基于雙鈮酸鋰晶體的非接觸式過電壓光電傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電壓智能感知領(lǐng)域，具體涉及一種非接觸式過電壓光電傳感器。
[0002] 背景意義
[0003] 高壓電網(wǎng)過電壓監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于研究過電壓的行為特征和絕緣配合設(shè)計(jì)，保障電 力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要的意義，伴隨著電力系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，對(duì)于電力系統(tǒng)線路的安全 運(yùn)行意義重大的高壓電網(wǎng)過電壓監(jiān)測(cè)傳感器越來(lái)越得到重視。傳統(tǒng)的對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行計(jì) 量與保護(hù)的高壓電壓傳感器都是采用電磁式電壓傳感器（VT)和電容傳感式電壓傳感器 (CVT)，由于電力系統(tǒng)傳輸容量的不斷增大以及電壓等級(jí)的不斷提高，其自身缺陷如抗干擾 能力較差、與一次電氣隔離困難等引發(fā)的諸多問題愈發(fā)顯現(xiàn)，越來(lái)越不能滿足電力系統(tǒng)工 程實(shí)際的需要，因此研發(fā)一種無(wú)源、精確、抗干擾能力強(qiáng)、與一次電氣設(shè)備隔離的高壓電網(wǎng) 過電壓傳感器迫在眉睫。
[0004] 先進(jìn)光學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使得眾多新型無(wú)源光纖電壓傳感器走入人們的視線，近 些年已有許多新課題開始著手對(duì)新型無(wú)源光纖電壓傳感器進(jìn)行研究，并已經(jīng)研發(fā)出了各種 型式的光纖電壓傳感器〇VS(Optic Voltage Sensor)，根據(jù)傳感原理主要可分為：傳光型無(wú) 源0VS、有源0VS、全光纖0VS和基于電致伸縮原理的0VS。此類光纖電壓傳感器具有測(cè)量精 度高，響應(yīng)頻帶寬，抗電磁干擾能力強(qiáng)、體積小等眾多優(yōu)點(diǎn)，但是其都不與一次電氣設(shè)備隔 離，傳感器本身的故障可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的故障，這為電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行埋下了重大 隱患。隨著光電技術(shù)的不斷發(fā)展，將抗干擾能力極強(qiáng)的光電傳感技術(shù)運(yùn)用到高壓電網(wǎng)過電 壓監(jiān)測(cè)上已經(jīng)成為可能，如重慶大學(xué)自主研發(fā)的利用高低壓耦合分壓?jiǎn)卧途哂幸淮坞姽?效應(yīng)即Pockels效應(yīng)的電光晶體（LiNb03)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電網(wǎng)過電壓監(jiān)測(cè)的非 接觸式過電壓光電傳感器已在實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)中試運(yùn)行，這對(duì)于推進(jìn)高壓電網(wǎng)過電壓無(wú)源監(jiān) 測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使得監(jiān)測(cè)技術(shù)更安全可靠具有相當(dāng)重要的意義。
[0005] 在對(duì)此種基于單鈮酸鋰晶體的非接觸式過電壓光電傳感器進(jìn)行初步性能試驗(yàn)后， 我們發(fā)現(xiàn)此種光電傳感器具有無(wú)源、響應(yīng)時(shí)間快、抗干擾強(qiáng)且與電氣一次設(shè)備隔離的眾多 優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)溫度變化特別敏感，通過對(duì)器件逐一排除分析后我們得到基于Pockels效應(yīng) 的單鈮酸鋰晶體光電傳感器的核心一一鈮酸鋰（LiNb03)晶體，由于其自身的特性，不僅對(duì) 于電場(chǎng)敏感，溫度、壓力以及附加雙折射等都對(duì)鈮酸鋰晶體的晶體折射率、晶體對(duì)稱型等施 加著重要影響，使得由1^他0 3晶體自然雙折射引起的相位差受到極大干擾。然而在橫向電 光調(diào)制中，LiNbO#SH體自然雙折射引起的相位差決定了LiNb03晶體的靜態(tài)工作點(diǎn)，晶體靜 態(tài)工作點(diǎn)的漂動(dòng)將導(dǎo)致傳感器無(wú)法穩(wěn)定在LiNb03晶體線性工作區(qū)內(nèi)，嚴(yán)重影響電光器件的 測(cè)量和精度，從而進(jìn)一步影響其光學(xué)特性。因此，為了將基于電光晶體（LiNb03)p〇CkelS效 應(yīng)的光電傳感技術(shù)運(yùn)用到高壓電網(wǎng)過電壓監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，就迫切需要研發(fā)一種受環(huán)境溫度干擾 小，性能穩(wěn)定的新型非接觸式過電壓光電傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于雙鈮酸鋰晶體的非接觸式過電壓光電傳感器，不 受環(huán)境溫度變化影響，與一次電力設(shè)備隔離，測(cè)量精度高，信號(hào)傳輸簡(jiǎn)便。
[0007] 本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題：
[0008] 包括非接觸傳感單元和雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元；
[0009] 所述非接觸傳感單元包括金屬感應(yīng)板和低壓臂模塊，所述金屬感應(yīng)板用于設(shè)置在 架空輸電線路下，低壓臂模塊設(shè)置于金屬感應(yīng)板與地之間，低壓臂模塊包括電容(： 2，所述電 容(：2的一端與金屬感應(yīng)板電連接，另一端接地，電容C2與金屬感應(yīng)板之間的電壓信號(hào)輸出 端與雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元的信號(hào)輸入端電連接。
