易光學(xué)電壓傳感器的電場(chǎng)計(jì)算與誤差分析

1 光電壓傳感器原理 光電壓傳感器 　　光波是一種橫波，它的光矢量與傳播方向垂直。如果光波的光矢量方向不變，大小隨相位改變，這樣的光稱為線 偏振光；如果光矢量的大小不變，而方向繞傳播方向均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的光稱為圓偏振光；如果光矢量和大小都在有 規(guī)律的變化，且光矢量的末端沿著一個(gè)橢圓轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的光稱為橢圓偏振光。 　　在電場(chǎng)（或電壓）的作用下，一些本身沒有雙折射現(xiàn)象的材料會(huì)產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，使光波的兩偏振分量之間出現(xiàn) 相位差，這就是電光效應(yīng)。檢測(cè)出相位差，就可以計(jì)算出電壓或電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。由于相位較難測(cè)量，故一般利用偏 光干涉原理將相位調(diào)制轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度調(diào)制，傳感器輸出光強(qiáng)的大小即能反映被測(cè)電壓，這就是光電壓傳感器測(cè)量電壓的 基本原理。 圖示：一種實(shí)用的光電壓傳感器示意圖 　　光電壓傳感器的檢測(cè)原理類似于光電流傳感器，由一個(gè)1/4波長板和兩個(gè)偏振器組成的偏振檢測(cè)系統(tǒng)將普克爾斯偏 振調(diào)制轉(zhuǎn)化

研究了基于晶體電致旋光效應(yīng)的光學(xué)電壓傳感器,電壓傳感元件采用了國產(chǎn)鉬酸鉛(pbmoo4)晶體。光學(xué)電壓傳感頭僅由兩塊棱鏡偏振器和一塊鉬酸鉛晶體組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此電壓傳感器具有較大的線性測(cè)量范圍,例如對(duì)50-5000v工頻電壓測(cè)量的非線性誤差低于0.2%;當(dāng)測(cè)量100khz的高頻電壓并利用鎖相放大器檢測(cè)傳感信號(hào)時(shí),最小可測(cè)量電壓幅值為0.5v。此外,實(shí)驗(yàn)測(cè)量了所用鉬酸鉛晶體在635nm光波長及工頻電壓作用時(shí)的電致旋光系數(shù),其數(shù)值為1.03pm/v。

電壓傳感器 電壓傳感器的歷史 在各國，傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)字控制技術(shù)相比，傳感技術(shù)的發(fā)展都落后于它們。 從20世紀(jì)80年代起才開始重視傳感技術(shù)的研究開發(fā)，不少先進(jìn)的成果仍停留在研究實(shí)驗(yàn)階 段，轉(zhuǎn)化率比較低。 在我國，60年代開始傳感技術(shù)的研究開發(fā)，經(jīng)過從"六五"到"九五"的國家攻關(guān)，在傳感 器研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、可靠性、應(yīng)用性等獲得進(jìn)步，初步形成傳感器研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn) 和應(yīng)用的體系，并在數(shù)碼機(jī)床攻關(guān)中獲得了一批可喜的、矚目的發(fā)明專利與工況監(jiān)控系統(tǒng)或 儀器的成果。但總體上，它還不夠滿足我國經(jīng)濟(jì)與科技的迅速發(fā)展，不少傳感器仍然依賴進(jìn) 口。 在國外傳感器技術(shù)分兩種路徑：一種以美國為代表的走先軍工后民用，先提高后普及。 另一種是以日本為代表側(cè)重實(shí)用化、商品化，先普及后提高。前種成本高，后種成本低，更 快些。而我國雖在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)涉足傳感器制作業(yè)，但現(xiàn)活

電壓傳感器 (2)

分析了基于pockels效應(yīng)的光學(xué)電壓傳感器的局限性,這種局限性來自于溫度的影響和干涉相位差的間接測(cè)量模式。其中溫度影響電光晶體的應(yīng)力雙折射和光源的波長,并且由于目前無法精確測(cè)量干涉相位差,通常只能應(yīng)用馬呂斯定律將干涉相位變化的信息近似轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)變化的信息,再通過光電轉(zhuǎn)換技術(shù)最后測(cè)量出被測(cè)電壓值,這樣勢(shì)必帶來測(cè)量誤差。為了消除這兩種局限性,將鋁薄膜作為傳感元件,建立了鋁薄膜在電場(chǎng)力的作用下產(chǎn)生變形量和被測(cè)電壓的數(shù)學(xué)關(guān)系,然后通過ccd直接測(cè)量鋁薄膜的變形量,從而得出被測(cè)電壓值,避免了這兩種誤差。

