光纖電壓傳感器的制造方法
【專利摘要】公開(kāi)用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)端子（1a，1b）之間的電壓（V，Vn）、特別地高壓體系中的AC電壓的方法和裝置。該方法和/或裝置依靠電光元件（2；2a，2b，2c）中的電光效應(yīng)。該電光效應(yīng)在行進(jìn)通過(guò)電光元件（2；2a，2b，2c）的兩個(gè)垂直偏振光波中引入例如不同的光學(xué)相移。從而，可以測(cè)量指示在第n電光元件（2；2a，2b，2c）的位置處或第n電光元件（2；2a，2b，2c）長(zhǎng)度上的電場(chǎng)的信號(hào)（Sn）。根據(jù)本發(fā)明，信號(hào)（Sn）中的模糊通過(guò)使用關(guān)于額外的參考信號(hào)或正交信號(hào)（Sn'）的假定測(cè)試而解決。通過(guò)將多個(gè)這些電光元件串聯(lián)設(shè)置在端子之間，從成本效率和絕緣方面獲得優(yōu)勢(shì)。此外，公開(kāi)了用于測(cè)量高壓的裝置。
【專利說(shuō)明】光纖電壓傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于測(cè)量電壓、特別地是高壓范圍內(nèi)的AC電壓的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)高壓傳感器通常依賴?yán)鏐i4Ge3O12 (BGO)等晶體材料中的電光效應(yīng)(例如，Pockels 效應(yīng)和 / 或 Kerr 效應(yīng))(L.Duvillaret, S.Rialland,和 J.-L.Coutaz^Electro-optic sensors for electric field measurements.11.Choice of thecrystal and complete optimization of their orientation" J.0pt.Soc.Am.B 192704 ( 2002))。
[0003]US 4，904，931和US 5，001，419公開(kāi)了傳感器，其中在單個(gè)BGO晶體的長(zhǎng)度(典型地IOOmm與250mm長(zhǎng)度之間)上施加全線路電壓(高達(dá)幾百kV)。BGO的晶類別具有對(duì)稱性使得晶體在晶體長(zhǎng)度上測(cè)量線積分/ E*ds，即從地到高壓電勢(shì)。因此，雜散場(chǎng)(例如，來(lái)自相鄰相位)不影響測(cè)量。施加的電壓在沿平行光路傳播通過(guò)相同晶體的兩個(gè)正交線性偏振光波之間引入差分光學(xué)相移。該相移與施加的電壓成比例。光波在晶體末端處的偏振器處干涉。所得的光強(qiáng)與相移的DC偏置余弦函數(shù)成比例地變化。在高壓變電站中的典型電壓，相移可對(duì)應(yīng)于的若干倍并且從而導(dǎo)致模糊的傳感器輸出。該模糊通過(guò)將第二光學(xué)輸出路徑添加到該晶體而包含四分之一波延遲器(其在干涉波之間引入90°相位偏移)而得以解決。信號(hào)處理器從正交的兩個(gè)光學(xué)輸出信號(hào)重建施加電壓的波形。這里，兩個(gè)電信號(hào)的零交叉的雙向累計(jì)計(jì)數(shù)根據(jù)兩個(gè)電信號(hào)中的哪個(gè)領(lǐng)先而遞增或遞減。從零交叉的累計(jì)計(jì)數(shù)生成波形的階梯近似。經(jīng)由選擇性地添加或扣除該兩個(gè)光電信號(hào)中較小者的幅值而內(nèi)插階梯波形(基于通過(guò)兩個(gè)電信號(hào)的相對(duì)極性來(lái)確定該調(diào)整的認(rèn)識(shí))，從而實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的準(zhǔn)確度提聞。因?yàn)榫w處的電場(chǎng)強(qiáng)度典型地非常聞，晶體安裝在中空聞壓絕緣體中，該中空聞壓絕緣體由纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂制成并且用壓力下的SF6氣體填充以便獲得足夠的介電強(qiáng)度。絕緣體直徑大到足以使絕緣體外的空氣中的場(chǎng)強(qiáng)度保持在臨界極限以下。
[0004]US 6，252，388描述電壓傳感器，其使用沿中空高壓絕緣體的縱軸的選擇位置處安裝的若干較小電光晶體。晶體測(cè)量在它們的位點(diǎn)處的電場(chǎng)。這些本地場(chǎng)測(cè)量的總和充當(dāng)施加到絕緣體的電壓的近似。在該情況下，每個(gè)晶體處的電光相移在額定電壓時(shí)在±90°內(nèi)，即在傳感器響應(yīng)中沒(méi)有模糊。
[0005]US 5，247，244公開(kāi)了反射式且具有溫度補(bǔ)償?shù)碾姽怆妷簻y(cè)量系統(tǒng)。再次，高壓沿單個(gè)晶體施加并且兩個(gè)光學(xué)平行光束穿過(guò)全晶體長(zhǎng)度并且相對(duì)于彼此相移。溫度補(bǔ)償經(jīng)由通過(guò)電光晶體的電容性電流的測(cè)量而得以實(shí)現(xiàn)，并且推導(dǎo)校正因子并且將其應(yīng)用到半波電壓并且用于計(jì)算瞬時(shí)電壓值。
[0006]US 5，715，058公開(kāi)了用于在反射設(shè)置中測(cè)量高壓的另一個(gè)電光傳感器。高壓施加到晶體并且單個(gè)光束通過(guò)該晶體來(lái)回橫穿。該光束僅在從晶體離開(kāi)后分成兩個(gè)光路，其相對(duì)于彼此相移。溫度補(bǔ)償通過(guò)測(cè)量相移波片的溫度依賴性而實(shí)現(xiàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一般目標(biāo)是以簡(jiǎn)單的方式在大的范圍內(nèi)準(zhǔn)確地測(cè)量電壓。
[0008]該目標(biāo)由獨(dú)立權(quán)利要求的方法和裝置實(shí)現(xiàn)。示范性實(shí)施例在從屬權(quán)利要求和權(quán)利要求組合中公開(kāi)。
[0009]本發(fā)明涉及用于測(cè)量電壓、特別地第一端子與第二端子之間的全電壓和/或分電壓的方法，該第一端子在空間上與第二端子分離并且電壓在這些端子之間形成電場(chǎng)，該方法包括以下步驟:
在第一與第二端子之間的電場(chǎng)中設(shè)置至少第一電光式光傳輸兀件，
將光傳遞通過(guò)第一電光式光傳輸兀件，
測(cè)量至少來(lái)自第一電光式光傳輸元件的第一信號(hào)(例如Sn)并且進(jìn)一步測(cè)量來(lái)自第一或第二電光式光傳輸元件的第二信號(hào)(例如Sn’)，其中兩個(gè)信號(hào)都是電壓的周期函數(shù)并且具有非零的相對(duì)相移，即相對(duì)于彼此的相對(duì)相移，并且可能是關(guān)于施加電壓V或Vn的相對(duì)相移，
推導(dǎo)電壓并且解決從第一和第二信號(hào)推導(dǎo)電壓(V)中的模糊，其特征在于以下步驟:
(i)使用第一信號(hào)作為指示第一電光式光傳輸元件上的電場(chǎng)的基礎(chǔ)信號(hào)，
(ii)使用第二信號(hào)作為參考信號(hào)用于解決在推導(dǎo)電壓中的模糊，
(iii)從第一信號(hào)確定至少兩個(gè)假定、例如h+和h—,其對(duì)應(yīng)于電壓、例如Vn(n=l)的不同可能電壓值，例如Vlh+和Vlh —，
(iv)對(duì)于假定中的每個(gè)，推導(dǎo)第二信號(hào)的預(yù)期值，例如S2h+和S2h —，
