專利名稱：一種光學(xué)電場(chǎng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于測(cè)量電場(chǎng)或電壓的無(wú)源光學(xué)電場(chǎng)傳感器，該傳感器尤其適合用于測(cè)量電力系統(tǒng)的空間強(qiáng)電場(chǎng)或電力母線上的高電壓，較一般的光學(xué)電場(chǎng)傳感器穩(wěn)定性高，較傳統(tǒng)傳感器頻帶寬。
背景技術(shù)：
電場(chǎng)測(cè)量在諸多科學(xué)研究和工程技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義，特別是在電力系統(tǒng)、電磁兼容及微波技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。例如，在電力工業(yè)，電場(chǎng)測(cè)量可用于電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、電氣設(shè)備內(nèi)外電場(chǎng)分布測(cè)量、高電壓試驗(yàn)及電暈放電現(xiàn)象研究，電力系統(tǒng)母線高電壓的測(cè)量等；在電磁兼容領(lǐng)域研究中，電場(chǎng)測(cè)量可用于檢測(cè)電氣、電子設(shè)備的對(duì)外電磁輻射與干擾以及研究環(huán)境電場(chǎng)對(duì)電子儀器運(yùn)行的影響；在微波技術(shù)中，需要對(duì)微波發(fā)射與接收設(shè)備周圍電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。光學(xué)電場(chǎng)傳感器基于光學(xué)傳感原理，由光學(xué)玻璃等器件構(gòu)成，體積小，對(duì)被測(cè)電場(chǎng)幾乎無(wú)擾動(dòng)。基于線性電光效應(yīng)原理的光學(xué)電場(chǎng)傳感器已被用于電場(chǎng)分布以及電力系統(tǒng)母線高電壓的測(cè)量，但是傳感器的穩(wěn)定性易受環(huán)境溫度、振動(dòng)等因素的影響，改善其穩(wěn)定性的一種典型方案就是采用反射式雙光路結(jié)構(gòu)，方案中利用一個(gè)光學(xué)晶體的線性電光效應(yīng)來(lái)傳感被測(cè)電場(chǎng)，當(dāng)由溫度、振動(dòng)等因素引起的干擾雙折射遠(yuǎn)小于由電場(chǎng)產(chǎn)生的雙折射時(shí)，利用兩個(gè)光路的輸出做運(yùn)算來(lái)處理干擾因素的影響，但根據(jù)實(shí)測(cè)和運(yùn)行結(jié)果，其長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性仍未能有效解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)源光學(xué)電場(chǎng)傳感器，該傳感器在工作溫度變化、存在振動(dòng)等環(huán)境因素影響時(shí)仍能滿足基本準(zhǔn)確度指標(biāo)要求，可在實(shí)際運(yùn)行中長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作。本發(fā)明提供的一種無(wú)源光學(xué)電場(chǎng)傳感器，其特征在于，它包括入射光纖、光纖準(zhǔn)直器、三角形棱鏡、入射光起偏器、第一光學(xué)晶體、半波片、三角形棱鏡、三角形棱鏡、第二光學(xué)晶體、檢偏器、光纖準(zhǔn)直器、出射光纖和地電極；第一光學(xué)晶體處于被測(cè)電場(chǎng)E中，第二光學(xué)晶體處于地電極內(nèi)，第二光學(xué)晶體所處環(huán)境的電場(chǎng)強(qiáng)度為零；入射光通過(guò)入射光纖經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器入射到三角形棱鏡，由三角形棱鏡對(duì)入射光全內(nèi)反射改變光的行進(jìn)方向，再入射起偏器后變成線偏振光，線偏振光入射第一光學(xué)晶體；從第一光學(xué)晶體出射的光依次經(jīng)過(guò)半波片、三角形棱鏡和三角形棱鏡，半波片、三角形棱鏡和三角形棱鏡改變光的行進(jìn)方向，同時(shí)改變偏振光波的振動(dòng)方向，再入射到第二光學(xué)晶體，從第二光學(xué)晶體出射后，再經(jīng)光纖準(zhǔn)直器后由出射光纖出射。本發(fā)明的技術(shù)效果為
