基于集成光学电场传感器的过电压测量技术

通过测量电场获取电力设备实际遭受的过电压对于电力系统故障分析、电力设备绝缘耐受试验标准制定具有重要的指导意义。为此,提出了一种基于集成光学电场传感器的过电压测量技术。首先,介绍了该测量技术的基本原理;其次,研制了集成光学电场传感器,并对过电压测量系统的响应速度、频率响应等性能指标进行了测试;最后,采用所提出的测量技术对220 k V母线投入电容式电压互感器(CVT)、投入避雷器期间产生的过电压分别进行了测量。结果表明:过电压测量系统的响应速度达μs级,频率响应在5 Hz^100 MHz内比较平坦;在投入CVT和避雷器的暂态过程中,过电压上升时间约为几μs,过电压倍数可达1.73倍。测量结果反映的物理过程与理论分析一致。

反射式小型光学电场传感器

为了同时实现对直流电场、交变电场和瞬态电场的测量,通过琼斯矩阵计算,建立基于泡克尔效应的反射式光学电场传感探头的理论传感模型,分析铌酸锂晶体长度、晶体切型、温度以及封装应力对探头传感性能的影响.制备尺寸Φ5 mm×80 mm,理论电场测量范围为±439.2 kV/m的反射式小型光学电场传感探头,搭建相关的电场传感系统并表征传感探头在10~5000 Hz交变电场、直流场、8.2~12.4 GHz高频微波场下的传感性能.实验结果表明,该光学电场传感器在直流−12.4 GHz电场频率范围内具有较好的电场响应,在无外加电场时长时间内信号漂移量小于0.08‰,分辨力至少为3 V/m,实际可测量范围为10−3~102 kV/m,有望应用于高功率微波探测和电力系统领域的直流、ms级及ns级暂态电场监测.

光学电场传感器的仿真与实验研究

传统电场传感器中的金属设备会对被测电场产生影响,导致测量精度下降,为此设计出光学电场传感器。本文在有限元分析软件Comsol中使用晶体微元建立了Pockels效应的模型,从微观的角度阐述Pockels效应,得到了仿真结果,并搭建了实验平台,实验晶体在频率50Hz、电场强度0~8×10~5V/m条件下进行测试,验证了仿真结果,输出与输入有良好的线性关系。本文所进行的研究可为以后光学传感技术的发展提供基础。

光学电场传感器性能对劣质绝缘子检测结果的影响

电场传感器用于绝缘子带电检测技术中,有两个制约绝缘子劣化检测结果精度的主要因素:一是空间电场测量的精度和稳定性,二是空间位置的分辨率和稳定性。通过对复合绝缘子电场分布进行计算分析,并通过试验进行了对比论证。结果表明:使用Pockels光学电场传感器提高电场强度精度以及使用电机进行测量位置准确定位,可显著提高对劣化绝缘子的分辨能力和带电检测的效果。

基于波长控制的LiNbO3晶体强电场传感器

为了抵消自然双折射引起的Pockels电场传感器的工作点漂移,设计了一种基于波长控制的铌酸锂晶体强电场传感器。设计的传感器系统包括:可调谐激光器、Pockels传感器、微控制单元及光电探测器。采用微控制器控制可调谐激光器的输出波长,使传感器具有π的固有相位偏置,即使传感器工作在线性区。仿真结果表明:当设计的传感器晶体长度大于0.45mm时,在1530~1565nm范围内可以找到使传感器工作在线性区的工作波长。最后结合传感器最大可测电场与半波电场之间的关系Emax≈0.3Eπ,得出传感器晶体长度为6.32mm,光沿z方向传播,x方向加电场,传感器最大可测电场为1000kV/m,此时调谐传感器的工作波长为1546.1nm可以使传感器工作在线性区。

亚纳秒前沿脉冲强电场集成光学测试技术

亚纳秒前沿脉冲强电场具有上升沿短、脉冲宽度窄、电场强度幅值大的特点。本文设计了基于偶极子接收天线、电光调制结构、光波导结构的集成光学电场传感器。组建了传感器性能测试系统和脉冲测量系统,分析了传感器的输入输出函数、响应时间等性能。

基于耦合波理论的三维电场反演算法

提出了一种测量空间三维电场方向的测量方法,设计了利用单个BGO晶体,三条光路的电场方向测量装置。通过对线性电光效应耦合波理论内容的研究,利用MATLAB软件编写了相关仿真程序,分析了电光效应的过程。在块状晶体中设置波长不同、入射方向不同的三条光路,分别计算空间各方向电场对光路出射光强度的调制结果,建立对应光路的输出光强度空间分布数据库。在测量电场方向时,利用各光路出射光强度测量值在数据库中进行坐标有序匹配确定外电场方向。测量系统无源,响应时间短、精度高。实现了理论上对电场强度不变的情况下,三维电场方向的测量。

极化效应作用下长方体各向同性电光晶体中光束相移的解析计算

电光晶体中光束相移的计算对光学电场传感器的研究至关重要,但空间电场作用下晶体极化效应对光束相移的影响尚未得到深入理解。该文提出极化效应作用下长方体各向同性电光晶体中光束相移的计算方法,定义电场变换张量以描述极化效应作用下晶体内部电场与空间电场之间的关联关系,推导出引入电场变换张量的光束相移公式。该方法同时考虑空间电场作用下电光晶体和环境介质的极化效应,可用于计算具有任意三维尺寸和介电特性的长方体各向同性电光晶体中的光束相移。结果表明:电光晶体与环境介质的介电常数之比是关键因素,该比例的增加会引起光束相移的非线性衰减;晶体三维尺寸的变化均会对光束相移产生显著影响;光束在晶体中的传播路径也是影响光束相移的重要因素。最后,以BGO晶体为例开展实验,验证相移公式的有效性。该文研究可为电光晶体中光束相移的计算评估以及光学电场传感器的优化设计提供理论依据。

基于光学电场传感技术的瓷质劣化绝缘子在线检测装置

输电线路绝缘子串的性能对电力系统的稳定运行至关重要。为了实时、准确的检测输电线路中可能存在的劣化绝缘子,通过试验及仿真分析传感器材料及封装性等因素对检测精度的影响,优化了光学电场传感器对绝缘子周边电场强度的检测方法,在此基础上设计研制了劣化绝缘子在线检测装置。通过现场试验,验证了该检测装置能够实时、有效的检测出绝缘子串是否存在劣化情况。