(v)將預(yù)期值與第二信號(hào)的測(cè)量值比較，以及
(vi)通過(guò)驗(yàn)證對(duì)于哪一個(gè)假定的預(yù)期值最接近第二信號(hào)的測(cè)量值而在這些假定之間采取二元決策。
[0010]在實(shí)施例中，確定正好兩個(gè)假定并且每基礎(chǔ)信號(hào)使用正好一個(gè)參考信號(hào)，和/或使用歐式距離來(lái)確定預(yù)期值與測(cè)量值的接近性。
[0011 ] 在實(shí)施例中，基礎(chǔ)信號(hào)是電壓V或Vn的余弦，并且在第一假定下的電壓設(shè)想為與+arccos成比例，并且在第二假定下的電壓設(shè)想為與-arccos成比例。
[0012]在實(shí)施例中，相對(duì)相移不同于90°。
[0013]在實(shí)施例中，基礎(chǔ)信號(hào)被歸一化為圍繞零的對(duì)稱值范圍，特別地基礎(chǔ)信號(hào)被定標(biāo)并且偏移到值范圍[+1，一 I]。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施例中，推導(dǎo)電壓包括利用以下步驟重建改進(jìn)的電壓波形:從基礎(chǔ)信號(hào)確定電壓的第一電壓值，特別地通過(guò)計(jì)算反余弦而從基礎(chǔ)信號(hào)確定電壓的第一電壓值；從參考信號(hào)確定電壓的第二電壓值，特別地通過(guò)計(jì)算反余弦而從參考信號(hào)確定電壓的第二電壓值；以及從第一電壓值和第二電壓值確定改進(jìn)的電壓波形，特別地，其中從相同的光傳輸元件得出基礎(chǔ)信號(hào)和參考信號(hào)。
[0015]另外的實(shí)施例包括以下步驟:對(duì)于每第n電光式光傳輸元件，特別地對(duì)于正好一個(gè)電光式光傳輸兀件，將基礎(chǔ)信號(hào)和參考信號(hào)歸一化到相同的最大和最小幅度，特別地到一；選擇加權(quán)參數(shù)Pn，其中0 SPnS I ;以及通過(guò)計(jì)算加權(quán)和
V=Evn - s { (in* Vln + (1-Pn} *V2n }來(lái)確定改進(jìn)的電壓波形，其中Vln、V2n=第n電光
式光傳輸兀件的第一和第二電壓值。例如在正好一個(gè)電光式光傳輸兀件的情況下，全電壓V通過(guò)計(jì)算加權(quán)和V= pv1: + r1-pp+bi而確定，其中v1:b V2r =該正好一個(gè)電光式光傳輸兀件的第一和第二電壓值。
[0016]另外的實(shí)施例包括以下步驟:選擇加權(quán)參數(shù)Pn使得作為電壓的函數(shù)的基礎(chǔ)信號(hào)和參考信號(hào)更線性則被給予更大權(quán)重。
[0017]另外的實(shí)施例包括以下步驟:當(dāng)基礎(chǔ)信號(hào)的絕對(duì)值小于參考信號(hào)的絕對(duì)值時(shí)，選擇加權(quán)參數(shù)Pn=I，并且當(dāng)參考信號(hào)的絕對(duì)值小于基礎(chǔ)信號(hào)的絕對(duì)值時(shí)，選擇加權(quán)參數(shù)
3n=0。
[0018]另外的實(shí)施例包括以下步驟:選擇加權(quán)參數(shù)Pn作為電壓的連續(xù)函數(shù)，特別地根
M In = c0s^ (Snn/2} / (cos' iSn*n/2) + sIn" {Sn 1 sn/2 >。
[0019]在另一 個(gè)實(shí)施例中，使用第二電光式光傳輸元件，并且測(cè)量來(lái)自第二電光式光傳輸兀件的第二信號(hào)，并且這些假定對(duì)應(yīng)于施加到第一電光式光傳輸兀件的分電壓的不同可能電壓值。
[0020]另一個(gè)實(shí)施例包括以下步驟:使用至少兩個(gè)電光式光傳輸元件并且使它們經(jīng)受個(gè)體分電壓；對(duì)于每第n電光式光傳輸元件測(cè)量第一信號(hào)并且將它用作指示該第n電光式光傳輸元件上的電場(chǎng)的第n基礎(chǔ)信號(hào)；對(duì)于每第n電光式光傳輸元件確定第二信號(hào)并且將它用作用于解決在推導(dǎo)該第n電光式光傳輸元件上的第n分電壓中的模糊的第n參考信號(hào)；以及對(duì)于每第n電光式光傳輸元件，執(zhí)行方法步驟(iii)、(iv)、(v)和(vi)來(lái)對(duì)第n電光式光傳輸元件上的分電壓消除模糊；以及從這些分電壓確定第一與第二端子之間的全電壓。
[0021]在實(shí)施例中，并行地光學(xué)讀出電光式光傳輸元件。
[0022]在另一個(gè)實(shí)施例中，使用正好一個(gè)電光式光傳輸元件，并且這些假定對(duì)應(yīng)于第一端子與第二端子之間的全電壓的不同可能電壓值。
[0023]再另一個(gè)實(shí)施例包括對(duì)于每第n電光式光傳輸兀件和它對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)信號(hào)和/或參考信號(hào)(Sn’)執(zhí)行以下步驟:重建測(cè)量電壓(特別地，第一端子與第二端子之間的全電壓和/或分電壓)的波形；計(jì)算重建波形的若干周期內(nèi)的時(shí)間平均值；從該時(shí)間平均值確定明顯的DC偏移電壓Vdc ;以及根據(jù)A{1 = Vqq * Jt / \^+1<11,(其中\(zhòng)，11 =第n電光式光傳輸兀件
的半波電壓)，計(jì)算基礎(chǔ)信號(hào)和/或參考信號(hào)(Sn’)的相對(duì)相位An，特別地關(guān)于施加電壓Vn的相對(duì)相移。
[0024]本發(fā)明的另一個(gè)方面，特別地另外的實(shí)施例，包括以下步驟:(i)使用第一信號(hào)作為指示第一電光式光傳輸元件上的電場(chǎng)的基礎(chǔ)信號(hào)，
(ii)使用第二信號(hào)作為用于解決在推導(dǎo)電壓中的模糊的參考信號(hào)，(iii)從第一信號(hào)確定對(duì)應(yīng)于電壓的不同可能電壓值的兩個(gè)假定，(iv)確定基礎(chǔ)信號(hào)與參考信號(hào)之間的實(shí)際相對(duì)相移，(V)從基礎(chǔ)信號(hào)、參考信號(hào)和實(shí)際相對(duì)相移確定合成正交信號(hào),其具有90°的理想相對(duì)相移，以及(vi)基于合成正交信號(hào)的符號(hào)在這些假定之間采取二元決策。
[0025]在實(shí)施例中，采取二元決策的步驟(vi)包括:如果該符號(hào)是負(fù)的并且A=+90°，選擇可能電壓值Vl h一和Vl h+中較正的，以及如果該符號(hào)是正的并且A =+90°，選擇可能電壓值Vl h—和Vl h+中較負(fù)的；并且反之(如果A= — 90° )亦然。
[0026]在實(shí)施例中，步驟(V)包括:根據(jù)公SSn = cos-!(2*n*A) * Sn ? +tan* Sn計(jì)算合成正交信號(hào)(Sn’tiuadX
[0027]在實(shí)施例中，至少兩個(gè)電光式光傳輸兀件(傳感器模塊,例如包括電光晶體、極化波導(dǎo)或壓電裝置)設(shè)置在兩個(gè)間隔開(kāi)的端子(其中要測(cè)量的電壓施加到端子)之間的電場(chǎng)中。光(有利地線性偏振光)然后穿過(guò)電光式光傳輸元件。憑借電光式光傳輸元件的性質(zhì)，然后測(cè)量指示相應(yīng)電光式光傳輸元件上的電場(chǎng)的至少第一和第二信號(hào)。這些第一和第二信號(hào)是施加電壓的周期函數(shù)。從而，通過(guò)使這兩個(gè)信號(hào)組合，可以推導(dǎo)第一與第二端子之間的電壓并且使用第二信號(hào)來(lái)解決第一信號(hào)中的模糊。因此，作為優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，僅一個(gè)第二信號(hào)(來(lái)自一個(gè)電光式光傳輸兀件)足以解決在基于來(lái)自其他電光式光傳輸兀件的第一信號(hào)的電壓計(jì)算中的模糊。這導(dǎo)致更簡(jiǎn)單的光學(xué)器件，其更便宜并且從尺寸方面是有利的。