1.第一光學(xué)晶體處在被測(cè)電場(chǎng)區(qū)內(nèi)，同時(shí)受被測(cè)電場(chǎng)以及溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)的調(diào)制；2.第二光學(xué)晶體處于地電位一側(cè)，僅受溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)的調(diào)制；3.傳感器的輸出光信號(hào)中僅含有被測(cè)電場(chǎng)的調(diào)制信號(hào)，消除了溫度、振動(dòng)等干擾對(duì)傳感器的影響；4.傳感器的輸出只需一個(gè)光路，簡(jiǎn)化了傳感器的制作工藝，更利于批量生產(chǎn)。本發(fā)明光學(xué)傳感器傳感器采用兩個(gè)光學(xué)晶體，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上能消除溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)對(duì)穩(wěn)定性的影響，無(wú)需在信號(hào)處理中做相關(guān)補(bǔ)償，因此，該光學(xué)電場(chǎng)傳感器能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，且利于批量生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明光學(xué)電場(chǎng)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明光學(xué)電場(chǎng)傳感器應(yīng)用于高壓母線電壓互感器的具體實(shí)現(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式下面借助實(shí)施例更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。如圖1所示，本發(fā)明提供的一種無(wú)源光學(xué)電場(chǎng)傳感器包括入射光纖17、光纖準(zhǔn)直器15、三角形棱鏡9、入射光起偏器3、第一光學(xué)晶體1、半波片4、三角形棱鏡5、三角形棱鏡 6、第二光學(xué)晶體2、檢偏器7、光纖準(zhǔn)直器16、出射光纖18和地電極8。第一光學(xué)晶體1處于被測(cè)電場(chǎng)E中，第二光學(xué)晶體2處于地電極8內(nèi)，第二光學(xué)晶體2所處環(huán)境的電場(chǎng)強(qiáng)度為零。第一光學(xué)晶體1和第二光學(xué)晶體2之間的光路依次通過(guò)半波片4、三角形棱鏡5和三角形棱鏡6實(shí)現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)向，同時(shí)改變偏振光波的振動(dòng)方向。第一光學(xué)晶體1同時(shí)受被測(cè)電場(chǎng)以及溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)的調(diào)制，第二光學(xué)晶體2 僅受溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)的調(diào)制。光束依次通過(guò)第一光學(xué)晶體1和第二光學(xué)晶體2后，受溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)的調(diào)制相互抵消，在出射的光束中僅有電場(chǎng)的調(diào)制部分。入射光通過(guò)入射光纖17經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器15入射到三角形棱鏡9，由三角形棱鏡 9對(duì)入射光全內(nèi)反射改變光的行進(jìn)方向，再入射起偏器3后變成線偏振光，線偏振光入射第一光學(xué)晶體1，受外加電場(chǎng)E以及溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)的調(diào)制，產(chǎn)生雙折射，第一光學(xué)晶體1 產(chǎn)生的雙折射光學(xué)相位延遲為Δ^ + Δ5，其中Δ^為受外加電場(chǎng)E調(diào)制產(chǎn)生的相位延遲，Δ δ 為受溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)產(chǎn)生的相位延遲。