专利名称：一种光学电压传感头的制作方法
技术领域：
本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种光学电压传感头。
背景技术：
现有电力系统高电压测量的电压互感器，由于采用电磁感应原理，具有铁芯和线圈，随着系统电压的升高其绝缘结构越来越复杂，体积和重量也不断增加，并且存在磁饱和和铁磁谐振，频带窄，以及存在二次压降、充油不安全等问题。上世纪八十年代以来，国内外己研制出一些光学电压互感器，成功用于测量电力系统的高电压，它具有安全可靠，精度高，体积小，重量轻，频带宽，数字化等优点。这些光学电压互感器大致可分为两类一类为电容分压式的有源光电电压互感器，另一类为用电光晶体的无源光学电压互感器。这种电光晶体的无源光学电压互感器不是模块化结构，而且所测的电压不是直接加在传感器上，测量准确度和稳定度都存在问题，难以推广应用。

发明内容
本实用新型的目的在于提供一种新的光学电压传感头，该传感头为模块化结构，具有精度高、安全可靠、体积小、重量轻且不易受电磁干扰的特点。
本实用新型提供的一种光学电压传感头，上极头通过上极头套嵌在上屏蔽电极内，下极头嵌在下屏蔽电极内，主绝缘棒的上部的外表面加工有若干个伞裙，其下部开有园柱形孔，孔内粘结有用于测量主绝缘棒电压的传感部件；绝缘套筒的侧面开有通气孔，绝缘套筒与上、下屏蔽电极连成一体；主绝缘棒位于绝缘套筒内，其上端与上极头相连，其下端与下极头相连。
所述传感部件的结构为在金属底板的一面粘结有锗酸铋晶体，在晶体的两端部分别粘结有90°转角棱镜；在金属底板的另一面粘结有二个分别与转角棱镜位置相对的起偏振镜和检偏振镜，金属底板上开有通孔；检偏振镜的反射光的一侧粘结有90°转角棱镜；三个带光纤的自聚焦透镜分别粘结在起偏振镜的输入端、检偏振镜和90°转角棱镜的输出端；入射光依次通过自聚焦透镜、起偏振镜和通孔进入转角棱镜，由其反射后进入晶体，再经转角棱镜反射后通过另一通孔进入检偏振镜；由检偏振镜分成二路光，其中一路反射光经转角棱镜反射后进入自聚焦透镜，再经光纤传送至光电二极管处理；另一路透射光进入自聚焦透镜至光纤传送至另一光电二极管。
本实用新型采用电光晶体为传感元件，构成模块化结构的无源光学电压传感头，可用于测量110kV、220kV的高电压，其测量准确度可达0.2级。将其装入硅橡胶绝缘子中，与相应的光路系统和电路系统配合，可组成独立式光学电压互感器和组合式光学电流电压互感器。该实用新型具有精度高、安全可靠、体积小、重量轻、不易受电磁干扰等优点。


图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1中传感部件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型所说的模块化结构光学电压传感头包括上屏蔽电极1、上极头套2、上极头3、主绝缘棒4、绝缘套筒5、传感头部件6、下极头7和下屏蔽电极8。上、下屏蔽电极均由铝合金做成抛光的椭园屏蔽电极。上、下屏蔽电极之间用绝缘套筒5和主绝缘棒4隔开，主绝缘棒4位于绝缘套筒5内，用螺钉将绝缘套筒5与上、下屏蔽电极连成一体。上极头3通过上极头套2嵌在上屏蔽电极1内，主绝缘棒4的上端与上极头3相连，使高电压依次通过上屏蔽电极、上极头套2和上极头3加在主绝缘棒上。主绝缘棒4的下端与下极头7相连，下极头7嵌在下屏蔽电极8内，下极头通过下屏蔽电极8与接地导电管(即地电位)相连。主绝缘棒4由含氧化铝的环氧树脂制成，并在其上部的外表面加工有若干个伞裙，以增加其爬距，其下部加工有园柱形孔，其内粘结传感部件6。绝缘套筒5用四氟乙稀做成，其侧面钻有若干通气孔9，以便SF6气体进入。被测的高电压直接加在光学电压传感头的上、下屏蔽电极之间。
如图2所示，传感部件6的结构为在金属底板e的一面粘结有锗酸铋(BGO)晶体a，在晶体a的两端部分别粘结有90°转角棱镜b1、b2。在金属底板e的另一面粘结有二个分别与转角棱镜b1、b2位置相对的起偏振镜c和检偏振镜d，金属底板e上加工有二个通孔g1、g2。检偏振镜d的反射光的一侧粘结有90°转角棱镜b3。三个带光纤的自聚焦透镜f1、f2、f3分别粘结在起偏振镜c的输入端、检偏振镜d和90°转角棱镜b3的输出端。
