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(zhǎng)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)化為強(qiáng)度調(diào)制。普克爾斯晶體縱向外加電壓u（t），離開晶體的偏振光強(qiáng)度可用下式表示：

　　式中：
　　P0——輸入光強(qiáng)度；
　　K——普克爾斯靈敏度常數(shù)。
　　通過測(cè)量偏振光強(qiáng)度、輸入光強(qiáng)度，我們就可以計(jì)算得到外部施加電壓（即被測(cè)電壓）。
注：1、某些透明的光學(xué)介質(zhì)在外加電場(chǎng)的作用下，折射率會(huì)隨外加電場(chǎng)線性變化。這種現(xiàn)象就是普克爾斯效應(yīng)或線性電光效應(yīng)。
　　2、光束入射到各向異性的晶體，分解為兩束光而沿不同方向折射的現(xiàn)象，它們是振動(dòng)方向互相垂直的線偏振光。光在非均質(zhì)體中傳播時(shí)，其傳播速度和折射率值隨振動(dòng)方向不同而改變，其折射率值不止一個(gè)。光波入射非均質(zhì)體，除特殊方向以外，都要發(fā)生雙折射，分解成振動(dòng)方向互相垂直，傳播速度不同，折射率不等的兩種偏振光，此現(xiàn)象稱為雙折射。

01應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　1、光電壓傳感器不存在任何導(dǎo)電因素，絕緣性好，可以在電氣上實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)與高壓側(cè)的完全隔離，由于采用了光纖傳送信號(hào)，抗電磁干擾能力強(qiáng)。
　　2、無鐵心和線圈，不存在磁飽和、鐵磁諧振問題，消除了磁飽和及鐵磁諧振現(xiàn)象而使得互感器運(yùn)行的暫態(tài)響應(yīng)好，不會(huì)因磁飽和而導(dǎo)致大電流時(shí)檢測(cè)靈敏度的下降，穩(wěn)定性高保證了系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性。
　　3、頻響特性好，工作帶寬高，有利于檢測(cè)電網(wǎng)諧波及浪涌電壓，電壓傳感頭部分的頻率響應(yīng)取決于光纖在傳感頭上的渡越時(shí)間，實(shí)際能測(cè)量的頻率范圍主要取決于電子線路部分的帶寬。光電壓傳感器可測(cè)量電路線路上的高次諧波，這是傳統(tǒng)電壓互感器難以實(shí)現(xiàn)的。
　　4、光纖的體積小、質(zhì)量輕、信號(hào)傳輸損耗小，適合于遠(yuǎn)距離測(cè)量。
　　5、不存在二次短路、開路的危險(xiǎn)，過電壓時(shí)不存在危險(xiǎn)，抗沖擊能力強(qiáng)。
　　6、適應(yīng)了電力系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需要。

02應(yīng)用局限

　　光電壓傳感器科研開發(fā)現(xiàn)狀雖已取得不少進(jìn)展，但從總體水平而論，應(yīng)用局面尚未打開。這固然有與傳統(tǒng)傳感器的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)問題和使用習(xí)慣問題，還有就是產(chǎn)品性能穩(wěn)定的問題，這牽涉到需要保持穩(wěn)定的光源強(qiáng)度、由探測(cè)器噪聲引起的傳感器輸出不穩(wěn)定以及光傳感器本身的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。總的來看，光電壓傳感器存在的主要問題有如下幾點(diǎn)。
　　1、光電壓傳感器的溫度穩(wěn)定性問題。由于傳感材料及環(huán)境因素的影響，使得傳感器的穩(wěn)定性不高。
　　2、光電壓傳感器的光路系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生光路擾動(dòng)，整個(gè)傳感器系統(tǒng)也無法避免地會(huì)產(chǎn)生一定的系統(tǒng)噪聲，如何減小系統(tǒng)噪聲帶來的誤差是尚待解決的問題。
　　3、光電壓傳感器的實(shí)用化進(jìn)程緩慢。雖然不少研究者提出了各式各樣的光電壓傳感器系統(tǒng)模型，但多數(shù)處于試驗(yàn)室研制階段。