Skip to main content

2019 | OriginalPaper | Buchkapitel

6. Electro-optic and Magneto-optic Sensors

verfasst von : Klaus Schon

Erschienen in: High Voltage Measurement Techniques

Verlag: Springer International Publishing

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

The basics of electro-optic and magneto-optic effects, also named after their discoverers, have been known for more than a century. The Pockels effect and the Kerr effect characterize the optical properties of certain crystals, liquids and gases under the influence of an electric field, whereby the polarization of a light wave propagating in the optical axis of the medium is affected. According to the Faraday effect, a magnetic field also changes the polarization of a passing light wave. For all effects, a rotation of the polarization plane of the light occurs in the medium, which is indicated by a downstream analyzer and photodetector as the corresponding electric or magnetic field strength. The optical processes in the medium take place in the nanosecond range, so that bandwidths from zero to the GHz range can generally be achieved with electro-optic or magneto-optic sensors. The clause discusses the nature and characteristics of various recently developed sensors. In conjunction with fiber optics, there are good prospects for the use of these sensors in the high-voltage area. After calibration of the sensors on site, the voltages or currents that generate the fields can be displayed directly. The technical realization of sensors based on the Pockels or Faraday effect has progressed in the last two decades thanks to the solution of many individual problems, resulting in a variety of electro-optic and magneto-optic transducers in the high-voltage network.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Yariv, A., Yeh, P.: Optical Waves in Crystals. Wiley, New York (1984) Yariv, A., Yeh, P.: Optical Waves in Crystals. Wiley, New York (1984)
2.
Zurück zum Zitat Pedrotti, F., Pedrotti, L., Bausch, W., Schmidt, H.: Optik für Ingenieure. Springer, Berlin, Heidelberg, New York (2008) Pedrotti, F., Pedrotti, L., Bausch, W., Schmidt, H.: Optik für Ingenieure. Springer, Berlin, Heidelberg, New York (2008)
3.
Zurück zum Zitat Hebner, R.E., Malewski, R.A., Cassidy, E.C.: Optical methods of electrical measurement at high voltage levels. Proc. IEEE Trans. PAS 65, 1524–1548 (1977) Hebner, R.E., Malewski, R.A., Cassidy, E.C.: Optical methods of electrical measurement at high voltage levels. Proc. IEEE Trans. PAS 65, 1524–1548 (1977)
4.
Zurück zum Zitat Hidaka, K.: Electric field and voltage measurement by using electro-optic sensor. In: Proceedings of 11th ISH London, Paper 2.1.S2 (1999) Hidaka, K.: Electric field and voltage measurement by using electro-optic sensor. In: Proceedings of 11th ISH London, Paper 2.1.S2 (1999)
5.
Zurück zum Zitat Kaluza, K., Peier, D.: The electrical short-time strength of optical fibers. In: Proceedings of 5th ISH Braunschweig, Paper 72.09 (1987) Kaluza, K., Peier, D.: The electrical short-time strength of optical fibers. In: Proceedings of 5th ISH Braunschweig, Paper 72.09 (1987)
6.
Zurück zum Zitat Stolle, D., Niehe, S.: Optische Messung hoher Spannungen im Prüffeld. VDE Berichte Nr. 1530, 1057–1064 (2000) Stolle, D., Niehe, S.: Optische Messung hoher Spannungen im Prüffeld. VDE Berichte Nr. 1530, 1057–1064 (2000)
7.
Zurück zum Zitat Takahashi, T., Hidaka, K., Kouno, T.: New optical-waveguide Pockels sensor for measuring electric fields. In: Proceedings of 9th ISH Graz, Paper 8356-1 (1995) Takahashi, T., Hidaka, K., Kouno, T.: New optical-waveguide Pockels sensor for measuring electric fields. In: Proceedings of 9th ISH Graz, Paper 8356-1 (1995)