測(cè)量儀器誤差分析是測(cè)量儀器研制過程中的重要一環(huán)。為了確定影響儀器測(cè)量精度的主要誤差因素,本文討論了時(shí)柵傳感器電氣誤差中零電平誤差、電源誤差的產(chǎn)生原因,提出用誤差補(bǔ)償技術(shù)來提高時(shí)柵的測(cè)量精度,對(duì)時(shí)柵傳感器的批量化生產(chǎn)具有重要作用。

光纖電壓傳感器

設(shè)計(jì)了一種新型的光纖電壓傳感器。將fabry-perot腔(簡稱f-p腔)粘在石英晶體上,根據(jù)石英晶體的逆壓電效應(yīng),在高壓作用下晶體會(huì)發(fā)生形變,使粘于其上的f-p腔腔長發(fā)生改變,相應(yīng)在f-p腔中的干涉波長也發(fā)生變化。通過可調(diào)f-p腔對(duì)其輸出光譜進(jìn)行掃描,以實(shí)現(xiàn)光譜恢復(fù),得到中心波長的變化,根據(jù)中心波長與干涉腔長的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的實(shí)時(shí)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該電壓傳感系統(tǒng)可靠性好,精度高。

為了解決一般光電式電壓傳感器存在的溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果影響大、工藝上不容易實(shí)現(xiàn)等問題,提出了一種靜電振膜式電壓傳感器,建立了該傳感器的數(shù)學(xué)模型并分析了其工作穩(wěn)定性和測(cè)量準(zhǔn)確度.理論上靜電振膜式電壓傳感器要求極化電壓大于待測(cè)電壓的峰值,這一條件在工程上難以滿足.并且電網(wǎng)電壓主要存在奇次諧波,通過平方項(xiàng)以后就變成了偶次諧波,這是系統(tǒng)帶來的誤差.因此提出了一種降低極化電壓的方法,且采用陷波濾波器濾除偶次諧波來消除系統(tǒng)自身帶來的誤差.仿真結(jié)果表明在極化電壓小于待測(cè)電壓峰值的條件下,靜電振膜式電壓傳感器可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速的電壓測(cè)量.

通過引進(jìn)電光λ/4波片的jones矩陣,闡明了用脈沖控制的電光波片構(gòu)成的光學(xué)直流電壓傳感器的敏感特性;該傳感器結(jié)構(gòu)把被測(cè)量的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成了交流脈沖控制的電壓信號(hào),因此輸出電壓信號(hào)對(duì)電磁干擾不敏感,且消除了輸入光強(qiáng)波動(dòng)的影響;雙光路的輸出結(jié)構(gòu)消除了溫度變化引起的干擾雙折射的影響。用該傳感器對(duì)-500～500v的直流電壓進(jìn)行了測(cè)量,其非線性誤差在±0.5%以內(nèi),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該傳感器結(jié)構(gòu)是可行的。

光路系統(tǒng)的偏振誤差極大地制約著準(zhǔn)互易反射式光學(xué)電壓互感器的準(zhǔn)確度.借助瓊斯矩陣,建立了分立光學(xué)器件及光纖熔接點(diǎn)的傳輸模型,推導(dǎo)出完整的電壓互感器光路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.以此模型為基礎(chǔ),對(duì)電壓互感器中的偏振誤差進(jìn)行了仿真分析.結(jié)果表明:光源偏振度、起偏器消光比及起偏器與相位調(diào)制器的對(duì)軸角度主要影響系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度;法拉第準(zhǔn)直旋光器的旋光角度、法拉第準(zhǔn)直旋光器與bgo晶體的對(duì)軸角度誤差是主要的偏振誤差源,影響系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性;根據(jù)電子式電壓互感器iec60044-70.2s級(jí)標(biāo)準(zhǔn),法拉第旋光角度誤差應(yīng)該小于1.6°,旋光器與bgo晶體對(duì)軸角度誤差小于1.85°.該研究對(duì)準(zhǔn)互易反射式光學(xué)電壓互感器光路設(shè)計(jì)和誤差抑制具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義.

霍爾電壓傳感器與電流傳感器的原理及應(yīng)用 (2)

霍爾電壓傳感器與電流傳感器的原理及應(yīng)用

電流電壓傳感器 (3)

電流電壓傳感器

霍爾電流、電壓傳感器/變送器介紹 摘要：霍爾電流、電壓傳感器/變送器模塊是當(dāng)今電子測(cè)量領(lǐng)域 中應(yīng)用最多的傳感器件之一，可廣泛用于電力、電子、交流變頻調(diào)速、 逆變裝置、電子測(cè)量和開關(guān)電源等諸多領(lǐng)域，可完全替代傳統(tǒng)的互感 器和分流器，并具有精度高、線性好、頻帶寬、響應(yīng)快、過載能力強(qiáng) 和不損失測(cè)量電路能量等優(yōu)點(diǎn)。 1引言 近年來，新一代功率半導(dǎo)體器件大量進(jìn)入電力電子、交流變頻調(diào) 速、逆變裝置及開關(guān)電源等領(lǐng)域。原有的電流、電壓檢測(cè)元件已不適 應(yīng)中高頻、高di/dt電流波形的傳遞和檢測(cè)?；魻栯娏?、電壓傳感器 /變送器模塊是近十幾年發(fā)展起來的測(cè)量控制電流、電壓的新一代工 業(yè)用電量傳感器，是一種新型的高性能電氣檢測(cè)元件。 霍爾電流、電壓傳感器/變送器由于具有精度高、線性好、頻帶 寬、響應(yīng)快、過載能力強(qiáng)和不損失被測(cè)電路能量等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而被 廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、ups電

霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，用霍爾器件，可以進(jìn)行非接觸式電流測(cè)量， 起到信號(hào)電氣隔離作用。眾所周知，當(dāng)電流通過一根長的直導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)， 磁場(chǎng)的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，這一磁場(chǎng)可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件 進(jìn)行檢測(cè)，由于磁場(chǎng)與霍爾器件的輸出有良好的線性關(guān)系，因此可利用霍爾器件測(cè)得的訊號(hào) 大小，直接反應(yīng)出電流的大小，即: i∞b∞vh 其中i為通過導(dǎo)線的電流，b為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁場(chǎng)，vh為霍爾器件在磁場(chǎng)b中產(chǎn)生 的霍爾電壓、當(dāng)選用適當(dāng)比例系數(shù)時(shí)，可以表示為等式?；魻杺鞲衅骶褪歉鶕?jù)這種工作原理 制成的。 如圖4.21，閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理是磁平衡式的，即原邊電流(ip)所產(chǎn)生的磁 場(chǎng)，通過一個(gè)副邊線圈的電流(is)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件始終處于檢測(cè)零磁通 的工作狀態(tài)。當(dāng)原副邊補(bǔ)償電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在

研究了光纖電壓傳感器光路系統(tǒng)中光源、光纖、電光晶體和光電探測(cè)器對(duì)測(cè)量誤差的影響.結(jié)果表明,采用譜線寬度窄、溫度漂移小的光源,可減小電光效應(yīng)的相位延遲誤差;采用單模光纖有利于提高信噪比;采用多次提拉的純凈bgo晶體,可抑制雙折射的影響;采用暗電流小、線性度好的光電探測(cè)器,有利于減小傳感器的漂移,改善傳感器的線性度.

研究了光纖電壓傳感器光路系統(tǒng)中光源、光纖、電光晶體和光電探測(cè)器對(duì)測(cè)量誤差的影響．結(jié)果表明。采用譜線寬度窄、溫度漂移小的光源，可減小電光效應(yīng)的相位延遲誤差；采用單模光纖有利于提高信噪比；采用多次提拉的純凈bgo晶體，可抑制雙折射的影響；采用暗電流小、線性度好的光電探測(cè)器，有利于減小傳感器的漂移，改善傳感器的線性度．

以反射延遲器代替1/4波片構(gòu)成的反射式橫向調(diào)制光學(xué)電壓傳感器結(jié)構(gòu)緊湊,便于實(shí)際應(yīng)用。對(duì)bi4ge3o12(bgo)晶體反射式橫向調(diào)制光學(xué)電壓傳感器進(jìn)行理論分析,分析表明:將待測(cè)電壓加于bgo晶體方向,且使光沿晶體方向通過時(shí),光學(xué)電壓傳感器具有較好的雙光路溫度互補(bǔ)特性,傳感器具有最優(yōu)性能。對(duì)2種不同結(jié)構(gòu)的光學(xué)電壓傳感器進(jìn)行溫度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。

提出了一種基于普克爾效應(yīng)的雙晶體互易型光學(xué)電壓傳感器,利用兩塊電光晶體抵消無用雙折射引起的相位差,利用法拉第旋光器實(shí)現(xiàn)互易型光路模式,提高了光路的抗干擾能力。在常溫條件下,對(duì)傳感器進(jìn)行了直流和交流實(shí)驗(yàn)。0~3kv的直流電壓和0至約2.5kv的交流電壓測(cè)試結(jié)果表明,傳感器的輸出和輸入具有良好的線性關(guān)系,直流測(cè)量誤差不大于±0.28%,電壓較高時(shí)交流測(cè)量誤差不大于±0.22%。傳感器對(duì)于輸入電壓的響應(yīng)迅速?zèng)]有明顯拖尾現(xiàn)象且輸出穩(wěn)定,交流波形不失真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該系統(tǒng)方案的可行性。

875型傳感器為靜電電荷累積在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)。該傳感器配備具有自動(dòng)校正技術(shù)的測(cè)量探針，即便是非接觸式探針和檢測(cè)面的距離發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)校正技術(shù)仍能保持高的精確度和速度，極大增強(qiáng)了傳感器的能力。采用din封裝設(shè)計(jì)，傳感器外殼安裝在35mm的din支架上。