[0028]在實(shí)施例中，第一和第二信號(hào)具有與電壓V相同的周期性或被定標(biāo)使得它們具有與電壓相同的周期性。此外，第一和第二信號(hào)具有非零的相對(duì)相移，即，第二信號(hào)的相位相對(duì)于第一信號(hào)的相位移位。在實(shí)施例中，第二信號(hào)相對(duì)于第一信號(hào)的非零相移由設(shè)置在第二電光式光傳輸兀件處的光路中的相移兀件來(lái)引入。該相移兀件是例如X/4延遲器并且從而啟用正交讀出。
[0029]在實(shí)施例中，第二信號(hào)相對(duì)于第一信號(hào)的相移取決于相移兀件的溫度。從而，在優(yōu)選實(shí)施例中，相移元件的溫度可以從第二信號(hào)推導(dǎo)。該推導(dǎo)的溫度然后可以例如用于測(cè)量信號(hào)的溫度依賴性的計(jì)算補(bǔ)償并且因此用于推導(dǎo)的第一與第二端子之間的電壓的溫度依賴性的計(jì)算補(bǔ)償。從而，可以提供更好的準(zhǔn)確度。
[0030]在實(shí)施例中，這兩個(gè)信號(hào)基于光束的物理性質(zhì)的電場(chǎng)依賴型改變，例如，基于每電光式光傳輸兀件的兩個(gè)正交線性偏振光波的相位的電場(chǎng)依賴型改變。然后，例如在每個(gè)電光式光傳輸兀件的末端的偏振器處這些光波干涉后，所得的光強(qiáng)度信號(hào)例如通過(guò)光電二極管而被轉(zhuǎn)換成每個(gè)晶體的電信號(hào)。
[0031 ] 在實(shí)施例中，電光式光傳輸元件在端子之間串聯(lián)設(shè)置，即電串聯(lián)(即，在縱向或軸向方向性上沿z軸一個(gè)接一個(gè))。從而，電場(chǎng)分布在這些單個(gè)電光式光傳輸兀件上，這導(dǎo)致更簡(jiǎn)單的絕緣和更便宜的實(shí)現(xiàn)。
[0032]端子之間要測(cè)量的電壓特別地是AC電壓和/或在高壓范圍內(nèi)，特別地在75kV與800kV之間或甚至更高的范圍內(nèi)。從而，可以測(cè)量輸電網(wǎng)絡(luò)的變電站中的電壓。
[0033]在其中電壓范圍導(dǎo)致作為電壓的函數(shù)的測(cè)量信號(hào)的周期性(S卩，涵蓋測(cè)量信號(hào)的整個(gè)周期，或換句話說(shuō)，作為電壓的周期函數(shù)的測(cè)量信號(hào)達(dá)到它們的最大和最小值)的第一時(shí)間區(qū)間[tl ；t2]后，公開(kāi)的方法和/或裝置的有利實(shí)施例也適合于測(cè)量在第二時(shí)間區(qū)間[t3 ；t4]期間的小電壓。術(shù)語(yǔ)“小電壓”指對(duì)于測(cè)量的信號(hào)太小而不能達(dá)到它們的最大和最小值(即，涵蓋測(cè)量信號(hào)的全周期)的電壓的范圍。測(cè)量小電壓的能力在由于例如輸電網(wǎng)絡(luò)中的故障引起電壓降的情況下是有利的。第一時(shí)間區(qū)間與第二時(shí)間區(qū)間之間的時(shí)隙(t3 -t2)大于一個(gè)電壓信號(hào)周期來(lái)實(shí)現(xiàn)“小電壓”檢測(cè)。然后，已經(jīng)在第一時(shí)間區(qū)間[tl ；t2]期間推導(dǎo)的標(biāo)度和/或偏移參數(shù)為了在第二時(shí)間區(qū)間[t3 ；t4]期間推導(dǎo)端子之間的電壓V而保持不變。從而，甚至對(duì)于未涵蓋測(cè)量信號(hào)的全周期的電壓范圍來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確推導(dǎo)電壓是可能的。
[0034]在實(shí)施例中，每電光式光傳輸兀件僅測(cè)量一個(gè)信號(hào)。這導(dǎo)致更簡(jiǎn)單的光學(xué)器件。[0035]在另一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)內(nèi)部參數(shù)an，例如施加到單個(gè)電光式光傳輸元件的總電壓V的分?jǐn)?shù)(或描述在電光式光傳輸元件上的電壓的分布的另一個(gè)值)基于它最常用的值而遞歸地推導(dǎo)。由于內(nèi)部參數(shù)an的遞歸跟蹤，在第一初始化期間不需要它的準(zhǔn)確值。
[0036]在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，至少三個(gè)電光式光傳輸兀件串聯(lián)設(shè)置在端子之間的電場(chǎng)中并且測(cè)量指示相應(yīng)電光式光傳輸元件上的電場(chǎng)的至少三個(gè)信號(hào)。通過(guò)使所有信號(hào)組合，可以推導(dǎo)第一與第二端子之間的電壓。在該過(guò)程中，可以解決所有信號(hào)的模糊。
[0037]此外，提供這樣的裝置，其適于憑借根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)實(shí)施電壓測(cè)量。
[0038]總的來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明中，解決第一信號(hào)中的模糊的步驟包括:在兩個(gè)假定之間采取二元決策的步驟。這些假定對(duì)應(yīng)于在給出第一信號(hào)的測(cè)量值的情況下不同可能的電壓值。二元決策進(jìn)一步包括對(duì)于假定中的每個(gè)推導(dǎo)第二信號(hào)的預(yù)期值以及將該預(yù)期值與第二信號(hào)的測(cè)量值進(jìn)行比較。從而，可以找到不模糊解決方案。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]當(dāng)考慮本發(fā)明的下面的詳細(xì)描述時(shí)，將更好理解本發(fā)明并且除上文闡述的那些之外的目標(biāo)將變得明顯。該描述參照附圖，其中:
圖1 (現(xiàn)有技術(shù))示出光學(xué)電壓傳感器的示意表示，
圖2a、2b、2c、2d不出對(duì)于電光電壓傳感器的不同配置，
圖3不出兩個(gè)端子之間的電場(chǎng)中的兩個(gè)電光式光傳輸兀件的設(shè)置，
圖4a、4b 出分別在多個(gè)電光式光傳輸兀件以及在單個(gè)電光式光傳輸兀件的情況下用于測(cè)量第一與第二端子之間的電壓的方法的流程圖，
圖5示出具有周期數(shù)或更精確地具有零交叉的計(jì)數(shù)k的信號(hào)，
圖6a、6b、6c示出使用參考或正交信號(hào)的消除模糊規(guī)程，
圖7示出用于測(cè)量基礎(chǔ)信號(hào)與參考信號(hào)之間的相位的第一規(guī)程，
圖8示出用于測(cè)量基礎(chǔ)信號(hào)與參考信號(hào)之間的相位的第二規(guī)程，
