CN109001517A - 一种基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置 - Google Patents

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    • G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices

Abstract

本发明涉及一种基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置，包括线偏振光源、法兰、光纤跳线、掺锰石英光纤、正电极、负电极、直流高压电源、电压显示仪。所述的线偏振光由线偏振光源产生；高压直流电源可产生所需的超高压，并可以提供量程内和精度内的任意电压值；电压显示仪可精确显示高压直流电源所产生的高压值。本发明具有操作简单、成本低廉、安全可靠等特点，可以实现全光纤超高压传感，而且可实现作为核心部件的掺锰石英光纤能够被批量化生产。

Description

一种基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置
技术领域
本发明涉及一种基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置，属于电力传感技术领域。
背景技术
光纤电压传感器是近年发展起来的一种新型电压测量设备。它利用晶体等传感材料的特定物理效应来对电压敏感，并利用光纤来完成信号的传输。其优点是：抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高压、防燃、防爆，以及测量精度高、可靠、安全, 并可远距离测量。[参考文献：(1) Chunxi Zhang, Xiujuan Feng, Sheng Liang, Chaoyang Zhang, Chuansheng Li.Quasi-reciprocal reflective optical voltage sensor based on Pockels effectwith digital closed-loop detection technique. Optics Communications, 2010,283(20). (2) Kumada A, Hidaka K. Directly high-voltage measuring system basedon Pockels effect[J]. IEEE transactions on power delivery, 2013, 28(3): 1306-1313.]
对于Pockels效应的电压传感器，无论是纵向调制型还是横向调制型的光纤电压传感器都有透射式和反射式两种结构。透射式是指光线从晶体的一端入射，从另一端射出，结构复杂但对准简单。反射式是指光线从晶体的一端入射，从另一端反射回来后又从入射端射出，结构简单，但对准困难。（参考文献：(1) Zhang Y, Xiang T, Han R. Application ofnon-contact optic voltage sensor based on Pockels effect in±800 kV convertorstation. 2016 IEEE International Conference on High Voltage Engineering andApplication (ICHVE), 2016: 1-4. (2) Kumada A, Hidaka K. Directly high-voltagemeasuring system based on Pockels effect[J]. IEEE transactions on powerdelivery, 2013, 28(3): 1306-1313.）
传统基于逆压电效应的光纤电压传感器采用Mach-Zehnder干涉仪和Michelson干涉仪的光路结构，具有结构简单、灵敏度高和调节方便等优点，但是，环境的干扰经常会造成传感臂与参考臂不同步，从而，引起干涉仪传感器的偏振衰弱，对于系统的稳定性非常不利。（参考文献：(1) Gutiérrez-Martínez C, Santos-Aguilar J, Meza-Pérez J, et al.Novel Electric Field Sensing Scheme Using Integrated Optics LiNbO3 UnbalancedMach–Zehnder Interferometers and Optical Delay-Modulation. IEEE Journal ofLightwave Technology, 2017, 35(1): 27-33.）
基于热极化光纤线性电光效应的光纤电压传感器的研究还仅处于实验室探索阶段，目前，制约这一技术的实用化问题主要有热极化光纤的工艺不成熟，很难拉出较长的光纤来提高信噪比；另外，还有在高压输配电应用中热极化光纤的封装问题。这些因素都极大地限制了传感元件的批量生产和应用。此外，直接测量系统不能解决与主体系统的电气隔离问题，这对于高压电网存有潜在的风险。因此，全光纤电压传感将是解决上述困难与问题的关键。（参考文献：(1) 芦鑫，毕卫红，麻硕，刘丰。双孔光子晶体光纤光学电压传感方案研究[J]。中国激光，2011，38(11)：163-167。(2) 米林，杨德兴，姜亚军，王美蓉，郭钰宁，屈俊荣。基于焦耳热的光纤布喇格光栅电压传感器研究[J]。光子学报，2014，43(09)：38-42）。
发明内容
针对上述现有技术的不足之处，本发明在已制备出的掺锰石英光纤的基础上，提供了一种基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置。
为达到上述发明创造的目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置，包括线偏振光源、第一法兰、第一光纤跳线、第二法兰、掺锰石英光纤、第一电极板、第二电极板、高压电源、第三法兰、第二光纤跳线、第四法兰、光偏振态分析仪、电压显示仪；所述线偏振光源通过第一法兰连接第一光纤跳线，第一光纤跳线经第二法兰连接掺锰石英光纤，所述掺锰石英光纤设置于第一电极板和第二电极板之间，通过高压电源给第一电极板和第二电极板加上高电压，使得掺锰石英光纤处于电场中；掺锰石英光纤通过第三法兰连接第二光纤跳线，第二光纤跳线再通过第四法兰接入光偏振态分析仪，然后经由电压显示仪测得电压值。
进一步地，所述掺锰石英光纤的长度不低于1米，且不超过100米。
进一步地，电压的测量范围为100V~1000kV，测量精度小于0.1‰。
与现有技术相比，本发明具有如下的突出的优点：
本发明具有操作简单、成本低廉、安全可靠等特点，可以实现全光纤超高压传感，而且可实现作为核心部件的掺锰石英光纤能够被批量化生产。
附图说明
图1是基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置示意图。
具体实施方式
本发明的实施方式结合附图详述如下：
如图1所示，一种基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置，包括线偏振光源1、第一法兰2、第一光纤跳线3、第二法兰4、掺锰石英光纤5、第一电极板6、第二电极板7、高压电源8、第三法兰9、第二光纤跳线10、第四法兰11、光偏振态分析仪12、电压显示仪13；所述线偏振光源1通过第一法兰2连接第一光纤跳线3，第一光纤跳线3经第二法兰4连接掺锰石英光纤5，所述掺锰石英光纤5设置于第一电极板6和第二电极板7之间，通过高压电源8给第一电极板6和第二电极板7加上高电压，使得掺锰石英光纤5处于电场中；掺锰石英光纤5通过第三法兰9连接第二光纤跳线10，第二光纤跳线10再通过第四法兰11接入光偏振态分析仪12，然后经由电压显示仪13测得电压值。所述掺锰石英光纤5的长度不低于1米，且不超过100米。
本发明装置的操作过程如下：
波长为1550nm的线偏振光源1产生的线偏振光通过第一法兰2，第一光纤跳线3，再通过第二法兰4注入掺锰石英光纤5，掺锰石英光纤5被盘放于绝缘板的圆形凹槽之中，绝缘板凹槽的上下两面各放置有圆环形第一电极板6和第二电极板7，通过高压电源8给第一电极板6和第二电极板7加上高电压，使得掺锰石英光纤5处于均匀电场中。通过光偏振态分析仪12，再经由电压显示仪13测得其电压值，电压的测量范围为100V~1000kV，测量精度小于0.1‰。

