电压)的大小成正比，应用[6]测量发光位置的变化，得到电压信号的实时数字量。图4中[1]置于[2]之中，[4]固定在[3]的上端，[2]、[3]、[5]、[6]、[7]、[8]置于[9]之中。
Claims (4)
1.一种数字式射线成像电压传感器，其特征是：置于电压极板之间的同位素射线源向闪烁光纤发射α或β带电粒子，轰击闪烁光纤发光，光子经同一光纤传送到图像增强器放大，再传送到图像传感器进行信号处理，待测量的电压连接到电压极板，极板间电场力对带电粒子的驱动作用使粒子改变运动轨迹，轰击到不同位置的闪烁光纤，使发光位置产生变化，变化量与电场力(电压)的大小成正比，应用图像传感器检测发光位置的变化，得到电压信号的实时数字量。
2.根据权利要求1所述的数字式射线成像电压传感器，其特征是：同位素射线源置于真空玻璃体内，真空玻璃体置于电压极板之间，同位素射线源经长方形狭缝向闪烁光纤发射α或β带电粒子，轰击闪烁光纤发光。
3.根据权利要求1或2所述的数字式射线成像电压传感器，其特征是：闪烁光纤自上而下或自左而右均匀水平排列，其上端固定有反射膜用于反射光子，其下端连接图像增强器。
4.根据权利要求1或2或3所述的数字式射线成像电压传感器，其特征是：测量方法既适用于交流电压的测量，也适用于直流电压的测量。
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