高压电场测量系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术属于电力检测技术领域，提供了一种高压电场测量系统及其检测方法，隔离可靠，具有强抗干扰能力、高频率响应带宽。所述系统包括激光源、电场传感器、传输光纤、光电探测器和后级信号处理系统，所述激光源输出激光光束，通过传输光纤耦合至电场传感器的输入端，激光光束在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光电探测器，所述光电探测器将光强信号转换为电压信号，后级信号处理系统通过电压信号获得电场强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力检测
，具体涉及一种。
技术介绍
高电压强电场下的测量技术一直是高压工程的重要领域。电场测量技术在电晕放 电、局部放电、间隙闪络、电磁环境等问题的研究有广泛的应用需求。从实际操作出发，主要 分为工频电场、操作波电场、雷电冲击电场和VFT0电场等场的测量。不难发现，高压环境电 磁场测量具有以下特征：1)电场测量点多位于高电位和强场区域。要求测量系统的传感器 探头部分与后级信号处理部分有很好的隔离；2)瞬变脉冲电磁场幅值高、变化快。要求测 量系统必须具有很好的响应速度，具有很宽的频率响应范围。3)尽可能小的体积，以减小传 感器对被测电磁场的影响。因此，研究开发一套具有可靠隔离、强抗干扰能力、高频率响应 带宽和具有小体积探头的电磁场测量系统是非常有意义的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高压电场测量系统，隔离可靠，具有强抗干 扰能力、高频率响应带宽。 为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案： 高压电场测量系统，包括激光源、电场传感器、传输光纤、光电探测器和后级信号 处理系统，所述激光源输出激光光束，通过传输光纤耦合至电场传感器的输入端，激光光束 在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光电探测器，所述光电探测器将光 强信号转换为电压信号，后级信号处理系统通过电压信号获得电场强度。进一步，所述电场传感器包括沿光路依次设置的激光准直器I、起偏器、1/4波片、 晶体、检偏器和激光准直器II，所述激光准直器I的光输入端通过光纤与激光源的光输出 端连接，所述激光准直器II的光输出端通过光纤与光电探测器的光输入端连接。 进一步，所述晶体为LiNb03晶体。 进一步，所述晶体的上表面和下表面镀有作为检测电极的金属层真空镀金层。 进一步，所述光电探测器通过下式将光强信号转换为电压信号： 上式中，a是输出电压的直流分量，b为光电传感单兀感应电压的比例系数，En为 半波电压，E为电场强度。 进一步，后级信号处理系统通过下式获得电场强度： 上式中，V。为光电探测器输出的电压信号值。 本专利技术还提供一种上述高压电场测量系统的测量方法，包括如下步骤： 1)激光源输出激光光束，通过传输光纤親合至电场传感器的输入端； 2)激光光束在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光电探测器； 3)所述光电探测器将光强信号转换为电压信号； 4)后级信号处理系统通过电压信号获得电场强度。 进一步，所述步骤3)中，光电探测器通过下式将光强信号转换为电压信号： 上式中，a是输出电压的直流分量，b为光电传感单元感应电压的比例系数，其中 E"称为半波电压，是电光调制产生的相位差达到所需的电场，是设计光电传感单元的一个 重要参数，参量E为传感器待测电场强度。 进一步，所述步骤4)中，后级信号处理系统通过下式获得电场强度： 上式中，V。为光电探测器输出的电压信号值。 本专利技术相对于现有技术具有如下优点：1.具有响应频带宽（10Hz~100MHz)、速度快，适合精确测量工频电场及瞬变电 场。 2.采用光纤进行信号的传输，实现传输系统的光电隔离。传感器适合于处于高电 位和强场区域测量的场合。 3.通过优化传感器探头内部结构，同时使用电光系数较大且灵敏度较高的铌酸锂 晶体作为敏感，使得传感器可以尺寸非常小，尺寸为10X10X60mm(zXyXx)，对被测电磁 场的影响很小。 4.由于传感器的尺寸小，位置分辨能力强。可以完成狭小空间的空间精确定位测 量，并通过光纤，实现远距离测量。通过实验室测量工频、标准操作冲击、标准雷电冲击模拟 实验。该传感器完全胜任电力系统中不同电场的测量。