无电极型工频电场传感器的设计

分析了电力系统中工频电场测量的技术手段和应用现状,指出现有手段的存在的问题;利用集成光学技术研制了一种基于铌酸锂晶片铁电畴反转的无电极电场传感器,该传感器内部没有金属部分,具有集成度高、对被测电场影响较小等优点;分析了传感器的设计要点,针对电力设备工频电场测试的实际需求完成传感器的参数设计,并研究相关的工艺流程;针对传感器半波电场太大的特点设计了合适的方案测试传感器的特性;根据国标GB/T12720-1991建立工频电场测试系统,并利用该系统完成传感器的工频电场标定测量实验。实验结果表明,该传感器在较大测量范围内具有较好的线性度,适合于电力系统工频电场的测量。     

适用于宽温区的LiNbO_3体效应电光干涉型强电场传感器

目前光学电场传感器具有场强测量幅值高、频率测量范围宽的优点,但温度稳定性弱制约了其发展和应用。为此,分析了温度对x轴通光和z轴通光铌酸锂电场传感器的影响机理,提出了一种采用铌酸锂z轴通光调制方式、适用于宽温区试验研究的电光干涉型强电场传感器,通过搭建宽温区测试平台来获取电场传感器在宽温区内的传递函数参数;同时,校准了电场传感器的线性测量范围、典型电场波形响应和频率响应曲线。研究结果表明:校准后的电场传感器在0～50℃宽温区内的传递函数保持稳定,能够准确测量频率范围为10 Hz～700 kHz、幅值为5～600 kV/m的电场信号,可为实际应用提供参考。     

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。     

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。     

廉价霍尔效应集成电路的新应用

硅基片的结构使得线性输出的霍尔效应传感器(LOHET)应用在传感、控制、无刷直流电机、多电子触发器、控制系统等方面时,很有经济价值。这个器件集成在一块芯片上,并带有输出放大器。采用了硅工艺,LOHET与通常采用铟锑化合物的线性霍尔效应传感器比较,有一定的优点。从1968年以来,微型开关公司(Freeport IL)已经把硅的霍尔效应传感器应用到了许多方面。最初是在固态键盘上使用,但仅仅作为通/断器件。这种装置通常是把一个芯片上的霍尔传感器和一个外加的放大触发电路相联接。当靠近磁场触发的时候,该装置能传递约10mA通/断输出。     

基于M-Z干涉结构的集成光学电场传感器设计

针对亚纳秒脉冲高电压信号的测量需求,研究了基于Mach-Zenhder干涉结构的集成光学电场传感器。分析了晶体电光效应与M-Z干涉结构的基本原理,设计了传感器的铌酸锂电光晶体衬底与镀金电极结构。计算了传感器的灵敏度、频率响应、量程等输入输出性能,并设计了用于标定传感器特性的测试系统。     

220kV组合式光学电压电流互感器的设计

介绍了一种基于 Pockels晶体纵向电光效应和火石玻璃 Faraday磁光效应的 2 2 0 k V组合式光学电压电流互感器的传感机理、系统设计及试验结果。其电压传感头将2 2 0 k V的高电压直接加到锗酸铋 (BGO)晶棒上实现对电场的积分 ,受电场扰动小而且灵敏度得到提高 ;其电流传感头的光路围绕电流母线棒闭合 ,能减小导体位置变化及外界磁场的影响。系统按 2 2 0 k V电压等级标准通过了工频耐压和雷电冲击耐压及信号的线性度测试     

基于F-P光纤泄漏电流传感器的绝缘子状态监测

创新应用先进传感技术来提升电网信息感知水平,解决电网中强电磁干扰问题,是建设新型电力系统面临的重要挑战。针对输电线路复杂电磁场中绝缘子泄漏电流的监测,以XP-70绝缘子为实验对象,研制了一种基于法布里–珀罗(Fabry-Perot, F-P)干涉的绝缘子泄漏电流光纤传感器。该传感器利用敏感端机电耦合部件的换能特性及光纤传感无源、抗电磁干扰的特点,实现了泄漏电流的测量。实验结果表明,所研制的传感器具有良好的静态稳定性和动态跟随性;传感器在绝缘子泄漏电流实验线性度测试中,其线性拟合度R²=98.69%,具有良好的线性度,灵敏度为0.013m A/k V;该传感器在相同电压等级、不同温湿度下污秽绝缘子实验测试中,能准确地测量绝缘子的泄漏电流值,具有无源、抗电磁干扰能力强、灵敏度高等优点,为新型电力系统中智能绝缘子的光学无源在线监测提供解决方案。     