8.
Zurück zum Zitat Takahashi, T., Okamoto, T., Hidaka, K.: Development of new optical-waveguide Pockels sensors for measuring electric fields. In: Proceedings of 10th ISH Montréal, Paper 3385 (1997) Takahashi, T., Okamoto, T., Hidaka, K.: Development of new optical-waveguide Pockels sensors for measuring electric fields. In: Proceedings of 10th ISH Montréal, Paper 3385 (1997)
9.
Zurück zum Zitat Takahashi, T.: Electric field measurement by optical waveguide Pockels sensors. In: Proceedings of 12th ISH Bangalore, Paper 4-97 (2001) Takahashi, T.: Electric field measurement by optical waveguide Pockels sensors. In: Proceedings of 12th ISH Bangalore, Paper 4-97 (2001)
10.
Zurück zum Zitat Merte, R.: Measurement of electric fields with an opto-electric miniature probe. In: Proceedings of 15th ISH Ljubljana, Paper T1-507 (2007) Merte, R.: Measurement of electric fields with an opto-electric miniature probe. In: Proceedings of 15th ISH Ljubljana, Paper T1-507 (2007)
11.
Zurück zum Zitat Staubach, C., Merte, R.: Direct electrical field strength distribution determination on electrical apparatus by means of an electro-optical miniature field sensor. In: Proceedings of 19th ISH Pilsen, Paper 200 (2015) Staubach, C., Merte, R.: Direct electrical field strength distribution determination on electrical apparatus by means of an electro-optical miniature field sensor. In: Proceedings of 19th ISH Pilsen, Paper 200 (2015)
12.
Zurück zum Zitat Pirovano, G., et al.: An innovative electro-optic sensor for AC and DC electric fields detection: experimental results. In: Proceedings of 18th ISH Seoul, Paper PF-24 (2013) Pirovano, G., et al.: An innovative electro-optic sensor for AC and DC electric fields detection: experimental results. In: Proceedings of 18th ISH Seoul, Paper PF-24 (2013)
13.
Zurück zum Zitat Santos, J.C., Taplamacioglu, M.C., Hidaka, K.: Optical high voltage sensors using Pockels fiber crystals. In: Proceedings of 10th ISH Montéal, Paper 3514 (1997) Santos, J.C., Taplamacioglu, M.C., Hidaka, K.: Optical high voltage sensors using Pockels fiber crystals. In: Proceedings of 10th ISH Montéal, Paper 3514 (1997)
14.
Zurück zum Zitat Santos, J.C., Taplamacioglu, M.C., Hidaka, K.: Pockels high-voltage measurement system. In: Proceedings of 11th ISH London, Paper 1.53.S21 (1999) Santos, J.C., Taplamacioglu, M.C., Hidaka, K.: Pockels high-voltage measurement system. In: Proceedings of 11th ISH London, Paper 1.53.S21 (1999)
15.
Zurück zum Zitat Kumada, A., Hidaka, K.: Directly measuring high voltage measuring system based on Pockels effect. In: Proceedings of 17th ISH Hannover, Paper D-030 (2011) Kumada, A., Hidaka, K.: Directly measuring high voltage measuring system based on Pockels effect. In: Proceedings of 17th ISH Hannover, Paper D-030 (2011)
16.
Zurück zum Zitat Borowiak, H.: Ein paper zur technischen Realisierung eines optischen Stoßspannungsmesssystems. Thesis TU Cottbus (2006) Borowiak, H.: Ein paper zur technischen Realisierung eines optischen Stoßspannungsmesssystems. Thesis TU Cottbus (2006)
17.
Zurück zum Zitat He, Z.-H., Li, J., Ye, Q.-Z.: Electrical field adjustment test on 500 kV optical metering unit. In: Proceedings of 12th ISH Bangalore, Paper 7-13 (2001) He, Z.-H., Li, J., Ye, Q.-Z.: Electrical field adjustment test on 500 kV optical metering unit. In: Proceedings of 12th ISH Bangalore, Paper 7-13 (2001)
18.