圖9示出三個(gè)電光式光傳輸元件在兩個(gè)端子之間的電場(chǎng)中的設(shè)置，以及 圖10a、10b、IOc示出用于改進(jìn)從基礎(chǔ)信號(hào)和參考信號(hào)重建電壓波形的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0040]公開(kāi)了用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)端子之間的電壓(特別地，高壓體系中的AC電壓)的方法和裝置。有利地，該方法和/或裝置依靠電光元件中的電光效應(yīng)。該電光效應(yīng)在行進(jìn)通過(guò)電光元件的兩個(gè)垂直偏振光波中引入例如不同的光學(xué)相移。從而，可以測(cè)量指示在電光元件的位置處或電光元件長(zhǎng)度上的電場(chǎng)的信號(hào)。信號(hào)中的模糊通過(guò)額外的正交信號(hào)來(lái)解決。通過(guò)將多個(gè)這些電光元件串聯(lián)設(shè)置在端子之間，從成本效率和絕緣方面獲得優(yōu)勢(shì)，但解決信號(hào)的模糊變得更富有挑戰(zhàn)，特別地對(duì)于單個(gè)電光元件上的不相等和/或變化的電壓(和因此測(cè)量信號(hào)的不相等的周期性)以及對(duì)于信號(hào)的變化的相對(duì)相位來(lái)說(shuō)也更富有挑戰(zhàn)。
[0041]本發(fā)明涉及用于使用指不第一電光式光傳輸兀件上的電場(chǎng)的基礎(chǔ)信號(hào)Sn (例如SI)和用于解決在推導(dǎo)電壓中的模糊的參考信號(hào)Sn’(例如S2)來(lái)準(zhǔn)確重建端子之間施加的電壓(它可以是全電壓或分電壓或兩者)的波形的方法。該方法包括:從第一信號(hào)Sn確定至少兩個(gè)假定h+、h ―，其對(duì)應(yīng)于電壓V或Vn的不同的可能電壓值Vh+、Vh—或Vnh+、Vnh一，例如Vlh+、Vlh-;對(duì)于假定h+、h—中的每個(gè)推導(dǎo)第二信號(hào)Sn’的預(yù)期值Snh+、Snh —，例如S2h+、S2h—;將預(yù)期值Snh+、Snh一與第二信號(hào)Sn’的測(cè)量值比較；以及通過(guò)驗(yàn)證對(duì)于哪一個(gè)假定h+或h —的預(yù)期值Snh+或Snh—最接近第二信號(hào)Sn’的測(cè)量值而在假定h+、h —之間采取二元決策。
[0042]在實(shí)施例中，使用正好一個(gè)電光式光傳輸兀件2,并且該假定h+、h—對(duì)應(yīng)于第一端子Ia與第二端子Ib之間的全電壓V的不同可能電壓值Vlh+、Vlh —。
[0043]實(shí)施例公開(kāi)了用于使用多個(gè)電光元件來(lái)準(zhǔn)確重建端子之間施加的電壓的波形而對(duì)于每個(gè)電光兀件不需要正交信號(hào)的方法。此外，系統(tǒng)的溫度可以從正交信號(hào)的相位來(lái)推導(dǎo)并且它可以用于補(bǔ)償電光效應(yīng)本身的溫度依賴性。此外，公開(kāi)了用于推導(dǎo)小電壓(即，電壓比額定電壓小得多并且電光相移在±180°內(nèi))的方法。此外，公開(kāi)了用于測(cè)量高壓的裝置。
[0044]定義
術(shù)語(yǔ)“高壓”指超過(guò)IkV的AC電壓或超過(guò)1.5kV的DC電壓，以及特別地超過(guò)75kV的電壓。
[0045]術(shù)語(yǔ)“徑向”和“軸向”關(guān)于傳感器的軸向方向(平行于光束hv的軸，z軸)理解，其中“徑向”指垂直于軸向方向的方向r，并且“軸向”指平行于軸向方向z的方向。
[0046]本發(fā)明的描述: 如在圖1 (現(xiàn)有技術(shù))中不出的，電光式光傳輸兀件2包括光學(xué)傳感器21 (例如，電光晶體)，其在穿過(guò)它的光的第一偏振或模式與第二偏振或模式之間引入場(chǎng)依賴型相移。該光例如可以通過(guò)光纖27和稱合透鏡26而引導(dǎo)到光學(xué)傳感器21。理想地，電光式光傳輸兀件2測(cè)量?jī)蓚€(gè)電勢(shì)la、lb (例如,地Ib與高壓電勢(shì)Ia)之間的電場(chǎng)的線積分f E*ds。該概念特別適合于戶外安裝，例如輸電網(wǎng)絡(luò)中的變電站，因?yàn)闇y(cè)量準(zhǔn)確度未被場(chǎng)擾動(dòng)(例如由于雨或冰或來(lái)自相鄰相位的串?dāng)_引起)破壞。具有某一對(duì)稱性的電光晶體21很適合實(shí)現(xiàn)該概念。
[0047]施加到電光晶體21的電場(chǎng)在材料的折射率(雙折射)中引入各向異性變化。該雙折射(或雙折射的變化)在橫穿晶體21的兩個(gè)正交線性偏振光波之間引起相移(Pockels效應(yīng))。通過(guò)測(cè)量該相移，可以推導(dǎo)施加的電壓。電光式光傳輸元件2的一個(gè)配置(其實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)的線積分)在圖1中示出:電壓V施加到晶體21的端面，其中光也通過(guò)這些端面進(jìn)入和離開(kāi)晶體。選擇晶體材料和它的軸向取向使得僅電場(chǎng)分量Ez (沿圓柱體指示)對(duì)電光相移有貢獻(xiàn)。一個(gè)適合的材料是采用[001]配置的Bi4Ge3O12 (BG0)，其對(duì)應(yīng)于與光傳播方向平行的4重晶軸。輸入光hv (寬箭頭)通過(guò)第一偏振器22 (較細(xì)箭頭指示傳輸偏振的方向；第一偏振器22也可以是光纖內(nèi)偏振器)而線性偏振。為了實(shí)現(xiàn)最大調(diào)制對(duì)比，晶體的電光軸x’、y’優(yōu)選地相對(duì)于入射線性偏振光在45°下取向。具有平行于x’和y’的偏振的光的分量之間的相移r由晶體21中電場(chǎng)引起并且由設(shè)置在晶體21的輸出端處的第二偏振器23轉(zhuǎn)換成傳輸光的幅度調(diào)制。為了使相移r偏置，額外的相移元件3 (添加相位(^ )可置于光路中(兩個(gè)偏振器22、23之間)。主延遲器軸el和e2平行于晶體21的電光軸X’和y’而對(duì)齊。一般，第二偏振器23后的傳輸光的強(qiáng)度I具有形式I~Cos2(V)。延遲器3有利地是X/4波片。
[0048]對(duì)于高壓變電站處的典型電壓V，通常獲得模糊傳感器響應(yīng)。該模糊經(jīng)典地通過(guò)對(duì)于每晶體采用兩個(gè)光學(xué)輸出路徑(其大致上是n/2 (90° )異相，即正交，或具有不是的倍數(shù)的任何其他相對(duì)相移)操作而解決。
[0049]圖2a_2d示出可以在本發(fā)明的測(cè)量方法中使用的光學(xué)傳感器設(shè)置。
[0050]在圖2a中，傳感器晶體21使用反射棱鏡28以反射來(lái)使用，并且在圖2d中以透射來(lái)使用。光經(jīng)由光學(xué)裝置27、|禹合透鏡26和第一偏振器26而傳輸?shù)骄w21內(nèi)。在晶體21后，光經(jīng)由分束器24而分成兩個(gè)光路，即一個(gè)路徑包括例如偏轉(zhuǎn)棱鏡25和第二偏振器23以及耦合于光電子單元的光電檢測(cè)器4a (在圖3中示出)，并且另一個(gè)路徑包括相移元件3和另外的第二偏振器23以及耦合于光電子單元4的另外的光電檢測(cè)器。從而可通過(guò)憑借分束器24和偏轉(zhuǎn)棱鏡25將離開(kāi)晶體21的光分成兩個(gè)路徑并且在這些路徑中的一個(gè)中設(shè)置相移元件3而產(chǎn)生90°相移。
[0051]在包括至少第一和第二電光式光傳輸兀件2a和2b (圖3)的電壓傳感器中，基礎(chǔ)信號(hào)SI或一般Sn和正交信號(hào)SI’ =S2或一般Sn’可在沒(méi)有延遲器的情況下通過(guò)將相位延遲器3插入在電光式光傳輸兀件中的一個(gè)(在這里:如在圖2c中的電光式光傳輸兀件2b)處的光路內(nèi)并且操作另一個(gè)電光式光傳輸兀件(在這里:如在圖2b中的電光式光傳輸兀件2a)而生成。因此，每晶體(如在圖2b和2c中的)僅存在一個(gè)輸出路徑。對(duì)于每晶體21 (如在圖2a中的)的正交路徑的附加分束器24和偏轉(zhuǎn)棱鏡25從而被避免。因此，裝置變得明顯更小(和更便宜)，這允許將感測(cè)元件安裝在相對(duì)窄的膛中。
