CN109686552B - 一种基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于里德堡原子斯塔克效应的新型电压互感器，它包括：一次接线端子和传感探头；传感探头包括有一次高压电极板、地电极板和里德堡原子气室；一次接线端子与一次高压电极板连接，用于引入高压线路电压；通过引入的高压线路电压，在里德堡原子气室中基于斯塔克效应测量一次高压电极板和地电极板间的电场强度，并测量出电压值。本发明基于里德堡原子斯塔克效应为原理的电压测量方法，可以溯源至原子能级等基本物理量，其测量精度将大幅提高，测量误差相较传统互感器明显降低；本发明相比传统电磁式电压互感器，本发明不含铁芯与二次绕组，具有体积小，重量轻的特点，易于小型化，同时也无磁饱和的限制。
Description
技术领域
本发明涉及互感器技术领域，特别是一种基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器。
背景技术
现有电磁式互感器随着电压等级的提高，其体积、质量、绝缘结构复杂程度以及生产成本都会相应提高；由于电磁式电压互感器使用铁芯耦合一次和二次回路，短路电力中的非周期分量将引起磁饱和；产生的铁磁谐振也是一个安全隐患。同时，现有电子式互感器还存在测量精度不高的问题。本发明将解决现有电磁式互感器存在的问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器，可以溯源至原子能级等基本物理量，其测量精度将大幅提高，测量误差相较传统互感器明显降低。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器，它包括有：一次接线端子和传感探头；
所述传感探头包括有一次高压电极板、地电极板和里德堡原子气室；
一次接线端子与所述一次高压电极板连接，用于引入高压线路电压；
通过引入的高压线路电压，在里德堡原子气室中基于斯塔克效应测量一次高压电极板和地电极板间的电场强度，并测量出电压值。
进一步，所述里德堡原子气室内还包括有用于提供获得里德堡原子所需的探测激光与耦合激光。
进一步，所述里德堡原子气室包括铯原子和/或铷原子；
其中，铯原子使用852nm探测激光和510nm耦合激光；
铷原子使用780nm探测激光与480nm耦合激光。
进一步，所述传感探头还包括有连接光纤；
所述连接光纤用于导入获得里德堡原子所需的探测激光与耦合激光。
进一步，所述电压互感器还包括有外部激光平台，所述外部激光平台与所述连接光纤连接，用于提供获得里德堡原子所需的泵浦光与耦合光，并通过连接光纤传递至传感探头。
进一步，所述外部激光平台包括有探测激光源、耦合激光源和分光光路及数据采集系统；
所述探测激光和所述耦合激光源与所述分光光路及采集系统连接；
所述外部激光平台还接收所述传感探头折返的探测光信号，并将所述探测光信号作为电压传感的信号汇集至分光光路及采集系统。
进一步，所述外部激光平台还包括有多个供电压互感器实用的光纤输出输入端口。
进一步，所述里德堡原子气室外壳为金属外壳；
所述里德堡原子气室外还设置有用于进行绝缘与支撑的高压绝缘套管。
进一步，所述里德堡原子气室内部还填充有绝缘气体。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明基于里德堡原子斯塔克效应为原理的电压测量方法，可以溯源至原子能级等基本物理量，其测量精度将大幅提高，测量误差相较传统互感器明显降低；本发明相比传统电磁式电压互感器，本发明不含铁芯与二次绕组，具有体积小，重量轻的特点，易于小型化，同时也无磁饱和的限制。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器的内部结构示意图。
图2为基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例，如图1和图2所示；一种基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器，它包括有：一次接线端子和传感探头；
传感探头包括有一次高压电极板、地电极板和里德堡原子气室；
一次接线端子与一次高压电极板连接，用于引入高压线路电压；
通过引入的高压线路电压，在里德堡原子气室中基于斯塔克效应测量一次高压电极板和地电极板间的电场强度，并测量出电压值。
里德堡原子气室内还包括有用于提供获得里德堡原子所需的探测激光与耦合激光。
里德堡原子气室包括铯原子和/或铷原子；
其中，铯原子使用852nm探测激光和510nm耦合激光；
铷原子使用780nm探测激光与480nm耦合激光。
传感探头还包括有连接光纤；
连接光纤用于导入获得里德堡原子所需的探测激光与耦合激光。
电压互感器还包括有外部激光平台，外部激光平台与连接光纤连接，用于提供获得里德堡原子所需的泵浦光与耦合光，并通过连接光纤传递至传感探头。
外部激光平台包括有探测激光源、耦合激光源和分光光路及数据采集系统；