Claims (3)

1.一种基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置，其特征在于，包括线偏振光源（1）、第一法兰（2）、第一光纤跳线（3）、第二法兰（4）、掺锰石英光纤（5）、第一电极板（6）、第二电极板（7）、高压电源（8）、第三法兰（9）、第二光纤跳线（10）、第四法兰（11）、光偏振态分析仪（12）、电压显示仪（13）；所述线偏振光源（1）通过第一法兰（2）连接第一光纤跳线（3），第一光纤跳线（3）经第二法兰（4）连接掺锰石英光纤（5），所述掺锰石英光纤（5）设置于第一电极板（6）和第二电极板（7）之间，通过高压电源（8）给第一电极板（6）和第二电极板（7）加上高电压，使得掺锰石英光纤（5）处于电场中；掺锰石英光纤（5）通过第三法兰（9）连接第二光纤跳线（10），第二光纤跳线（10）再通过第四法兰（11）接入光偏振态分析仪（12），然后经由电压显示仪（13）测得电压值。
2.根据权利要求1所述的基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置，其特征在于，所述掺锰石英光纤（5）的长度不低于1米，且不超过100米。
3.根据权利要求1所述的基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置，其特征在于，电压的测量范围为100V~1000kV，测量精度小于0.1‰。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110133352A (zh) * 2019-05-10 2019-08-16 上海大学 基于热极化石英光纤的全光纤电压传感装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0867743A3 (en) * 1997-03-27 1999-09-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical fiber modulator having an optical fiber having poled portion serving as an electrooptic element and method for making same
CN101251427A (zh) * 2008-03-28 2008-08-27 北京高光科技有限公司 全光纤偏振式压力测量方法及传感装置
CN202916324U (zh) * 2012-11-07 2013-05-01 南京理工大学 一种组合式智能无线光电互感器
CN103226162A (zh) * 2013-03-26 2013-07-31 北京航空航天大学 一种基于双光路补偿的光波导电压传感器
CN204008794U (zh) * 2014-07-15 2014-12-10 鞍山博丰电力设备有限公司 一种单边瓣间干涉式全光纤电压互感器
CN105425020A (zh) * 2015-11-20 2016-03-23 重庆大学 基于双铌酸锂晶体的非接触式过电压光电传感器
CN207227596U (zh) * 2017-08-25 2018-04-13 山东博达光电有限公司 用于光学石英晶体电扩散处理的夹持器组件

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0867743A3 (en) * 1997-03-27 1999-09-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical fiber modulator having an optical fiber having poled portion serving as an electrooptic element and method for making same
CN101251427A (zh) * 2008-03-28 2008-08-27 北京高光科技有限公司 全光纤偏振式压力测量方法及传感装置
CN202916324U (zh) * 2012-11-07 2013-05-01 南京理工大学 一种组合式智能无线光电互感器
CN103226162A (zh) * 2013-03-26 2013-07-31 北京航空航天大学 一种基于双光路补偿的光波导电压传感器
CN204008794U (zh) * 2014-07-15 2014-12-10 鞍山博丰电力设备有限公司 一种单边瓣间干涉式全光纤电压互感器
CN105425020A (zh) * 2015-11-20 2016-03-23 重庆大学 基于双铌酸锂晶体的非接触式过电压光电传感器
CN207227596U (zh) * 2017-08-25 2018-04-13 山东博达光电有限公司 用于光学石英晶体电扩散处理的夹持器组件

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. KUDLINSKI 等: "Modeling of the χ(2) susceptibility", 《OPTICS EXPRESS》 *
SUNISH MATHEWS 等: "All-fiber polarimetric electric field sensing using liquid crystal infiltrated", 《SENSORS AND ACTUATORS》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110133352A (zh) * 2019-05-10 2019-08-16 上海大学 基于热极化石英光纤的全光纤电压传感装置

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