[0052]在示出的實(shí)施例中，光通過(guò)光纖27而引導(dǎo)到電光式光傳輸元件2a、2b并且從其中引導(dǎo)。光通常由光處理模塊4或光電子單元4內(nèi)部的光源4c (例如，LED或激光器)產(chǎn)生。在光電子單元4內(nèi)部，每通道(由于每元件存在單個(gè)路徑，這在這里意指例如是每電光式光傳輸兀件2a、2b)通過(guò)例如光電二極管等光電檢測(cè)器4a、4b來(lái)檢測(cè)傳輸光。備選地，光電檢測(cè)器4a、4b可以集成到電光式光傳輸兀件2a、2b它們自身內(nèi)。從而測(cè)量第一和第二信號(hào)SI和S2 (即Sn，其中n=l并且n=2)，其指示相應(yīng)電光式光傳輸元件2a和2b上的電場(chǎng)?？刂茊卧?1 (其由CPU 41a和存儲(chǔ)器41b組成)基于信號(hào)SI和S2推導(dǎo)端子Ia與Ib之間的電壓V。在推導(dǎo)期間，單個(gè)信號(hào)中的模糊一或在超過(guò)兩個(gè)信號(hào)的情況下，信號(hào)子集中的模糊一通過(guò)正交信號(hào)SI’ =S2解決。換句話說(shuō)，特別地如果信號(hào)中的一個(gè)(優(yōu)選地正好一個(gè))相對(duì)于另一個(gè)相移，所有配對(duì)的測(cè)量信號(hào)產(chǎn)`生不模糊輸出。因此，每電光式光傳輸兀件2a和2b僅測(cè)量一個(gè)信號(hào)SI和S2而達(dá)到不模糊電壓信號(hào)V，這是可能的。
[0053]在圖9中示出的電壓傳感器與上文論述的電壓傳感器非常相似，所不同的是它包括額外的(例如，第三)電光式光傳輸兀件2c,經(jīng)由第三光電檢測(cè)器4d測(cè)量來(lái)自該電光式光傳輸兀件2c的第三信號(hào)S3。
[0054]用于準(zhǔn)確重建施加電壓V (甚至在不相等且變化的晶體分電壓Vn下，并且因此在不相等的光學(xué)信號(hào)Sn的周期性下以及在變化的相對(duì)信號(hào)相位下)的波形的規(guī)程在圖4a對(duì)于復(fù)數(shù)個(gè)電光式光傳輸元件而概述并且在圖4b對(duì)于正好一個(gè)這樣的元件而概述。
[0055]該規(guī)程以初始化階段開(kāi)始，其中(不一定準(zhǔn)確的)初始值^1^_和Aninit對(duì)于每個(gè)電光式光傳輸元件而設(shè)置(參見(jiàn)下文)。這些參數(shù)可采用(半)自動(dòng)化的方式確定或由操作者手動(dòng)提供。然后，對(duì)于代表來(lái)自每個(gè)第n電光式光傳輸兀件2a、2b、…的光強(qiáng)度水平I的每個(gè)測(cè)量信號(hào)Sn (例如，來(lái)自光電二極管4a、4b、…)，證實(shí)施加的電壓是“大的”(即信號(hào)Sn是否達(dá)到最小和最大值，或電壓是否等于或超出半波電壓或是否小于半波電壓，例如是否引入>±180°的電光相移，或換句話說(shuō)，電光相移的絕對(duì)值是否超出180° )，還是“小的”(即信號(hào)Sn是否未達(dá)到最小和最大值，例如電光相移是否保持在±180°內(nèi)，或換句話說(shuō)，電光相移的絕對(duì)值是否小于或等于180° )。當(dāng)電壓是“大的”時(shí)，采集的信號(hào)Sn的幅度歸一化到給定區(qū)間，例如到區(qū)間[一 I ;1]，以便消除由于測(cè)量鏈(在這里，例如光電二極管一放大器)而引起的通道或路徑之間的增益和偏移差異。當(dāng)電壓是“小的”時(shí)，信號(hào)Sn未被歸一化以便保留關(guān)于幅度并且從而關(guān)于施加電壓的正確信息(參見(jiàn)下文)。換句話說(shuō)，當(dāng)電壓是“小的”時(shí)，例如增益、偏移等歸一化參數(shù)的更新被禁用。因此，使用在“大的”電壓情況下已經(jīng)獲得(即更新)的最新歸一化參數(shù)。
[0056]圖4b不出對(duì)于正好一個(gè)電光式光傳輸兀件2的情況的大體相似的規(guī)程,其中如上文描述的那樣應(yīng)用相同或相似的步驟?；A(chǔ)信號(hào)指示為S并且參考信號(hào)為S’。特別地，不需要a n，使用基礎(chǔ)信號(hào)和參考信號(hào)的初始相移A init、A ’ init,或它們的相對(duì)初始相移A init —A ’ init，并且可以直接確定全電壓V而沒(méi)有在n上的求和。另外，輔助控制環(huán)可以包括通過(guò)使ac和dc電壓分量互相分尚并且從dc分量計(jì)算A和A’或A — A’而更新或改善相移A和A’或A — A’(參見(jiàn)圖8)。這樣的更新或改善可以在圖4a和圖4b兩者中應(yīng)用。
[0057]現(xiàn)在繼續(xù)圖4a,施加到每個(gè)第n電光式光傳輸兀件2a、2b、…的分電壓Vn米用兩個(gè)步驟從Sn確定:第一步驟是對(duì)Sn中的零交叉計(jì)數(shù)，如在圖5中圖示的。這用于確定余弦響應(yīng)的周期K并且提供施加的電壓Vn的第一粗略近似。該近似然后可以(如必要的話)通過(guò)計(jì)算余數(shù)或近似誤差而改善，其由傳感器的逆響應(yīng)(通常是反余弦函數(shù))給出。零交叉近似和余數(shù)的總和給出施加電壓Vn。
[0058]端子Ia與Ib之間的總電壓V最后由所有分電壓Vn的總和給出:在來(lái)自圖3的本發(fā)明的實(shí)施例中，高壓傳感器由若干電光式光傳輸兀件2a、2b組成。每個(gè)電光式光傳輸兀件2a、2b可以插入具有中心膛(其包含例如BGO晶體21)的絕緣體中。端子Ia與Ib之間的總電壓由V指不。施加到 給定的電光式光傳輸兀件2a、2b、…的分電壓由Vn指不?？傠妷篤則是所有分電壓的總和:V= E \。因此，分電壓Vn由施加到對(duì)應(yīng)模塊的總電壓V的分?jǐn)?shù)an限定:Vn =an* V。如之前提到的，分電壓可不同并且隨時(shí)間變化。因此，可出現(xiàn)如果n關(guān)m則an關(guān)an并且an=an (t)。離開(kāi)每個(gè)電光式光傳輸元件2a、2b、…的光束的強(qiáng)度In由下面的表達(dá)式給出:
f? = - cos '(,T(r? + a J)(i)
F
':,=^ (2).hji
其中In, 0是具有零延遲的尚開(kāi)射束的強(qiáng)度，r n表不兩個(gè)偏振光分量在尚開(kāi)晶體21時(shí)它們之間的電壓依賴型延遲(場(chǎng)依賴型相移)，并且An是第n信號(hào)關(guān)于施加電壓的相對(duì)相位。Vh，n是光學(xué)通道n中BGO晶體21的半波電壓。這是導(dǎo)致rn=l/2延遲的電壓。在方程
(I)中，假定光學(xué)信號(hào)的調(diào)制深度等于一。信號(hào)的相對(duì)相位An可以與溫度有關(guān)地不同并且隨時(shí)間變化，如之前提到的。因此，可出現(xiàn)如果n古m則An古Am并且An=An (t)。
[0059]由測(cè)量鏈(光電二極管一放大器)產(chǎn)生的電信號(hào)Sn然后由以下給出:



(3)
其中Gn是測(cè)量鏈中所有部件的累計(jì)增益，并且bn是偏移。項(xiàng)en是噪聲項(xiàng)。
[0060]施加電壓的測(cè)量如上文提到的，在第一信號(hào)處理階段(圖4a、4b)中，每個(gè)電信號(hào)的幅度可以歸一化到區(qū)間[一 I ;1]。該操作從方程3消除增益和偏移參數(shù)(在這里已經(jīng)忽略噪聲項(xiàng)en)。