电光聚合物薄膜传感器及其电光性能*

为了获得更高的电光系数,提升电光性能的同时又能兼备良好的热稳定性和相容性,以电光聚合物材料为主体,通过化学与物理相结合的方法,制备了两种新型双电光分子聚合物传感器。测试了传感器的电光性能,实验研究了掺杂比、极化温度对器件电光系数的影响。分析可知,电光系数随着掺杂比例的增加而变大,但是如果掺杂比例过高,电光系数随着掺杂比例的增加而减小。这是由于过高的掺杂比降低了聚合物的玻璃化温度,导致相分离现象在极化过程中发生。对传感器进行了取向排列稳定性测试,结果表明,介电弛豫在中仍然存在。然而由于电光聚合物自身具有较大电光系数,即使在介电弛豫出现后,仍然可以表现出较强的电光特性,是一种高效电光传感器件。     

电光传感测量电场的建模与仿真

由于光纤以及晶体光学制备技术的成熟,电光传感器测量电场成为主要方法。基于Mach-Zehnder电光传感器的工作原理,为了对Mach-Zehnder电光传感器进行优化设计,在有限元仿真软件中进行了建模仿真,确定了光传输功率损耗最小的波导弯曲半径为2.5mm,3dB定向耦合器的长度为380μm,最后在信号臂上加一个电场,得出了在测量范围内所加电场与输出功率呈线性关系,说明该传感器可以较准确地测量电场。     

硅基磁电阻传感特性测试与分析

磁电阻传感器是一类广泛应用的新型磁传感器,具有灵敏度高、体积小、功耗低及易集成的特点。介绍了三种硅基磁电阻传感器的工作原理,包括各向异性磁电阻(AMR)、巨磁电阻(GMR)、隧道磁电阻(TMR)传感器,分析比较了它们的芯片技术参数,并对部分特性参数进行了规范性的测试和分析,得到三种磁传感器的灵敏度、线性度、零漂等特性,为磁传感器应用开发人员设计提供性能参数参考。     

光学电压互感器偏光干涉测量模式:(一)常见偏光干涉测量模式局限性分析

现有的光学电压互感器(OVT)大多基于电光晶体的Pockels效应,即电光晶体在外加电场的作用下其折射率发生变化,使得沿某一方向射入晶体的线偏振光产生电光相位延迟,延迟量与外加电场成正比。由于无法实现对晶体电光相位延迟的直接测量,通常采用偏光干涉测量模式,将相位延迟转变为光强调制,通过对光强的检测实现电压测量。这种测量模式反映了光功率的大小,但仅能近似线性地测量有限的电光相位延迟,其稳定性与可靠性受到温漂、晶体附加相位延迟、半波电压等问题的限制,无法满足电力系统的实用要求。文中分析了偏光干涉测量模式的局限性,并对双光路补偿法进行了讨论。     

非接触式电压/电场传感器研究综述

安全、准确获取电力系统的电参量数据可保障电力系统安全稳定运行。相比于传统的电压测量,非接触式测量技术因无需与一次设备有直接的电气连接而具备更高的安全性,同时具有体积小、频带宽、瞬态响应特性好等特点,可以满足现代电网分布式传感网络的需求。详细介绍耦合电容式电压传感、基于电流积分法的电压传感、D-dot电场传感、基于电光效应、压电效应、静电力效应的电场传感等技术,分析上述感知方法的优势及存在的问题,同时介绍电场反演电压的方法。最后对非接触式电压/电场传感技术进行了总结并就发展前景进行了展望。     

