光学电压互感器基本原理和分类

    光学电压互感器利用光电子技术来测量电压。它利用光纤的优良物理特性，使一次侧和二次侧只有光的联系而没有电的联系。根据互感器的传感头是否存在有源器件，光学电压互感器可分为有源型和无源型两种。

    有源型光学电压互感器在高压端以非光学材料作传感头，采用电阻分压、电容分压或阻容分压等原理获得一次侧电压信息，利用有源器件进行调制，通过光纤将被调制的光信号传输到低压端，再进行进一步处理，从而测得电压。其传感头部分需要供电电源，所以称为有源型。无源型光学电压互感器采用光学传感头，传感头部分不再需要电源，所以称为无源型，由于不再需要电源，使其结构也较简单。

    无源型光学电压互感器根据传感原理的不同，可分为基于Pockels电光效应的互感器、基于Kerr效应的互感器和基于逆压电效应的互感器等类型，它们分别利用以上原理来调制光信号，在传感过程中不涉及电信号。目前所研究的光学电压互感器大多数是基于Pockels电光效应的。某些晶体在没有外加电场作用时，为各向同性的单轴晶体，光率体为一圆球体，光通过时不会发生双折射，但在加电场后变为双轴晶体，光率体变成椭球体，光通过时发生双折射，双折射两光波之间的相位差正比于所加的电压，这种效应称为Pockels电光效应。

    基于Pockels电光效应的电压互感器常采用锗酸秘作为电光晶体，它透过率高，具有Pockels电光效应，没有自然双折射和旋光效应，而且无热释电效应，温度系数小，是目前发现的理想的电压敏感材料之一。光源将光通过光纤传送到传感头，经过起偏器、1/4波片等人射到酸秘晶体，晶体上施加有被测电压，在外电场作用下，其折射率和通过晶体的光偏振态发生变化，产生双折射，一束光分为两束偏振方向互相垂直的线偏振光，通过晶体后两束光将会产生相位差，且相位差与外加电压成正比。由于对光的相位的测量比较困难，通常将相位的变化转变为光强的变化来进行测量，即将光变成幅度受电压调制的偏振光，然后通过光纤传送到低压侧，进行光电变换、信号放大及处理，即可测得电压。

    光学电压互感器在不同程度上克服了传统电压互感器的一些缺陷。它体积小，质量轻；无爆炸危险，运行安全；与保护、仪表等二次设备的数字化、微机化相适应；绝缘结构简单，绝缘性能好；测量信号通过光纤传输，抗电磁干扰能力强；没有因铁芯饱和引起的一系列问题；频率响应好，工作频带宽；动态范围大，测量精度高。

    随着计算机技术、智能技术以及大规模集成电路技术的发展，光学电压和电流互感器将向数字化、智能化、多功能发展，成为一种具有自动测量、传输、控制、报警等综合功能的智能装置。实际上准确地说，光学互感器是一种光学传感器，我们这里按习惯称之为互感器。虽然现在它还没有达到完全实用化、普及化的阶段，但随着新型光纤材料的出现和集成光学技术的发展，光学互感器的精确度、稳定性将得到不断提高，结构也会愈简单，必将取代传统的互感器。