CN111239506A - 一种场致发光电场传感器 - Google Patents

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汲胜昌
贾云飞
高璐
杨欣颐
李志兵
刘伟
刘子恩
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Xian Jiaotong University
Electric Power Research Institute of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Xian Jiaotong University
Electric Power Research Institute of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种场致发光电场传感器，该传感器由场致发光片、多模塑料光纤和光电探测器构成。场致发光片由掺有场致发光粉末的透明环氧树脂、玻璃或透明橡胶等绝缘性能较好的材料制成，多模塑料光纤一端埋入场致发光片，另一端接入光电探测器。当场致发光片处的场强较大时，将出现发光现象，多模塑料光纤将发出的光送入光电探测器，通过测量光电探测器的输出电压即可计算出场强大小。本发明基于场致发光效应设计的电场传感器具有结构简单、无需载波光源、成本低、对被测区域场强分布影响小的优点。

Description

一种场致发光电场传感器
技术领域
本发明涉及高压电场传感技术领域，具体为一种场致发光电场传感器。
背景技术
电场传感器在电气、航空航天和工业生产等诸多领域具有广泛应用。电场传感器根据工作的原理的不同可分为电荷感应式电场传感器和光纤式电场传感器两大类，而光纤式电场传感器具有电气绝缘性能优良、响应速度快、频带宽等优点，易于实现与电气通信网络的连接，在电力系统的测量、智能电网以及电磁兼容等领域具有广泛的应用前景。目前的光学电场传感器主要是基于光学晶体、光纤以及光波导等功能材料的电光效应、逆压电效应以及弹光效应来实现电场传感，这些传感器结构较为复杂，价格昂贵，需要载波光源，而载波光源的工作寿命和性能稳定性会直接影响光学电场传感器的性能。因此，研制一种结构简单、成本低廉的光学电场传感器具有重要的工程意义。
发明内容
针对上述技术现状，本发明提供了一种结构简单，成本较低的场致发光电场传感器，非常适合测量绝缘子等高压器件的表面场强。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种场致发光电场传感器，场致发光电场传感器由多模塑料光纤、场致发光片和光电探测器构成，塑料光纤一端埋入掺有场致发光粉末的场致发光片，另一端接入光电探测器。
场致发光片由掺有场致发光粉末的透明环氧树脂、玻璃、透明橡胶或其他绝缘强度较高的材料制成，具有较高的耐压性能，其形状为片状、柱状、半球状或其他形状。
用于连接场致发光片和光电探测器的多模塑料光纤中不含有金属材料。
相比于使用光学晶体、光纤以及光波导等功能材料的电光效应、逆压电效应以及弹光效应的光学电场传感器，场致发光电场传感器主要有以下优势：
1)场致发光电场传感器的探头是一个场致发光片，在透明环氧树脂、玻璃、透明橡胶或其他绝缘强度较高的材料中掺入场致发光粉末即可，且可根据使用场景制作不同结构的探头，制作方便，结构简单。
2)相对于其他电场测量方法，由于场致发光电场传感器的探头(场致发光片和多模塑料光纤)不含有金属材料，且探头体积小，探头的引入对空间电场分布影响较小，使得电场的测量较为符合真实情况。
3)不使用载波光源，消除了载波光源带来的不稳定性，使用寿命较长。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
1—场致发光片，2—多模塑料光纤，3—光电探测器
具体实施方式
以下结合附图对本发明的场致发光电场传感器以及使用该电场传感器进行电场测量的实验方法作进一步说明。
本发明提供了一种场致发光电场传感器，其主体包括多模塑料光纤、场致发光片和光电探测器。场致发光片由掺有场致发光粉末的透明环氧树脂、玻璃、透明橡胶或其他绝缘强度较高的材料制成；光电探测器可将输入的光信号转换为电压信号，从而反映场致发光片的发光强度；多模塑料光纤一端埋入场致发光片，另一端接入光电探测器。当场致发光电场传感器的探头(场致发光片)受到高场强的作用时，光电探测器将输出一个反映探头发光强度的电压信号，根据此电压信号即可计算得到电场大小。该传感器可测量高于场致发光粉末发光阈值场强(约1kV/mm)的电场，因此场致发光电场传感器非常适合高场强的测量，如：绝缘子表面场强的测量。
如图1所示为场致发光电场传感器的结构图。该传感器由场致发光片、多模塑料光纤和光电探测器组成。
该传感器的场致发光片是由掺有场致发光粉末的透明环氧树脂、玻璃、透明橡胶或其他绝缘强度较高的材料制成，是整个传感器的探头部分，可根据使用情况改变其形状，浇注时应对其充分搅拌，并事先埋入多模塑料光纤。为减小对待测部位场强的影响，通常制作为一薄片。当该场致发光片处于高电场的作用下时，由于掺有场致发光粉末，将出现发光现象，且发光强度随着场强的增大而增大。但场致发光粉末存在发光阈值场强(约1kV/mm)，当场致发光片的场强高于发光阈值场强时，场致发光片才会发光，因此场致发光电场传感器非常适合高场强的测量。
在场致发光电场传感器中，多模塑料光纤一端埋入场致发光片，另一端接入光电探测器，从而将场致发光片所发出的光送入光电探测器。而光电探测器可将输入的光信号转换为电压信号，通过测量光电探测器的电压信号即可计算出场致发光片处的场强。
本发明所提出的场致发光电场传感器，相比于使用场致发光效应的电压传感器，其探头部位(场致发光片和多模塑料光纤)结构简单，不含金属材料，需要将场致发光粉末掺入绝缘性能较好的透明材料中，如：透明环氧树脂、玻璃、透明橡胶等绝缘材料，否则探头部位无法耐受高场强，将引发闪络。
使用场致发光电场传感器进行电场的测量，需要将传感器的场致发光片放置到待测区域或粘贴在待测高压器件的表面。光电探测器应远离高场强区域，从而减小电磁干扰。施加高电压后，传感器的场致发光片将发光，光电探测器将此光信号转换为电压信号，测量此电压信号的幅值即可计算出被测部位的场强。整个装置和待测高压器件还可以放置于高压气室或油箱中进行实验，从而提高施加电压，使发光更为明显，提高测量的准确度。

Claims (3)

1.一种场致发光电场传感器，其特征在于，场致发光电场传感器由多模塑料光纤、场致发光片和光电探测器构成，塑料光纤一端埋入掺有场致发光粉末的场致发光片，另一端接入光电探测器。
2.根据权利要求1所述的一种场致发光电场传感器，其特征在于，场致发光片由掺有场致发光粉末的透明环氧树脂、玻璃、透明橡胶或其他绝缘强度较高的材料制成，具有较高的耐压性能，其形状为片状、柱状、半球状或其他形状。
3.根据权利要求1所述的一种场致发光电场传感器，其特征在于，用于连接场致发光片和光电探测器的多模塑料光纤中不含有金属材料。
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