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，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橢圓轉(zhuǎn)動，這樣的光稱為橢圓偏振光。
　　在電場（或電壓）的作用下，一些本身沒有雙折射現(xiàn)象的材料會產(chǎn)生雙折射效應，使光波的兩偏振分量之間出現(xiàn)相位差，這就是電光效應。檢測出相位差，就可以計算出電壓或電場強度的大小。由于相位較難測量，故一般利用偏光干涉原理將相位調(diào)制轉(zhuǎn)化為強度調(diào)制，傳感器輸出光強的大小即能反映被測電壓，這就是光電壓傳感器測量電壓的基本原理。

 
圖示：一種實用的光電壓傳感器示意圖

　　光電壓傳感器的檢測原理類似于光電流傳感器，由一個1/4波長板和兩個偏振器組成的偏振檢測系統(tǒng)將普克爾斯偏振調(diào)制轉(zhuǎn)化為強度調(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度可用下式表示：

　　式中：
　　P0——輸入光強度；
　　K——普克爾斯靈敏度常數(shù)。
　　通過測量偏振光強度、輸入光強度，我們就可以計算得到外部施加電壓（即被測電壓）。
注：1、某些透明的光學介質(zhì)在外加電場的作用下，折射率會隨外加電場線性變化。這種現(xiàn)象就是普克爾斯效應或線性電光效應。
　　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，它們是振動方向互相垂直的線偏振光。光在非均質(zhì)體中傳播時，其傳播速度和折射率值隨振動方向不同而改變，其折射率值不止一個。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應用優(yōu)勢

　　1、光電壓傳感器不存在任何導電因素，絕緣性好，可以在電氣上實現(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，抗電磁干擾能力強。
　　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)象而使得互感器運行的暫態(tài)響應好，不會因磁飽和而導致大電流時檢測靈敏度的下降，穩(wěn)定性高保證了系統(tǒng)運行的高可靠性。
　　3、頻響特性好，工作帶寬高，有利于檢測電網(wǎng)諧波及浪涌電壓，電壓傳感頭部分的頻率響應取決于光纖在傳感頭上的渡越時間，實際能測量的頻率范圍主要取決于電子線路部分的帶寬。光電壓傳感器可測量電路線路上的高次諧波，這是傳統(tǒng)電壓互感器難以實現(xiàn)的。
　　4、光纖的體積小、質(zhì)量輕、信號傳輸損耗小，適合于遠距離測量。
　　5、不存在二次短路、開路的危險，過電壓時不存在危險，抗沖擊能力強。
　　6、適應了電力系統(tǒng)自動化、智能化和網(wǎng)絡化的需要。

02應用局限

　　光電壓傳感器科研開發(fā)現(xiàn)狀雖已取得不少進展，但從總體水平而論，應用局面尚未打開。這固然有與傳統(tǒng)傳感器的價格競爭問題和使用習慣問題，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)定的光源強度、由探測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)化設計問題。總的來看，光電壓傳感器存在的主要問題有如下幾點。
　　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)會產(chǎn)生光路擾動，整個傳感器系統(tǒng)也無法避免地會產(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、光電壓傳感器的實用化進程緩慢。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)處于試驗室研制階段。