Zurück zum Zitat Schwarz, H., Honscha, M., Voss, H.-J., Jenau, F.: Optical measurements of high voltages and currents in energy distribution networks. In: Proceedings of 13th ISH Delft, Paper 586 (2003) Schwarz, H., Honscha, M., Voss, H.-J., Jenau, F.: Optical measurements of high voltages and currents in energy distribution networks. In: Proceedings of 13th ISH Delft, Paper 586 (2003)
19.
Zurück zum Zitat Mitsui, T., Hosoe, K., Usami, H., Miyamoto, S.: Development of fiber-opic voltage sensors and magnetic field sensors. Trans. IEEE PWRD 2, 87–93 (1987) Mitsui, T., Hosoe, K., Usami, H., Miyamoto, S.: Development of fiber-opic voltage sensors and magnetic field sensors. Trans. IEEE PWRD 2, 87–93 (1987)
20.
Zurück zum Zitat Bosselmann, T.: Physikalische Grundagen zur nichtkonventionellen Messung von Spannungen und Strömen auf hohem Potential. In: Proceedings of HIGHVOLT Kolloquium ‘99 Cottbus, Paper 3.1, pp. 149–152 (1999) Bosselmann, T.: Physikalische Grundagen zur nichtkonventionellen Messung von Spannungen und Strömen auf hohem Potential. In: Proceedings of HIGHVOLT Kolloquium ‘99 Cottbus, Paper 3.1, pp. 149–152 (1999)
21.
Zurück zum Zitat Schmitt, O., Lauersdorf, M.: Optische Sensoren und Messwandler im praktischen Einsatz. In: Proceedings of HIGHVOLT Kolloquium ‘99 Cottbus, Paper 3.5, pp. 175–179 (1999) Schmitt, O., Lauersdorf, M.: Optische Sensoren und Messwandler im praktischen Einsatz. In: Proceedings of HIGHVOLT Kolloquium ‘99 Cottbus, Paper 3.5, pp. 175–179 (1999)
22.
Zurück zum Zitat Bohnert, K., Gabus, P., Brändle, H.: Fiber-optic current and voltage sensors for high-voltage substations. In: Proceedings of 16th Conference on Optical Fiber Sensors, Nara, pp. 752–754 (2003) Bohnert, K., Gabus, P., Brändle, H.: Fiber-optic current and voltage sensors for high-voltage substations. In: Proceedings of 16th Conference on Optical Fiber Sensors, Nara, pp. 752–754 (2003)
23.
Zurück zum Zitat Cassidy, E.C., Cones, H.N., Wunsch, D.C., Booker, S.R.: Calibration of a Kerr cell system for high-voltage pulse measurements. IEEE Trans. IM 17, 313–320 (1968) Cassidy, E.C., Cones, H.N., Wunsch, D.C., Booker, S.R.: Calibration of a Kerr cell system for high-voltage pulse measurements. IEEE Trans. IM 17, 313–320 (1968)
24.
Zurück zum Zitat FitzPatrick, G.J., McComb, T.R.: Investigation of the effects of aging on the calibration of a Kerr-cell measuring system for high voltage impulses. In: Proceedings of 8th ISH Yokohama, Paper 54.04 (1993) FitzPatrick, G.J., McComb, T.R.: Investigation of the effects of aging on the calibration of a Kerr-cell measuring system for high voltage impulses. In: Proceedings of 8th ISH Yokohama, Paper 54.04 (1993)
25.
Zurück zum Zitat Kasprzak, W., et al.: Investigations on Kerr cell with various electro-optic liquids. In: Proceedings of 15th ISH Ljubljana, Paper T1-438 (2007) Kasprzak, W., et al.: Investigations on Kerr cell with various electro-optic liquids. In: Proceedings of 15th ISH Ljubljana, Paper T1-438 (2007)
26.
Zurück zum Zitat Okubo, H., et al.: Kerr electro-optic measurement of electrical field distribution in silicone liquid insulation systems for transformer. In: Proceedings of 15th ISH Ljubljana, Paper T9-115 (2007) Okubo, H., et al.: Kerr electro-optic measurement of electrical field distribution in silicone liquid insulation systems for transformer. In: Proceedings of 15th ISH Ljubljana, Paper T9-115 (2007)
27.
Zurück zum Zitat Kumda, A., et al.: High voltage measuring apparatus based on Kerr effect of gas. In: Proceedings of 15th ISH Ljubljana, Paper T10-618 (2007) Kumda, A., et al.: High voltage measuring apparatus based on Kerr effect of gas. In: Proceedings of 15th ISH Ljubljana, Paper T10-618 (2007)
28.