[0061 ]
【權(quán)利要求】
1.一種用于測(cè)量電壓(V，Vn)、特別地第一端子(Ia)與第二端子(Ib)之間的全電壓(V)和/或分電壓(Vn)的方法，其中所述第一端子(Ia)在空間上與所述第二端子(Ib)分離并且其中所述電壓(V，Vn)在所述端子(la，lb)之間形成電場(chǎng)，所述方法包括以下步驟: 在所述第一端子(Ia)與所述第二端子(Ib)之間的電場(chǎng)中設(shè)置至少一個(gè)第一電光式光傳輸兀件(2, 2a), 將光傳遞通過(guò)所述第一電光式光傳輸兀件(2,2a), 測(cè)量來(lái)自所述第一電光式光傳輸元件(2，2a)的至少一個(gè)第一信號(hào)(Sn)并且進(jìn)一步測(cè)量來(lái)自所述第一或第二電光式光傳輸兀件(2, 2a, 2b, 2c)的第二信號(hào)(Sn’)，其中兩個(gè)信號(hào)(Sn，Sn’ )都是所述電壓(V)的周期函數(shù)并且具有非零的相對(duì)相移， 推導(dǎo)所述電壓(V，Vn)并且解決在從所述第一信號(hào)(Sn)和所述第二信號(hào)(Sn’ )推導(dǎo)所述電壓(V，Vn)中的模糊，其特征在于以下步驟: (i)使用所述第一信號(hào)(Sn)作為指示所述第一電光式光傳輸元件(2，2a)上的電場(chǎng)的基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)， (?)使用所述第二信號(hào)(Sn’ )作為用于解決在推導(dǎo)所述電壓(V，Vn)中的模糊的參考信號(hào)(Sn’)， (iii)從所述第一信號(hào)(Sn)確定對(duì)應(yīng)于所述電壓(V，Vn)的不同可能電壓值(Vnh+，Vnh—)的至少兩個(gè)假定(h+，h—)， (iv)推導(dǎo)對(duì)于所述假定(h+，h—)中的每個(gè)的第二信號(hào)(Sn’)的預(yù)期值(Snh+，Snh-), (v)將所述預(yù)期值(Snh+，Snh-)與所述第二信號(hào)(S2)的測(cè)量值比較，以及 (vi)通過(guò)驗(yàn)證對(duì)于哪一個(gè)假定(h+，h—)的所述預(yù)期值(Snh+，Snh-)最接近所述第二信號(hào)(Sn’ )的測(cè)量值而在所述假定(h+，h—)之間采取二元決策。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定正好兩個(gè)假定(h+，h—)并且每基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)使用正好一個(gè)參考信號(hào)(Sn’)，和/或其中使用歐式距離來(lái)確定所述預(yù)期值(Snh+，Snh-)到所述測(cè)量值(Sn’ )的接近性。
3.如權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)是所述電壓(V，Vn)的余弦函數(shù)，并且在第一假定(h+)下的電壓(Vnh+)假設(shè)為與+arccos成比例，并且在第二假定(h—)下的電壓(Vnh—)假設(shè)為與-arccos成比例。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中在推導(dǎo)期間，單個(gè)信號(hào)中的模糊，或在超過(guò)兩個(gè)信號(hào)的情況下的所述至少一個(gè)第一信號(hào)(Sn)和至少一個(gè)第二信號(hào)(Sn’ )的信號(hào)子集中的模糊，通過(guò)信號(hào)中的至少一個(gè)、特別地正好一個(gè)相對(duì)于其他信號(hào)相移來(lái)解決。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一端子(Ia)與所述第二端子(Ib)之間施加的電壓(V)的波形使用多個(gè)電光式光傳輸兀件(2a, 2b)來(lái)重建而對(duì)于每個(gè)電光式光傳輸兀件(2a, 2b)不需要正交信號(hào)。
6.如權(quán)利要1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一信號(hào)(Sn)和所述第二信號(hào)(Sn’)具有與所述電壓(V)相同的周期性。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一信號(hào)(Sn)和所述第二信號(hào)(Sn’)之間的相移至少部分由設(shè)置在所述第二電光式光傳輸兀件(2b)中的光路中的相移兀件(3)引入，特別地，其中所述相移元件(3)是λ /4延遲器，并且/或 其中所述第一信號(hào)(Sn )和所述第二信號(hào)(Sn’)之間的相移是所述相移元件(3 )的溫度的函數(shù)，并且所述相移元件(3)的溫度從所述第二信號(hào)(Sn’ )推導(dǎo)，和/或 其中所述第一信號(hào)(Sn)和所述第二信號(hào)(Sn’)之間的相移不同于90°。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，特別地，其中所述電壓在高壓范圍內(nèi)和/或所述電壓是AC電壓,其中所述第一信號(hào)(Sn)和所述第二信號(hào)(Sn’)基于穿過(guò)所述電光式光傳輸兀件或多個(gè)電光式光傳輸兀件(2a, 2b)的光的物理性質(zhì)的電場(chǎng)依賴型改變,該改變由所述電光式光傳輸兀件或或多個(gè)電光式光傳輸兀件(2a, 2b )引入。
9.如權(quán)利要求7和8中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述電場(chǎng)依賴型改變是所述電光式光傳輸元件(2，2a，2b)的溫度的函數(shù)，并且推導(dǎo)的所述相移元件(3)的溫度在推導(dǎo)所述電壓(V)中使用。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其中在第一時(shí)間tl與第二時(shí)間t2>tl之間的第一時(shí)間區(qū)間[tl ；t2]中，所述端子(la，lb)上的電壓(V)的范圍大到足以使得所述信號(hào)(Sn)達(dá)到它們的作為所述電壓(V)的函數(shù)的最大和最小值，并且 其中在第三時(shí)間t3>t2與第四時(shí)間t4>t3之間的第二時(shí)間區(qū)間[t3;t4]中，所述電壓(V)的范圍未大到足以使得所述信號(hào)(Sn)達(dá)到它們作為所述電壓(V)的函數(shù)的最大和最小值，并且 其中在所述第一時(shí)間區(qū)間[tl ；t2]中推導(dǎo)的信號(hào)(Sn)的至少標(biāo)度和/或偏移在所述第二時(shí)間區(qū)間[t3 ；t4]中推導(dǎo)所述電壓(V)中使用。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述電光式光傳輸兀件(2,2a, 2b)包括光學(xué)傳感器(21),其在穿過(guò)所述電光式光傳輸兀件(2, 2a, 2b)的光的第一偏振或模式與第二偏振或模式之間引入場(chǎng)依賴型相移，并且特別地，其中所述光學(xué)傳感器(21)包括: 具有場(chǎng)依賴型雙折射的電光裝置，特別地是晶體，其特別地是結(jié)晶Bi4Ge3O12 (BGO)或Bi4Si3O12 (BS0), 或展現(xiàn)Pockels效應(yīng)的極化波導(dǎo)， 或壓電裝置，特別地是結(jié)晶石英或壓電陶瓷，以及攜有至少兩個(gè)模式的光學(xué)波導(dǎo)，其中所述波導(dǎo)連接到所述壓電裝置使得所述波導(dǎo)的長(zhǎng)度是場(chǎng)依賴型的。