自旋阀巨磁电阻传感单元线性处理研究

为研究自旋阀传感器单元自由层易轴取向对其线性度的影响,通过改变诱导磁场取向,制备了自由层易轴沿传感单元电阻条长轴与短轴的两组样品。基于传感单元巨磁电阻效应的测试,发现自由层易轴沿传感单元电阻条短轴的样品,其性能稳定,矫顽力和线性范围基本不受电阻条宽度的影响;而对于自由层易轴沿传感器电阻条长轴的样品,随电阻条宽度的减小,传感器单元的线性范围增大,矫顽力降低。基于能量最小原理,发现自由层形状各向异性能是决定传感单元的线性度的关键参数,通过对其调制,可有效控制巨磁电阻传感器的线性度。     

基于激光光电池供电的脉冲电场传感器设计

为了解决脉冲电场传感器电光调制部分的供电问题,设计研制了一种基于激光光电池供电的脉冲电场传感器,该传感 器由激光光电池供电电路、电光调制电路和感应天线构成。 设计制作了由供能激光器、锂电池、激光光电池、锂电池充电电路、 锂电池保护电路、锂电池升压放电电路构成的激光光电池供电电路。 测试结果表明,供电电路输出电压精度为 1. 04 %,纹波系 数为 0. 3 %,并且 48 h 持续工作输出电压波动为±0. 035 V。 设计制作了由单极子天线、场效应管型集成运放构成的传感器电光 调制电路。 实验结果表明,研制的脉冲电场传感器测量带宽在 39. 8 Hz~ 1 050 MHz,动态范围 0. 256 kV/ m ~ 13. 79 kV/ m。     

多源一体化微电源

针对无线传感网络节点和5G装置需求,开展多源一体化微电源研究,详细论述了多源集成微电源设计、单体电池制备与多源集成技术等。基于物理气相沉积技术分别研制了高效光伏电池、温差发电器件,以及薄膜储能电池,对各自的电池性能进行了优化。采用基于PCB板基的三维异构集成技术,将多源发电、微型储能及电源控制芯片一体化集成,集成一体化微电源体积3.60 cm³(包括插孔引线位),多源发电最大功率密度达到30.00 mW/cm²,系统额定输出功率密度达到1.04 mW/cm²。     

光学电场传感器的仿真与实验研究

传统电场传感器中的金属设备会对被测电场产生影响,导致测量精度下降,为此设计出光学电场传感器。本文在有限元分析软件Comsol中使用晶体微元建立了Pockels效应的模型,从微观的角度阐述Pockels效应,得到了仿真结果,并搭建了实验平台,实验晶体在频率50Hz、电场强度0~8×10~5V/m条件下进行测试,验证了仿真结果,输出与输入有良好的线性关系。本文所进行的研究可为以后光学传感技术的发展提供基础。     

500kV光学电压传感系统实验研究

通过对500kV光学电压传感系统在工频高压下的传感特性测试,研究了光学电压传感器在垂直位置、上部法兰高度等变化时对测试参数大小、灵敏度、线性度,稳定性的影响．实验研究表明：垂直位置的变化、上部法兰高度的变化都会对测试值有显著影响;下引电极或下置电极的引入能有效地调整和改善测试灵敏度;光学电压传感系统测试值与外加电压有较好的线性关系。     

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。     

基于一次电光效应的非接触式过电压监测传感器

高压电网中过电压的测量对于研究过电压的行为特征和绝缘配合设计具有重要的意义。为了实现高压电网的安全准确测量,采用具有良好一次电光效应特性的铌酸锂晶体设计了无源集成的光电电压传感单元以及使用该单元的非接触式过电压监测传感器。传感器的分压单元由单元自身电容和定值电容并联构成的低压臂电容与高压导线和感应金属板的耦合电容串联构成。光电电压传感单元全光纤连接,只需感应从分压单元引出的较低幅值电压信号,且无需在传感器安装点提供电源。对设计的传感器的各项测试表明:该传感器不仅具有良好的线性工作区,同时在雷电和操作冲击电压下其高频响应精度较高(幅值反算误差3%,响应时间误差0.1μs),适用于各电压等级的过电压非接触无源监测。