從第一光學(xué)晶體1出射的光依次經(jīng)過(guò)半波片4、 三角形棱鏡5和三角形棱鏡6，半波片4、三角形棱鏡5和三角形棱鏡6改變光的行進(jìn)方向， 同時(shí)改變偏振光波的振動(dòng)方向，再入射第二光學(xué)晶體2，第二光學(xué)晶體2處在地電位側(cè)，不受外加電場(chǎng)的影響，但是由于與第一光學(xué)晶體1處在同一溫度、振動(dòng)等環(huán)境中，第二光學(xué)晶體2由于溫度、振動(dòng)等環(huán)境干擾產(chǎn)生的雙折射光束相位延遲為-Δ δ，從第二光學(xué)晶體2出射后的整個(gè)光路的光學(xué)相位延遲為第一光學(xué)晶體1和第二光學(xué)晶體2產(chǎn)生的相位延遲之和，為/^ +八5-八5 =八0。經(jīng)過(guò)檢偏器7，從光纖準(zhǔn)直器16出射后，光信號(hào)中消除了溫度、應(yīng)力等干擾場(chǎng)的項(xiàng)，僅保留了被測(cè)電場(chǎng)E調(diào)制產(chǎn)生的相位延遲項(xiàng)。
例如圖2所示，當(dāng)本發(fā)明所述的光學(xué)電場(chǎng)傳感器S安裝于高壓絕緣子12中間時(shí)， 母線11上的高電壓 通過(guò)高壓導(dǎo)電桿10施加到光學(xué)電場(chǎng)傳感器上，由高壓電極11和地電極8形成的電場(chǎng)對(duì)光學(xué)電場(chǎng)傳感器的第一光學(xué)晶體1產(chǎn)生光學(xué)調(diào)制，傳感器的輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纜13進(jìn)入信號(hào)處理電路14，即可得到與被測(cè)母線高電壓Ux成正比的小電壓信號(hào)。本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡(jiǎn)單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種無(wú)源光學(xué)電場(chǎng)傳感器，其特征在于，它包括入射光纖(17)、光纖準(zhǔn)直器(15)、三角形棱鏡(9)、入射光起偏器C3)、第一光學(xué)晶體(1)、半波片( 、三角形棱鏡( 、三角形棱鏡(6)、第二光學(xué)晶體O)、檢偏器(7)、光纖準(zhǔn)直器(16)、出射光纖(18)和地電極⑶；第一光學(xué)晶體(1)處于被測(cè)電場(chǎng)E中，第二光學(xué)晶體( 處于地電極(8)內(nèi)，第二光學(xué)晶體( 所處環(huán)境的電場(chǎng)強(qiáng)度為零；入射光通過(guò)入射光纖(17)經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器(1 入射到三角形棱鏡(9)，由三角形棱鏡 (9)對(duì)入射光全內(nèi)反射改變光的行進(jìn)方向，再入射起偏器C3)后變成線偏振光，線偏振光入射第一光學(xué)晶體⑴；從第一光學(xué)晶體(1)出射的光依次經(jīng)過(guò)半波片(5)、三角形棱鏡( 和三角形棱鏡 (6)，半波片(5)、三角形棱鏡( 和三角形棱鏡(6)改變光的行進(jìn)方向，同時(shí)改變偏振光波的振動(dòng)方向，再入射到第二光學(xué)晶體0)，從第二光學(xué)晶體O)出射后，再經(jīng)光纖準(zhǔn)直器 (16)后由出射光纖(18)出射。
全文摘要
一種用于測(cè)量電場(chǎng)或高電壓的無(wú)源光學(xué)電場(chǎng)傳感器，屬于電氣測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。它包括兩個(gè)光學(xué)晶體，其中光學(xué)晶體處于被測(cè)電場(chǎng)以及溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)的環(huán)境中，另一個(gè)光學(xué)晶體僅處于相同的溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)的環(huán)境中，偏振光通過(guò)兩個(gè)晶體出射后，溫度、振動(dòng)等干擾場(chǎng)的調(diào)制被消除了。通過(guò)信號(hào)處理電路后，輸出與被測(cè)電場(chǎng)或高電壓成正比的信號(hào)，該信號(hào)不受溫度、振動(dòng)等干擾因素的影響。本發(fā)明所述的光學(xué)電場(chǎng)傳感器可用于測(cè)量電場(chǎng)或高電壓，尤其是電力工業(yè)電場(chǎng)檢測(cè)、電場(chǎng)監(jiān)測(cè)或母線的高電壓，其穩(wěn)定性好，不易受溫度、應(yīng)力的影響。
文檔編號(hào)G01R29/14GK102411080SQ201110376588
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者徐墾, 徐雁, 肖霞 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)