探测激光和耦合激光源与分光光路及采集系统连接；
外部激光平台还接收传感探头折返的探测光信号，并将探测光信号作为电压传感的信号汇集至分光光路及采集系统。
外部激光平台还包括有多个供电压互感器实用的光纤输出输入端口。
里德堡原子气室外壳为金属外壳；
里德堡原子气室外还设置有用于进行绝缘与支撑的高压绝缘套管。
里德堡原子气室内部还填充有绝缘气体。
本发明的工作原理如下：电压互感器由一次接线端子，高压绝缘套管，传感探头，连接光纤与外部激光平台组成。
一次接线端子用于引入高压线路电压；
高压绝缘套管用于外部绝缘与支撑；
传感探头由一次高压电极板，地电极板与里德堡原子气室组成，通过里德堡原子斯塔克效应，对高压电极上的瞬时电压进行测量；里德堡原子气室可以测量出两个电极板间的电场强度，其数值由里德堡原子受外场影响而产生的能级分裂或频偏所标定；由于高压极板、地电极板与原子气室的位置固定，高压电极的电压与板间电场强度大小成正比，据此可测量出电压值。
原子气室两端的激光端口用于提供获得里德堡原子所需的探测激光与耦合激光(铯原子使用852nm探测激光和510nm耦合激光，铷原子使用780nm探测激光与480nm耦合激光)。传感探头箱体空间由绝缘气体填充。
传感探头中的接地电极与光纤系统不接触，极板上有两处镂空以使光纤通过。
连接光纤用于导入获得里德堡原子所需的探测激光与耦合激光。外部激光平台用于提供获得里德堡原子所需的泵浦光与耦合光，并通过连接光纤传递至传感探头；激光平台由一个探测激光源，一个耦合激光源，分光光路和数据采集系统组成；激光平台同时接收由传感探头折返的探测光信号，作为电压传感的关键信号汇集至数据采集系统。激光平台可同时提供多个光纤输出输入端口，可供多台电压互感器使用。
电压互感器工作时，先将互感器通过光纤合束连接至外部激光平台的一个端口，并启动激光器激发互感器中原子气室中的碱金属气体。其次连接一次接线端子至高压线路将电压引至互感器。
本发明基于里德堡原子斯塔克效应为原理的电压测量方法，可以溯源至原子能级等基本物理量，其测量精度将大幅提高，测量误差相较传统互感器明显降低；本发明相比传统电磁式电压互感器，本发明不含铁芯与二次绕组，具有体积小，重量轻的特点，易于小型化，同时也无磁饱和的限制。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/ 或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器，包括有一次接线端子和传感探头；其特征在于，所述传感探头包括有一次高压电极板、地电极板和里德堡原子气室；
一次接线端子与所述一次高压电极板连接，用于引入高压线路电压；
通过引入的高压线路电压，在里德堡原子气室中基于斯塔克效应测量一次高压电极板和地电极板间的电场强度，并测量出电压值；
所述里德堡原子气室内还包括有用于提供获得里德堡原子所需的探测激光与耦合激光；
所述传感探头还包括有连接光纤；
所述连接光纤用于导入获得里德堡原子所需的探测激光与耦合激光。
2.如权利要求1所述的基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器，其特征在于，所述里德堡原子气室包括铯原子和/或铷原子；
其中，铯原子使用852nm探测激光和510nm耦合激光；
铷原子使用780nm探测激光与480nm耦合激光。
3.如权利要求1所述的基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器，其特征在于，所述电压互感器还包括有外部激光平台，所述外部激光平台与所述连接光纤连接，用于提供获得里德堡原子所需的泵浦光与耦合光，并通过连接光纤传递至传感探头。
4.如权利要求3所述的基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器，其特征在于，所述外部激光平台包括有探测激光源、耦合激光源和分光光路及数据采集系统；
所述探测激光和所述耦合激光源与所述分光光路及采集系统连接；
所述外部激光平台还接收所述传感探头折返的探测光信号，并将所述探测光信号作为电压传感的信号汇集至分光光路及采集系统。
5.如权利要求4所述的基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器，其特征在于，所述外部激光平台还包括有多个供电压互感器实用的光纤输出输入端口。
6.如权利要求1所述的基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器，其特征在于，所述里德堡原子气室外壳为金属外壳；
所述里德堡原子气室外还设置有用于进行绝缘与支撑的高压绝缘套管。
7.如权利要求1所述的基于里德堡原子斯塔克效应的电压互感器，其特征在于，所述里德堡原子气室内部还填充有绝缘气体。
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