在测量工作中,大都利用光——电转换原理,用电流的比率来测量光的强度。我们最熟悉的就要数自动光圈(EA)照相机了,在照相机的镜头或与镜头同轴方向的部位,安装一个光敏元件(如硅光电池或光敏电阻)。光敏元件可根据光亮的强弱改变电流、电压或阻值。利用这个可变的特性所调制的电流,就可以控制光圈的变化。以前专业摄影师在野外拍摄时,常随身携带一个测光表,而这个测光表就是利用硅光电池,能依据光亮的变化而输出不同的电流,来推动指针的偏转为使用者提供数据的。
能不能反过来用光束测量电压或电流呢?这从一般的常识来讲是不可能的。但日本大学理工学部大野研究室,却别具匠心,竟研制出了利用激光直接测量电压的传感器,令人耳目一新。
这种能“以光测电”的传感器,是利用了水晶原件的普克尔斯效应。实验所采用的晶体介电常数小,耐受电压高。传感器利用光纤传送激光,而且长度可达数米,使高压区域与人体之间得以可靠的绝缘,与一般电阻降压的高压测试杆相比,显得体积非常之轻巧,而且给人以安全感。
技术的关键,还在于采取了防止发生沿晶面放电的措施。因为在高压测量时,放电将成为最严峻的问题。其对策之一是在传感器内充填了硅脂,以消除间隙。同时,传感器的结构经过精心设计,晶体的输入阻抗极小,也提高了晶体的耐压性。
这种传感器直接测量的电压为100伏~35千伏,在实验时曾把电压加到36千伏,超过电工安全测试的标准。因为在线路中,总会存在雷电等所引起浪涌电压的影响。所以,大野研究室正在采取措施,以进一步提高这种传感器的耐压性能。
与大野研究室所用的方式不同,美国3M公司和国家技术研究所,自1990年2月,联合开发了一种旨在商品化的高压测量的光纤传感器。这种传感器采用一种盘绕“退火”的偏振光纤,利用磁致光偏振面的变化来测量电压。光纤传感器具有体积小,不受电磁干扰,无燃烧和爆炸的危险的特点,其价格也比传统技术低得多,所以首先提出购买意向的是海军。他们迫切需要一种用于监视舰艇上的重要发电系统的新技术,因为舰艇,特别是潜艇的轮机舱空间狭小,极易失去监控而造成灾难。3M公司已开始使用原型仪器进行测试,目标是要达到345千伏的测量电压。据说宇航局对这种光纤测量传感器也发生了兴趣,因为航空和航天也急需这种传感器。
并不是说这种激光光纤晶体传感器,就一定会代替目前传统的测试方法,只是要证明人们要解放思想,不要受传统观念的束缚。看起来似乎是不可能的事情,却往往会被人们的聪明才智所战胜。