光学电压传感器温度响应特性分析与实验研究

光学电压传感器面临温度稳定性问题。本文以BGO晶体的Pockels效应模型为基础,结合热光效应等推导出光学电压传感器在多物理场作用下的温度响应模型,并对输出信号进行频谱分析,得到温度对传感器输出的影响规律,即由温度引起的输出漂移属于低频分量。在卡尔曼滤波降噪的基础上,提出了一种基于频谱分析的高通滤波温度补偿方法,通过滤除低频分量提高温度稳定性,并进行标定实验和温度响应特性实验。实验结果表明,传感器在[0℃,50℃]温度范围内输出电压测量精度优于±1.79%,与同平台下BP神经网络温度补偿方法进行对比,该方法易于实现且有效地抑制了温度漂移的影响。     

自愈光学电压传感器

为解决光学电压传感器测量精度的温漂问题,提出采用增加基准测量源的方法,根据对基准源的测量结果来调整实际测试结果,从而实现了对传感参数的实时自动补偿。应用该方法设计了自愈光学电压传感器,并进行了精度检测。检测结果表明:在常温下,自愈光学电压传感器的线性度可达0.2级;当环境温度引起工作光强波动或传感参数漂移时,自愈光学电压传感器的测量精度比补偿前有大幅提高。该方法原理简洁,容易实现,为高性能光学电压传感器的设计提供了新的解决思路。     

一种提高光学电压传感器温度稳定性的方法

光学电压传感器的测量精确度易受环境温度的影响。通过设计基准电压源,使基准电压源与被测电压源串联共同作用于同一个光学电压传感器,提出一种获取自校准系数的自校准算法,通过自校准系数对光学电压传感器测量结果进行修正,实现对光学电压传感器的温度补偿。基于该方法设计了自校准光学电压传感器,并对其进行了精确度测试。测试结果表明:在?40℃~+70℃的温度范围内,自校准光学电压传感器的测量误差小于±0.12%,其温度稳定性得到了显著提高。该方法简单有效,为实现实用化的高精确度光学电压互感器提供了解决方案。     

基于普克尔效应的双晶体互易型光学电压传感器

提出了一种基于普克尔效应的双晶体互易型光学电压传感器,利用两块电光晶体抵消无用双折射引起的相位差,利用法拉第旋光器实现互易型光路模式,提高了光路的抗干扰能力。在常温条件下,对传感器进行了直流和交流实验。0~3kV的直流电压和0至约2.5kV的交流电压测试结果表明,传感器的输出和输入具有良好的线性关系,直流测量误差不大于±0.28%,电压较高时交流测量误差不大于±0.22%。传感器对于输入电压的响应迅速没有明显拖尾现象且输出稳定,交流波形不失真。实验结果表明了该系统方案的可行性。     

实现线性测量的光学电压传感器设计

设计了一种采用径向偏振光栅实现线性测量的光学电压传感器。将光学晶体的电光相位延迟角转化成环形光斑的同步旋转,由图像转换器将环形光斑转换为条形光斑,通过图像采集系统定位条形光斑暗纹的中心位置来获得被测电压值。应用琼斯矩阵证明了光斑暗纹中心位置与晶体电光相位延迟角之间的线性关系,给出了计算方法,并给出了锗酸铋(BGO)晶体和铌酸锂(LN)晶体的实验验证。结果表明该光学电压传感器的测量模式与光强无关,可直接测量172°的电光相位延迟角,测量误差小于0.5%,实现了对电压的线性测量。     

一种线性测量电光相位延迟的光学电压传感器

提出了一种采用晶体劈直接线性测量电光相位延迟的新型光学电压传感器,将晶体的电光相位延迟转换为光斑条纹的移动,通过测量光斑的位移量获得相位延迟。理论上分析推导了光斑位移量与晶体电光相位延迟角之间的线性关系,给出了光斑位移量的计算方法,并进行了实验验证。实验结果表明,新型光学电压传感器能够测量的相位延迟角达到320°,线性度良好。     

采用牛顿环光栅的光学电压互感器相位延迟检测方法

基于非线性解调模式的光学电压互感器存在测量结果与光功率相关、电压测量范围受半波电压限制等问题。文中提出一种基于牛顿环亚波长光栅实现的线性光学电压互感器。与径向检偏光栅相比,牛顿环光栅的消光比沿径向均匀分布,可将电光相位延迟转换为光斑图像的同步旋转。四象限探测器用于对光斑图像进行定位,实现电压信号的实时线性测量。实验结果表明:该光学电压互感器的测量结果与光功率无关,对电光相位延迟的测量范围可以达到±80°,在实验室条件下准确级为0.2级。     

基于光学传感的交直流混合场一体化测量实现

针对交、直流混合场测量的问题,文中基于电光晶体Pockels效应设计了旋转式光学传感元件,该设计不仅适用于测量交直流混合场,而且抑制了测量中的波动和误差。分别推导了旋转式光学电场传感器测量直流电场、交流电场以及混合场时的传感原理。为了区分不同频率下的电场强度,将Hilbert-Huang时频变换技术应用到光学电场测量,并且给出不同频率下的测量方案。在光学一体化传感器标定后,对混合场进行测量,实验数据表明,所提出的光学电场一体化测量机制适用于准确地测量交、直流混合场。     

反射式横向调制光学电压传感器特性分析

以反射延迟器代替1/4波片构成的反射式横向调制光学电压传感器结构紧凑,便于实际应用。对Bi4Ge3O12(BGO)晶体反射式横向调制光学电压传感器进行理论分析,分析表明:将待测电压加于BGO晶体001方向,且使光沿晶体ī10方向通过时,光学电压传感器具有较好的双光路温度互补特性,传感器具有最优性能。对2种不同结构的光学电压传感器进行温度试验,试验结果验证了理论分析的正确性。     

利用LiNbO3晶体电光效应测量脉冲电压

本文介绍利用ＬｉＮｂＯ３晶体的线性电光效应做成的电压、电场传感器；并利用汞润开关产生脉冲电压波。实验结果表明此传感器对测量波尾较短的脉冲电压是可行的，幅值测量线性度在３％以内。