【附图说明】 图1示出了高压电场测量系统的结构示意图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的具体实施方 式作进一步的详细描述。 参见图1，本实施例的高压电场测量系统，包括激光源7、电场传感器、传输光纤、 光电探测器8和后级信号处理系统9,所述激光源7输出激光光束，通过传输光纤耦合至电 场传感器的输入端，激光光束在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光电 探测器8,所述光电探测器8将光强信号转换为电压信号，后级信号处理系统9通过电压信 号获得电场强度。 所述电场传感器包括沿光路依次设置的激光准直器I1、起偏器2、1/4波片3、晶 体4、检偏器5和激光准直器II6,所述激光准直器I1的光输入端通过传输光纤与激光源7 的光输出端连接，所述激光准直器II6的光输出端通过传输光纤与光电探测器8的光输入 端连接。 激光源发出的光通过光纤传至起偏器之后变为线偏振光，在外施电场的调制下， 当光通过LiNb03晶体后，双折射光的相位差发生变化，通过检偏器之后，经光纤传至光电探 测器（PD)探知这种相位变化引起的光强变化，并将其转化为能用示波器直接测量的电压 信号。 所述晶体为Pockels晶体，优选为LiNb03晶体。不同电光晶体在相同外加电场下 的电光效应强弱是不同的，选择适当电光系数的LiNb03晶体可以在保证较大半波电场情况 下极大的提高传感器感应电场的灵敏度。 所述晶体可以不镀电极，但也可以在其上表面和下表面镀有作为检测电极的金属 层真空镀金层。 所述光电探测器通过下式将光强信号转换为电压信号： 上式中，a是输出电压的直流分量，b为光电传感单元感应电压的比例系数，其中 E"称为半波电压，是电光调制产生的相位差达到所需的电场，是设计光电传感单元的一个 重要参数，参量E为传感器待测电场强度。 后级信号处理系统通过下式获得电场强度： 上式中，V。为光电探测器输出的电压信号值。 本专利技术还提供一种上述高压电场测量系统的测量方法，包括如下步骤： 1)激光源输出激光光束，通过传输光纤耦合至电场传感器的输入端； 2)激光光束在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光电探测器； 3)所述光电探测器通过下式将光强信号转换为电压信号： 上式中，a是输出电压的直流分量，b为光电传感单元感应电压的比例系数，其中 E"称为半波电压，是电光调制产生的相位差达到所需的电场，是设计光电传感单元的一个 重要参数，参量E为传感器待测电场强度。 4)后级信号处理系统通过下式获得电场强度： 上式中，V。为光电探测器输出的电压信号值。 通过任意函数发生器加载电场测试，本专利技术的系统和方法，实际测量和拟合结果， 两者相关系数为〇. 99671，由拟合计算得到半波电场为2515kV/m，传感器可以线性测量最 大电场为801kV/m(线性误差小于5% )。 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利技术的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本 专利技术的权利要求范围当中。【主权项】1. 高压电场测量系统，其特征在于：包括激光源、电场传感器、传输光纤、光电探测器 和后级信号处理系统，所述激光源输出激光光束，通过传输光纤耦合至电场传感器的输入 端，激光光束在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光电探测器，所述光电 探测器将光强信号转换为电压信号，后级信号处理系统通过电压信号获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
高压电场测量系统，其特征在于：包括激光源、电场传感器、传输光纤、光电探测器和后级信号处理系统，所述激光源输出激光光束，通过传输光纤耦合至电场传感器的输入端，激光光束在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光电探测器，所述光电探测器将光强信号转换为电压信号，后级信号处理系统通过电压信号获得电场强度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆，孙尚鹏，司马文霞，袁涛，杨鸣，韩睿，刘通，何彦霄，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85