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動，這樣的光稱為圓偏振光；如果光矢量和大小都在有規律的變化，且光矢量的末端沿著一個橢圓轉動，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象的材料會產生雙折射效應，使光波的兩偏振分量之間出現相位差，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制轉化為強度調制，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將普克爾斯偏振調制轉化為強度調制。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。
　　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象，它們是振動方向互相垂直的線偏振光。光在非均質體中傳播時，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。光波入射非均質體，除特殊方向以外，都要發生雙折射，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，此現象稱為雙折射。

01應用優勢

　　1、光電壓傳感器不存在任何導電因素，絕緣性好，可以在電氣上實現低壓側與高壓側的完全隔離，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象而使得互感器運行的暫態響應好，不會因磁飽和而導致大電流時檢測靈敏度的下降，穩定性高保證了系統運行的高可靠性。
　　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，這是傳統電壓互感器難以實現的。
　　4、光纖的體積小、質量輕、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、適應了電力系統自動化、智能化和網絡化的需要。

02應用局限

　　光電壓傳感器科研開發現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。這固然有與傳統傳感器的價格競爭問題和使用習慣問題，還有就是產品性能穩定的問題，這牽涉到需要保持穩定的光源強度、由探測器噪聲引起的傳感器輸出不穩定以及光傳感器本身的優化設計問題。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定性問題。由于傳感材料及環境因素的影響，使得傳感器的穩定性不高。
　　2、光電壓傳感器的光路系統會產生光路擾動，整個傳感器系統也無法避免地會產生一定的系統噪聲，如何減小系統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模型，但多數處于試驗室研制階段。