基于双铌酸锂晶体的非接触式过电压光电传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电压智能感知领域，具体涉及一种非接触式过电压光电传感器。
[0002] 背景意义
[0003] 高压电网过电压监测技术对于研究过电压的行为特征和绝缘配合设计，保障电 力系统安全运行具有重要的意义，伴随着电力系统的蓬勃发展，对于电力系统线路的安全 运行意义重大的高压电网过电压监测传感器越来越得到重视。传统的对电力系统进行计 量与保护的高压电压传感器都是采用电磁式电压传感器（VT)和电容传感式电压传感器 (CVT)，由于电力系统传输容量的不断增大以及电压等级的不断提高，其自身缺陷如抗干扰 能力较差、与一次电气隔离困难等引发的诸多问题愈发显现，越来越不能满足电力系统工 程实际的需要，因此研发一种无源、精确、抗干扰能力强、与一次电气设备隔离的高压电网 过电压传感器迫在眉睫。
[0004] 先进光学技术的快速发展使得众多新型无源光纤电压传感器走入人们的视线，近 些年已有许多新课题开始着手对新型无源光纤电压传感器进行研究，并已经研发出了各种 型式的光纤电压传感器〇VS(Optic Voltage Sensor)，根据传感原理主要可分为：传光型无 源0VS、有源0VS、全光纤0VS和基于电致伸缩原理的0VS。此类光纤电压传感器具有测量精 度高，响应频带宽，抗电磁干扰能力强、体积小等众多优点，但是其都不与一次电气设备隔 离，传感器本身的故障可能会导致整个电网的故障，这为电网设备的安全运行埋下了重大 隐患。随着光电技术的不断发展，将抗干扰能力极强的光电传感技术运用到高压电网过电 压监测上已经成为可能，如重庆大学自主研发的利用高低压耦合分压单元和具有一次电光 效应即Pockels效应的电光晶体（LiNb03)进行电光转换，实现对高压电网过电压监测的非 接触式过电压光电传感器已在实际工程现场中试运行，这对于推进高压电网过电压无源监 测技术的发展，使得监测技术更安全可靠具有相当重要的意义。
[0005] 在对此种基于单铌酸锂晶体的非接触式过电压光电传感器进行初步性能试验后， 我们发现此种光电传感器具有无源、响应时间快、抗干扰强且与电气一次设备隔离的众多 优点，但是对温度变化特别敏感，通过对器件逐一排除分析后我们得到基于Pockels效应 的单铌酸锂晶体光电传感器的核心一一铌酸锂（LiNb03)晶体，由于其自身的特性，不仅对 于电场敏感，温度、压力以及附加双折射等都对铌酸锂晶体的晶体折射率、晶体对称型等施 加着重要影响，使得由1^他0 3晶体自然双折射引起的相位差受到极大干扰。然而在横向电 光调制中，LiNbO#SH体自然双折射引起的相位差决定了LiNb03晶体的静态工作点，晶体静 态工作点的漂动将导致传感器无法稳定在LiNb03晶体线性工作区内，严重影响电光器件的 测量和精度，从而进一步影响其光学特性。因此，为了将基于电光晶体（LiNb03)p〇CkelS效 应的光电传感技术运用到高压电网过电压监测领域，就迫切需要研发一种受环境温度干扰 小，性能稳定的新型非接触式过电压光电传感器。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明提供一种基于双铌酸锂晶体的非接触式过电压光电传感器，不 受环境温度变化影响，与一次电力设备隔离，测量精度高，信号传输简便。
[0007] 本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
[0008] 包括非接触传感单元和双铌酸锂晶体光电传感单元；
[0009] 所述非接触传感单元包括金属感应板和低压臂模块，所述金属感应板用于设置在 架空输电线路下，低压臂模块设置于金属感应板与地之间，低压臂模块包括电容(： 2，所述电 容(：2的一端与金属感应板电连接，另一端接地，电容C2与金属感应板之间的电压信号输出 端与双铌酸锂晶体光电传感单元的信号输入端电连接。
[0010] 进一步，所述基于双铌酸锂晶体的非接触式过电压传感器还包括金属屏蔽外壳， 金属感应板通过绝缘螺钉和绝缘垫片固定于金属屏蔽外壳上方，金属屏蔽外壳接地，低压 臂模块和双铌酸锂晶体光电传感单元设置于金属屏蔽外壳内。