Zurück zum Zitat Kanoi, M., et al.: Optical voltage and current measuring system for electrical power systems. IEEE Trans. PWRD 1, 91 (1986) Kanoi, M., et al.: Optical voltage and current measuring system for electrical power systems. IEEE Trans. PWRD 1, 91 (1986)
29.
Zurück zum Zitat Esposti, G.D., Annovazzi-Lodi, Albini, A.: Current measurements on a high voltage apparatus using a fiberoptic sensor. In: Proceedings of 5th ISH Braunschweig, Paper 73.08 (1987) Esposti, G.D., Annovazzi-Lodi, Albini, A.: Current measurements on a high voltage apparatus using a fiberoptic sensor. In: Proceedings of 5th ISH Braunschweig, Paper 73.08 (1987)
30.
Zurück zum Zitat Hirsch, H.: Polarimetrische faseroptische Stromwandler. Thesis TU Dortmund (1991) Hirsch, H.: Polarimetrische faseroptische Stromwandler. Thesis TU Dortmund (1991)
31.
Zurück zum Zitat Menke, P.: Optischer Präzisions-Stromsensor nach dem Faraday-Effekt. Thesis Univ. Kiel (1996) Menke, P.: Optischer Präzisions-Stromsensor nach dem Faraday-Effekt. Thesis Univ. Kiel (1996)
32.
Zurück zum Zitat Flerlage, H.: Magnetooptische Messung schnellveränderlicher Ströme. Thesis Univ. Hannover (1999) Flerlage, H.: Magnetooptische Messung schnellveränderlicher Ströme. Thesis Univ. Hannover (1999)
33.
Zurück zum Zitat Silva, R.M., et al.: Optical current sensors for high power systems: a review. J. Appl. Sci. 16, 6602–6628 (2012) Silva, R.M., et al.: Optical current sensors for high power systems: a review. J. Appl. Sci. 16, 6602–6628 (2012)
34.
Zurück zum Zitat Zhang, G., Luo, C., Pai, S.T.: Magneto-optical sensors for pulsed current measurements. In: Proceedings of 9th ISH Graz, Paper 7851 (1995) Zhang, G., Luo, C., Pai, S.T.: Magneto-optical sensors for pulsed current measurements. In: Proceedings of 9th ISH Graz, Paper 7851 (1995)
35.
Zurück zum Zitat Bohnert, K., Guggenbach, P.: Eine Revolution in der Gleichstrommesstechnik. Bull. SEV/VSE 23, 23–26 (2005) Bohnert, K., Guggenbach, P.: Eine Revolution in der Gleichstrommesstechnik. Bull. SEV/VSE 23, 23–26 (2005)
36.
Zurück zum Zitat Bohnert, K., Brändle, H., Brunzel, M., Gabus, P., Guggenbach, P.: Highly accurate fiber-optic DC current sensor for the electro-winning industry. In: Proceedings of IEEE 2005 Petroleum and Chemical Industry Committee (PCIC) Technical Conference, Denver, pp. 1–6 (2005) Bohnert, K., Brändle, H., Brunzel, M., Gabus, P., Guggenbach, P.: Highly accurate fiber-optic DC current sensor for the electro-winning industry. In: Proceedings of IEEE 2005 Petroleum and Chemical Industry Committee (PCIC) Technical Conference, Denver, pp. 1–6 (2005)
37.
Zurück zum Zitat Schwarz, H., Hudasch, M.: Erste Betriebserfahrungen mit optischen Stromwandlern für den Einsatz in 123-kV- bis 420-kV-Freiluftanlagen. PTB-Bericht E-46, 97–112 (1994) Schwarz, H., Hudasch, M.: Erste Betriebserfahrungen mit optischen Stromwandlern für den Einsatz in 123-kV- bis 420-kV-Freiluftanlagen. PTB-Bericht E-46, 97–112 (1994)
38.
Zurück zum Zitat Luo, C.M., et al.: The study of accuracy of a magneto-optical current transformer. In: Proceedings of 10th ISH Montreál, Paper 3048 (1999) Luo, C.M., et al.: The study of accuracy of a magneto-optical current transformer. In: Proceedings of 10th ISH Montreál, Paper 3048 (1999)
39.
Zurück zum Zitat Li, E., et al.: Development of an optical current measuring system for power systems. In: Proceedings of 10th ISH Montreal, Paper 3248 (1999) Li, E., et al.: Development of an optical current measuring system for power systems. In: Proceedings of 10th ISH Montreal, Paper 3248 (1999)
Metadaten
Titel
Electro-optic and Magneto-optic Sensors
verfasst von
Klaus Schon
Copyright-Jahr
2019
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-21770-9_6