12.如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中在推導(dǎo)期間，代替使用正交信號(hào)或作為使用正交信號(hào)的補(bǔ)充，通過(guò)使用具有兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光來(lái)去除模糊。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述信號(hào)(Sn，Sn’)，特別地所述基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)和/或所述參考信號(hào)(Sn’ )歸一化到圍繞零的對(duì)稱值范圍，特別地被定標(biāo)并且偏移到值范圍[+1，-1].
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中對(duì)于所述基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)確定零交叉的數(shù)量的雙向累計(jì)計(jì)數(shù)k，并且在推導(dǎo)所述電壓(V，Vn)中使用該計(jì)數(shù)k。
15.如權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述電壓(V，Vn)的推導(dǎo)包括利用以下步驟來(lái)重建所述電壓(V，Vn)的改進(jìn)波形(V，Vn): 從所述基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)、特別地通過(guò)計(jì)算反余弦而確定所述電壓(V，Vn)的第一電壓值(VI，Vln)； 從所述參考信號(hào)(Sn’)、特別地通過(guò)計(jì)算反余弦而確定所述電壓(V，Vn)的第二電壓值(V2, V2n);以及 從所述第一電壓值(Vl)和所述第二電壓值(V2)確定改進(jìn)的電壓波形(V)，并且特別地，其中推導(dǎo)來(lái)自相同的光傳輸兀件(2)的基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)和參考信號(hào)(Sn’)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其包括以下步驟: 對(duì)于每個(gè)第n電光式光傳輸兀件(2, 2a),特別地對(duì)于正好一個(gè)電光式光傳輸兀件(2,2a)，將所述基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)和所述參考信號(hào)(Sn’ )歸一化到相同的最大和最小幅度，特別地歸一化到值范圍[+1，一 I], 選擇加權(quán)參數(shù)Pn，其中OS PnS 1，以及 通過(guò)計(jì)算加權(quán)和 V=EVn = S { Pn*vla + (1-Pn) lari丨來(lái)確定改進(jìn)的電壓波形(V，Vn),其中v1.m v2n:=所述第n電光式光傳輸兀件(2)的第一和第二電壓值。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其包括以下步驟: 選擇加權(quán)參數(shù)Pn使得作為所述電壓(V，Vn)的函數(shù)的基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)和參考信號(hào)(Sn’ )中較線性的信號(hào)被給予較大的權(quán)重。
18.如權(quán)利要求16-17中任 一項(xiàng)所述的方法，其包括以下步驟: 當(dāng)所述基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)的絕對(duì)值小于所述參考信號(hào)(Sn’ )的絕對(duì)值時(shí)選擇加權(quán)參數(shù)3 n=l,并且 當(dāng)所述參考信號(hào)(Sn’ )的絕對(duì)值小于所述基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)的絕對(duì)值時(shí)選擇加權(quán)參數(shù)3n=0o
19.如權(quán)利要求16-17中任一項(xiàng)所述的方法，其包括以下步驟: 選擇作為所述電壓(V，Vn)的連續(xù)函數(shù)的加權(quán)參數(shù)P n，特別地根據(jù)Pn - cos- (Sn*n/2) / (cos2 (Sn*n/2) + sin2 (sn ' )來(lái)進(jìn)行該選擇。
20.如權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中測(cè)量每電光式光傳輸兀件(2,2a,2b)的僅一個(gè)信號(hào)(Sn)，和/或，其中在沒(méi)有延遲器的情況下操作所述第一電光式光傳輸元件(2a)。
21.如權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)所述的方法,其中使用所述第二電光式光傳輸兀件(2b)，并且測(cè)量來(lái)自所述第二電光式光傳輸元件(2b)的第二信號(hào)(Sn’)，并且所述假定(h+，h—)對(duì)應(yīng)于施加到所述第一電光式光傳輸元件(2a)的分電壓(Vn)的不同可能電壓值(Vlh —，Vl h+)。
22.如權(quán)利要求1-21中任一項(xiàng)所述的方法,其中使用至少兩個(gè)電光式光傳輸兀件(2,2a，2b)并且使它們經(jīng)受個(gè)體分電壓(Vn)， 對(duì)于每個(gè)第n電光式光傳輸兀件(2, 2a, 2b)測(cè)量所述第一信號(hào)(Sn)并且將它用作指不該第n電光式光傳輸兀件(2a)上的電場(chǎng)的第n基礎(chǔ)信號(hào)(Sn), 對(duì)于每個(gè)第n電光式光傳輸兀件(2, 2a, 2b)確定第二信號(hào)(Sn’)并且將它用作用于解決在推導(dǎo)該第n電光式光傳輸兀件(2, 2a, 2b)上的第n分電壓(Vn)中的模糊的第n參考信號(hào)(Sn’)，以及 對(duì)于每個(gè)第n電光式光傳輸元件(2, 2a, 2b)執(zhí)行方法步驟(iii)、( iv)、( v)和(vi )來(lái)對(duì)該第n電光式光傳輸兀件(2, 2a, 2b)上的分電壓(Vn)消除模糊，以及 從所述分電壓(Vn)確定所述第一端子(Ia)與所述第二端子(Ib)之間的全電壓(V)。
23.如權(quán)利要求1-22中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述電光式光傳輸兀件(2a,2b)電串聯(lián)設(shè)置，并且/或，其中所述電光式光傳輸元件(2a，2b )串聯(lián)設(shè)置用于使電場(chǎng)分布在所述電光式光傳輸兀件(2a, 2b)上，并且/或,其中所述光傳輸兀件(2a, 2b)在所述端子(la, Ib)之間的軸向方向上串聯(lián)設(shè)置。
24.如權(quán)利要求1-23中任一項(xiàng)所述的方法,其中并行地光學(xué)讀出所述電光式光傳輸兀件(2a，2b)。
25.如權(quán)利要求1-24中任一項(xiàng)所述的方法，其包括: 向每個(gè)電光式光傳輸兀件(2a, 2b)施加分電壓(Vn), 從所述第一和第二信號(hào)(Sn, Sn’)確定對(duì)于每個(gè)電光式光傳輸兀件(2a, 2b)的分電壓(Vn), 通過(guò)計(jì)算所有分電壓(Vn)的總和(V=SVn )來(lái)確定所述第一端子(Ia)與所述第二端子(Ib)之間的總電壓(V)。
