[发明专利]一种谐振式光学电压传感器的结构设计方法

说明书

本发明公开了一种谐振式光学电压传感器的结构设计方法，属于光学电压传感器领域；首先对多物理场进行理论仿真分析，当满足两束偏振光路径的热应力一致性时，两束线偏振光以BGO晶体中心对称的地方入射；然后根据谐振腔的光学参数，建立谐振式光学电压传感器的光路传输模型；并构建谐振式光学电压传感器的仿真平台，在结构体设计时在BGO晶体两侧通过反射镜形成法布里‑珀罗谐振腔。然后通过优化设计，得到满足谐振腔的分辨率和清晰度条件下的腔反射率r₁,r₂，与谐振腔两反射面不严格平行的偏差角θ₂以及满足谐振腔的清晰度条件下的对轴角度误差θ；最后，利用结构体的参数要求设计好谐振式光学电压传感器实际结构；本发明可提高谐振式光学电压传感器测量精度。

技术领域

本发明属于光学电压传感器技术领域，涉及一种谐振式光学电压传感器的结构设计方法。

背景技术

电力工作包括发电、变电、输电、配电和用户用电等，是电能的生产与使用的过程，同时电力系统在国民经济发展中也发挥着相当大的作用。随着社会的进步，电力系统的需求也与日俱增，由于电力资源各地分布不均，无法大量存储，且电能的连续供应与变化存在随机性，制约了其运行，因此要提高电力输送的容量，同时要提高到电力运行的电压等级，电压传感器是电力系统的必要组成设备，也在向着智能化、时代化的新型技术方面发展进步。

根据电压变换的机理将电压传感器划分为三类：电容式电压传感器、电磁式电压传感器和光学电压传感器。其中电容式电压传感器和电磁式电压传感器由于绝缘性复杂，且体积过大不方便运输等缺点，无法满足当前电力工业日益增大的发展要求。随着电压传感器技术的进一步发展，光学电压传感器具有自身优势而深受众多学者的探讨与研究。

光学电压传感器的特点：首先绝缘性能好，可以最大限度地分离高压一侧和低压一侧，从而增强了安全性；其次稳定性高，因为它没有磁芯，不会受到固有磁饱和以及磁铁谐振等因素的影响，从而避免了因灵敏度降低导致的波形失真的问题。再者，电容式电压传感器和电磁式电压传感器可能会产生二次回路短路的情况，同时危险系数高，具有隐患，且电感的存在会使得检测到的高频分量受到影响，而光学电压传感器由于体积小易于运输与使用，它的响应速度很快，能可靠高效检测电压。

虽然它具有这么多优点，可是在实际工作过程中，光学电压传感器所面临的温度漂移还尚未解决，能够长期工作的可靠性也丞待解决。因此，为了能够解决这些问题，需要探索研究新的结构来改善温度和长期工作的稳定性。

发明内容

本发明针对目前的光学电压传感器的温度漂移以及不能可靠的长期工作等问题，提出了一种谐振式光学电压传感器的结构设计方法，基于泡克耳斯(Pockels)效应的谐振式光学电压传感单元，对电场、温度场以及应力场等多物理干扰场进行分析，用于指导后续的谐振式光学电压传感器各个部件的选型与分析以及结构设计，可提高谐振式光学电压传感器测量精度并且促进其小型化应用。

所述的谐振式光学电压传感器的结构设计方法，具体步骤如下：

步骤一、对影响谐振式光学电压传感器精度的多物理场进行理论与仿真分析，得到在满足两束偏振光路径的热应力一致性的条件下，两束线偏振光以BGO晶体中心对称的地方入射。

考虑电场、温度场和应力场等物理场对谐振式光学电压传感器的影响建立仿真模型；

具体模型分析如下：

1)外界施加电场后，两束正交偏振光经过BGO晶体，出现的相位差δ计算公式如下：

λ为入射光的波长；n_y'为与光轴垂直方向的折射率；n_e为e光的折射率；n₀为o光的折射率；γ为BGO晶体的电光系数张量；E_Z为z方向的电场强度；l为BGO晶体的长度，h为BGO晶体处于电场中的厚度；U是外界施加电压；