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光学电压传感器研究

潘峰  
【摘要】:光学电压传感器克服了传统电压或电场传感器的许多缺点,具有广泛的应用前景。但是,光学电压传感器至今还没有在电力电压互感器中得到广泛应用,其稳定性难以满足要求是一个重要原因。本文在全面分析和总结光学电压传感器的发展现状基础上,结合现有技术条件,以提高光学电压传感器的稳定性为目的,提出了种新型结构的传感器——基于双BGO晶体的线性电光效应传感器,重点分析了影响这种传感器稳定性的因素,并提出相应的解决方法。为了考验传感器在实际应用环境下的性能,对传感器开展了准确度试验、温度稳定性和时间稳定性试验。理论分析和试验结果表明:这种传感器准确度高,稳定性好,有希望应用于电力电压互感器。 本文介绍了基于线性电光效应的光学电压传感器的一般设计原则,包括如何选择传感晶体,光学器件如何组合。为了提高传感晶体的灵敏度,应该选择合适的晶体材料和晶体形状;为了提高整个传感器的灵敏度,应该合理的调整各光学器件之间的相对位置。 本文对广泛研究的基于反射式结构、横向调制方式、双光路补偿方法的传感器的工作原理进行了简要分析,并对这种传感器的局限性进行了分析。 本文提出了一种新型的基于双BGO晶体、横向调制、反射式结构的传感器,分析了其工作原理,建立了数学模型,从理论上论证这种结构的传感器能够消除干扰双折射的影响,提高传感器输出的稳定性。本文重点介绍了实际情况下影响这种传感器工作稳定性的因素,包括BGO晶体、准直器、半波片、直角棱镜等光学器件的影响,光波在晶体表面的反射影响,光波斜入射晶体的影响,光源以及电子电路等影响,并针对各种影响因素,提出了相应的解决方法。 研制的基于双BGO晶体的传感器系统输出符合电子式电压互感器的输出要求,为此研制了一台电子式电压互感器的校验装置。校验装置在国家高电压计量站通过了整体检定,检定结果表明该校验装置能够校验0.2及以下等级的电子式电压互感器。 为了考察本文提出的传感器在实际应用环境下的性能,在实验室模拟传感器的实际工作环境,对传感器进行了准确度试验、温度稳定性试验和时间稳定性试验。试验结果表明基于双BGO晶体的传感器相对常规单晶体的传感器,提高了准确度和稳定性,具有很好的应用前景。


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