传感部件6所测量的电场是主绝缘棒上所分得的电压。
发光二极管LED发出的光通过自聚焦透镜f1、起偏振镜c、通孔g1进入转角棱镜b1，由其反射后进入晶体a，再转角棱镜b2反射后通过通孔g2进入检偏振镜d。由检偏振镜d分成二路光，其中一路反射光经转角棱镜b3反射后进入自聚焦透镜f3，再经光纤传送至光电二极管PIN2。另一路透射光进入自聚焦透镜f2至光纤传送至光电二极管PIN1。
该金属底板e的温度系数α≤10-4/℃，根据传感器的测试稳定度来选择相应的材料。金属底板e直接与地电位相通。自聚焦透镜的一根光纤接从LED来的输入光I0，另两根光纤分别接输出光I1和I2，分别经光电二极管PIN接收后，变成电信号，经过处理电路处理后，得到与被测电压成正比的模拟或数字电压信号，实现对高电压的测量和保护。
传感头的上屏蔽电极1的上部设有用于与高电压导电管相连的螺纹，下屏蔽电极设有用于与接地导电管相连的螺纹。接地导电管内放置与传感部件6连接的光纤。整个模块化结构光学电压传感头置于充有SF6的硅橡胶绝缘子中，其外绝缘由硅橡胶绝缘子承担，其内绝缘由SF6气体、主绝缘棒和绝缘套筒承担。SF6气体的压力为0.35MP。
本实用新型的模块化结构的光学电压传感头，其上、下电极形状和尺寸以及电场分布都可以采用计算机软件进行设计计算，其内绝缘也同样可以进行设计计算。
该传感头密封在硅橡胶复合绝缘子内，内充SF6气体。使用时，上电极1经高电压导电管接至高压侧法兰盘，下电极8经接地导电管与底部的接地法兰相连，使被测高电压直接加在电压传感头两端，通过BGO晶体的电光效应，实现对所加高电压的测量。传感头的光纤沿接地导电管铺设并与密封穿过底部法兰的光纤连接。
权利要求1.一种光学电压传感头，其特征在于，上极头(3)通过上极头套(2)嵌在上屏蔽电极(1)内，下极头(7)嵌在下屏蔽电极(8)内，主绝缘棒(4)的上部的外表面加工有若干个伞裙，其下部开有园柱形孔，孔内粘结有用于测量主绝缘棒电压的传感部件(6)；绝缘套筒(5)的侧面开有通气孔(9)，绝缘套筒(5)与上、下屏蔽电极(1、8)连成一体；主绝缘棒(4)位于绝缘套筒(5)内，其上端与上极头(3)相连，其下端与下极头(7)相连。
2.根据权利要求1所述的传感头，其特征在于所述传感部件的结构为在金属底板(e)的一面粘结有锗酸铋晶体(a)，在晶体(a)的两端部分别粘结有90°转角棱镜(b1、b2)；在金属底板(e)的另一面粘结有二个分别与转角棱镜(b1、b2)位置相对的起偏振镜(c)和检偏振镜(d)，金属底板(e)上开有通孔(g1、g2)；检偏振镜(d)的反射光的一侧粘结有90°转角棱镜(b3)；三个带光纤的自聚焦透镜(f1、f2、f3)分别粘结在起偏振镜(c)的输入端、检偏振镜(d)和90°转角棱镜(b3)的输出端；入射光依次通过自聚焦透镜(f1)、起偏振镜(c)、通孔(g1)进入转角棱镜(b1)，由其反射后进入晶体(a)，再经转角棱镜(b2)反射后通过另一通孔(g2)进入检偏振镜(d)；由检偏振镜(d)分成二路光，其中一路反射光经转角棱镜(b3)反射后进入自聚焦透镜(f3)，再经光纤传送至光电二极管处理；另一路透射光进入自聚焦透镜(f2)至光纤传送至另一光电二极管。
专利摘要本实用新型公开了一种光学电压传感头，上极头通过上极头套嵌在上屏蔽电极内，下极头嵌在下屏蔽电极内，主绝缘棒的上部的外表面加工有若干个伞裙，其下部开有圆柱形孔，孔内粘结有用于测量主绝缘棒电压的传感部件；绝缘套筒的侧面开有通气孔，绝缘套筒与上、下屏蔽电极连成一体；主绝缘棒位于绝缘套筒内，其上端与上极头相连，其下端与下极头相连。使用时，高电压依次通过上屏蔽电极、上极头套和上极头加在主绝缘棒上，下极头与通过下屏蔽电极与地电位相连。本实用新型具有精度高，安全，不易受电磁干扰等优点。
文档编号G01R1/00GK2748924SQ20042011182
公开日2005年12月28日 申请日期2004年12月6日 优先权日2004年12月6日
发明者叶妙元, 董增平, 肖霞, 毛立新, 徐雁 申请人:华中科技大学, 江苏省如高高压电器有限公司, 上海思源电气股份有限公司