[0010] 進(jìn)一步，所述基于雙鈮酸鋰晶體的非接觸式過電壓傳感器還包括金屬屏蔽外殼， 金屬感應(yīng)板通過絕緣螺釘和絕緣墊片固定于金屬屏蔽外殼上方，金屬屏蔽外殼接地，低壓 臂模塊和雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元設(shè)置于金屬屏蔽外殼內(nèi)。
[0011] 進(jìn)一步，所述雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元的光路上依次包括光纖準(zhǔn)直器、光學(xué)起 偏器、1/4波片、1^他0 3晶體I、31/2旋光片、LiNbO3晶體II、光學(xué)檢偏器、光纖準(zhǔn)直器；
[0012] LiNb03晶體I與LiNb03晶體II的上下表面均鍍有金屬電極，所述LiNb03晶體II 擺放位置與LiNb03晶體I的X軸相同Z軸相反；
[0013] 所述LiNb03晶體I及LiNb03晶體II的金屬電極方位相同一側(cè)與低壓臂模塊的電 容(：2與金屬感應(yīng)板之間的電壓信號(hào)輸出端電連接，兩LiNbO3晶體另一側(cè)金屬電極接地。
[0014] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器，相對(duì)于現(xiàn) 有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0015] 本裝置基于雙晶體溫度補(bǔ)償法研制而成，具有受環(huán)境溫度影響極小，性能穩(wěn)定的 特點(diǎn)。
[0016] 本裝置體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝，信號(hào)傳輸簡(jiǎn)易，方便遠(yuǎn)程控制，適合產(chǎn)品批量 推廣。
[0017] 本裝置通過光電轉(zhuǎn)換技術(shù)可實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸，且測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快，頻 域?qū)挘闺姶鸥蓴_能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0018] 本裝置通過非接觸傳感單元，實(shí)現(xiàn)了傳感器與一次設(shè)備的電氣隔離，既能精準(zhǔn)測(cè) 量過電壓信號(hào)又能夠保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行。
[0019] 本裝置通過全光纖耦合去噪以及后端軟件信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)弱電信號(hào)的高精度測(cè) 量。
【附圖說明】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0021] 圖1為本發(fā)明裝置中基于雙鈮酸鋰晶體的非接觸式過電壓光電傳感器結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明裝置中雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明裝置中雙鈮酸鋰晶體溫度補(bǔ)償法原理示意圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明裝置應(yīng)用于特高壓輸電線路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026] 參見圖1-4,基于雙鈮酸鋰晶體的非接觸式過電壓光電傳感器，包括金屬屏蔽外殼 11、非接觸傳感單元和雙銀酸鋰晶體光電傳感單元12,所述非接觸傳感單元包括金屬感應(yīng) 板13和低壓臂模塊14,所述金屬感應(yīng)板13為長(zhǎng)490mm，寬270mm，厚2mm的金屬鋼板，內(nèi)外表 面均涂有防水絕緣漆，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度。所述金屬屏蔽外殼11為上端開口 的長(zhǎng)方體，所用材質(zhì)為金屬鋼，且開口邊緣鋼板平行向外延伸15_，用于安裝絕緣墊片16、 絕緣螺釘15以及金屬感應(yīng)板13。金屬屏蔽外殼11內(nèi)部長(zhǎng)度為460mm，內(nèi)部寬度為240mm， 內(nèi)部高度為100mm，鋼板厚度為2mm。所述絕緣墊片16為木質(zhì)或塑膠材料等絕緣材料。絕 緣墊片16安裝于金屬屏蔽外殼11開口邊緣向外側(cè)平行延伸的鋼板上，并鉆有螺孔。金屬 感應(yīng)板13通過絕緣螺釘15固定于金屬屏蔽外殼11和絕緣墊片16上方，絕緣墊片16起到 絕緣和支撐的作用。金屬屏蔽外殼11接地，低壓臂模塊14和雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元 12設(shè)置于金屬屏蔽外殼內(nèi).
[0027] 所述低壓臂模塊由電容C2、匹配電阻、放電間隙等組成，用亞克力板PMMA進(jìn)行封 裝，長(zhǎng)度為60mm，寬度為45mm，高度為20mm。低壓臂模塊設(shè)置于金屬感應(yīng)板1下方，低壓臂 模塊中C2的一端與金屬感應(yīng)板1電連接，另一端接地。
[0028] 所述低壓臂模塊14低壓臂模塊用亞克力板PMMA進(jìn)行封裝，長(zhǎng)度為60_，寬度為 45mm，高度為20mm。金屬感應(yīng)板13與地之間，低壓臂模塊14包括電容C2及其外圍電路，如 匹配電阻等，所述電容C2的一端與金屬感應(yīng)板13電連接，另一端接地，電容C2與金屬感應(yīng) 板13之間的電壓信號(hào)輸出端與雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元12的信號(hào)輸入端電連接。
[0029] 參見圖2,所述雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元的光路上依次包括光纖準(zhǔn)直器4、光學(xué) 起偏器5、1/4波片6、1^他0 3晶體7、π/2旋光片8、LiNbO3晶體9、光學(xué)檢