[0011] 进一步，所述双铌酸锂晶体光电传感单元的光路上依次包括光纤准直器、光学起 偏器、1/4波片、1^他0 3晶体I、31/2旋光片、LiNbO3晶体II、光学检偏器、光纤准直器；
[0012] LiNb03晶体I与LiNb03晶体II的上下表面均镀有金属电极，所述LiNb03晶体II 摆放位置与LiNb03晶体I的X轴相同Z轴相反；
[0013] 所述LiNb03晶体I及LiNb03晶体II的金属电极方位相同一侧与低压臂模块的电 容(：2与金属感应板之间的电压信号输出端电连接，两LiNbO3晶体另一侧金属电极接地。
[0014] 本发明的有益效果：本发明的基于电光效应的非接触式过电压传感器，相对于现 有技术，具有如下优点：
[0015] 本装置基于双晶体温度补偿法研制而成，具有受环境温度影响极小，性能稳定的 特点。
[0016] 本装置体积小，结构简单，便于安装，信号传输简易，方便远程控制，适合产品批量 推广。
[0017] 本装置通过光电转换技术可实现信号远距离传输，且测量精度高，响应速度快，频 域宽，抗电磁干扰能力强等特点。
[0018] 本装置通过非接触传感单元，实现了传感器与一次设备的电气隔离，既能精准测 量过电压信号又能够保证电力设备的安全运行。
[0019] 本装置通过全光纤耦合去噪以及后端软件信号处理，实现弱电信号的高精度测 量。
【附图说明】
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0021] 图1为本发明装置中基于双铌酸锂晶体的非接触式过电压光电传感器结构示意 图；
[0022] 图2为本发明装置中双铌酸锂晶体光电传感单元的结构示意图；
[0023] 图3为本发明装置中双铌酸锂晶体温度补偿法原理示意图；
[0024] 图4为本发明装置应用于特高压输电线路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 以下将结合附图对本发明进行详细说明。
[0026] 参见图1-4,基于双铌酸锂晶体的非接触式过电压光电传感器，包括金属屏蔽外壳 11、非接触传感单元和双银酸锂晶体光电传感单元12,所述非接触传感单元包括金属感应 板13和低压臂模块14,所述金属感应板13为长490mm，宽270mm，厚2mm的金属钢板，内外表 面均涂有防水绝缘漆，具有较强的耐腐蚀性和机械强度。所述金属屏蔽外壳11为上端开口 的长方体，所用材质为金属钢，且开口边缘钢板平行向外延伸15_，用于安装绝缘垫片16、 绝缘螺钉15以及金属感应板13。金属屏蔽外壳11内部长度为460mm，内部宽度为240mm， 内部高度为100mm，钢板厚度为2mm。所述绝缘垫片16为木质或塑胶材料等绝缘材料。绝 缘垫片16安装于金属屏蔽外壳11开口边缘向外侧平行延伸的钢板上，并钻有螺孔。金属 感应板13通过绝缘螺钉15固定于金属屏蔽外壳11和绝缘垫片16上方，绝缘垫片16起到 绝缘和支撑的作用。金属屏蔽外壳11接地，低压臂模块14和双铌酸锂晶体光电传感单元 12设置于金属屏蔽外壳内.
[0027] 所述低压臂模块由电容C2、匹配电阻、放电间隙等组成，用亚克力板PMMA进行封 装，长度为60mm，宽度为45mm，高度为20mm。低压臂模块设置于金属感应板1下方，低压臂 模块中C2的一端与金属感应板1电连接，另一端接地。
[0028] 所述低压臂模块14低压臂模块用亚克力板PMMA进行封装，长度为60_，宽度为 45mm，高度为20mm。金属感应板13与地之间，低压臂模块14包括电容C2及其外围电路，如 匹配电阻等，所述电容C2的一端与金属感应板13电连接，另一端接地，电容C2与金属感应 板13之间的电压信号输出端与双铌酸锂晶体光电传感单元12的信号输入端电连接。
[0029] 参见图2,所述双铌酸锂晶体光电传感单元的光路上依次包括光纤准直器4、光学 起偏器5、1/4波片6、1^他0 3晶体7、π/2旋光片8、LiNbO3晶体9、光学检