26.如權(quán)利要求1-25中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟: 定義至少一個(gè)內(nèi)部參數(shù)an=Vn/V,其中Vn =施加到第n電光式光傳輸元件(2a, 2b)的分電壓并且V=所述第一端子(Ia)與所述第二端子(Ib)之間的總電壓(V)， 確定對(duì)于所有電光式光傳輸兀件(2a, 2b)的an的估計(jì)，以及 使用所述a n用于解決在從所述第一信號(hào)(Sn)推導(dǎo)所述電壓(V，Vn)中的模糊。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟: 測(cè)量作為離開(kāi)每個(gè)電光式光傳輸元件(2a，2b)的光束的強(qiáng)度的函數(shù)的電信號(hào)Sn， 根據(jù)下式來(lái)確定所有分電壓VnVhJr (2(Sit -BA ) 、 、
28.如權(quán)利要求26-27中任一項(xiàng)所述的方法，其中采取二元決策來(lái)使具有施加的分電S(Vl)的所述第一電光元件(2a)的第一信號(hào)(Sn)消除模糊的步驟包括使用所述a n來(lái)從所述至少兩個(gè)假定(Vlh+，Vlh-)計(jì)算對(duì)于具有施加的分電壓(V2)的第二電光元件(2b)的對(duì)應(yīng)的電壓假定(V2h+，V2h—)，并且選擇較接近所述第二信號(hào)(S2)的測(cè)量值的所述第二信號(hào)(S2)的該預(yù)期值(S2h+，S2 h-)。
29.如權(quán)利要求26-28中任一項(xiàng)所述的方法，其中從不正確的假定選擇、特別地從測(cè)量電壓(V)中的不連續(xù)來(lái)檢測(cè)誤差大的an，并且大部分時(shí)間使用的an的最常用值被確定為正確的an。
30.如權(quán)利要求26-29中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括通過(guò)以下步驟來(lái)遞歸地推導(dǎo)內(nèi)部參數(shù)(an)中的至少一個(gè)的步驟: 利用對(duì)于所有光學(xué)通道的a n估計(jì)來(lái)初始化輔助控制環(huán)，其中所述內(nèi)部參數(shù)(an)描述所述電光式光傳輸兀件(2a, 2b)上的電壓(V)的分布， 進(jìn)行第一系列測(cè)量，以及 基于所得的Vn使用方程an=Vn/V和a n的最常用值來(lái)計(jì)算更準(zhǔn)確的an。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟: 使用更準(zhǔn)確的an作為新估計(jì)的an，并且 使所述a n收斂，和/或跟蹤所述a n的時(shí)間依賴性a n (t)。
32.如權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)所述的方法,其中使用正好一個(gè)電光式光傳輸兀件(2),并且所述假定(h+，h )對(duì)應(yīng)于所述第一端子(Ia)與所述第二端子(Ib)之間的全電壓(V)的不同可能電壓值(Vlh+，Vlh一)。
33.如權(quán)利要求1-32中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟: 將至少第三電光式光傳輸元件(2c )設(shè)置在所述第一端子(Ia)與所述第二端子(Ib )之間的電場(chǎng)中， 使光傳遞通過(guò)所述第三電光式光傳輸兀件(2c ), 測(cè)量來(lái)自所述第三電光式光傳輸元件(2c)的至少第三信號(hào)(S3)，其中所述第三信號(hào)(S3)指示所述第三電光式光 傳輸元件(2c)上的電場(chǎng)，并且其中所述第三信號(hào)(S3)是所述電壓(V)的周期函數(shù)， 從所述第一信號(hào)(Sn)、所述第二信號(hào)(Sn’)和所述第三信號(hào)(S3)推導(dǎo)所述電壓(V)，其中所述第二信號(hào)(Sn’ )用于解決在使用所述第一信號(hào)(Sn)和所述第三信號(hào)(S3)推導(dǎo)所述電壓(V)中的模糊。
34.如權(quán)利要求1-33中任一項(xiàng)所述的方法，對(duì)于每個(gè)第n電光式光傳輸兀件(2a,2b)和它對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)和/或參考信號(hào)(Sn’)，執(zhí)行以下步驟: 重建測(cè)量電壓(V，Vn)、特別地所述第一端子(Ia)與所述第二端子(Ib)之間的全電壓(V)和/或分電壓(Vn)的波形； 計(jì)算重建波形的若干周期上的時(shí)間平均值， 從所述時(shí)間平均值確定明顯的DC偏移電壓VDC，以及 根據(jù)An = Vdc * ? / Vh^1計(jì)算所述基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)和/或參考信號(hào)(Sn’)關(guān)于施加電壓的相對(duì)相位An,其中Vh, n=第n電光式光傳輸元件(2a, 2b)的半波電壓。
35.用于根據(jù)權(quán)利要求1的引言、特別地根據(jù)權(quán)利要求1-34中任一項(xiàng)所述的測(cè)量電壓(V，Vn)的方法，其特征在于以下步驟: (i)使用所述第一信號(hào)(Sn)作為指示所述第一電光式光傳輸元件(2a)上的電場(chǎng)的基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)， (ii)使用所述第二信號(hào)(Sn’)作為用于解決在推導(dǎo)所述電壓(V，Vn)中的模糊的參考信號(hào)(Sn’)， (iii)從所述第一信號(hào)(Sn)確定對(duì)應(yīng)于所述電壓(V，Vn)的不同可能電壓值(Vnh+，Vnh—)的兩個(gè)假定(h+，h—)， (iv)確定所述基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)與所述參考信號(hào)(Sn’)之間的實(shí)際相對(duì)相移(A )， (v)從所述基礎(chǔ)信號(hào)(Sn)、所述參考信號(hào)(Sn’)和所述實(shí)際相對(duì)相移(A )確定具有90°的理想相對(duì)相移的合成正交信號(hào)(Sn’ ^uad),以及(vi)基于所述合成正交信號(hào)(Sn’^uad)的符號(hào)在所述假定(h+，h—)之間采取二元決策。
36.如權(quán)利要求34-35中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(V)包括: 根據(jù)下面的公式計(jì)算所述合成正交信號(hào)(Sn’ ^uad):
Sn,qMd ^ cos"1 (2'*n*AJ * Sn 1.+ tan (2*n*a) * Sri 0
37.用于測(cè)量所述電壓(V)的裝置，包括用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1-36中任一項(xiàng)所述的方法的步驟的部件。·
【文檔編號(hào)】G01R15/24GK103718050SQ201280037164
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月27日
【發(fā)明者】O.斯泰格, J.帕斯卡爾, K.博內(nèi)特, S.V.馬徹塞, S.維德馬思 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司