專利名稱：一種光纖電場(chǎng)傳感頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖電場(chǎng)傳感頭，主要用于變電站和高壓輸電線路的空間電場(chǎng)強(qiáng)度及高電壓的測(cè)量。
背景技術(shù)：
為測(cè)量變電站和高壓輸電線路的空間電場(chǎng)強(qiáng)度及絕緣子串的電壓分布，電場(chǎng)傳感頭的體積必須盡可能小、防止探頭本身使被測(cè)電場(chǎng)畸變而引起測(cè)量誤差，另外還必須滿足防電磁場(chǎng)干擾、高壓測(cè)點(diǎn)和地電位之間可靠隔離等多項(xiàng)要求。為此，國(guó)內(nèi)外多采用基于Pockels電光效應(yīng)的光纖傳感器。如 J. C. Santos et al. Pockels high-voltage measurement system. IEEETransactions on Power Delivery,vol. 15,no. I, January 2000.及專利名稱為《光纖電場(chǎng)傳感器》、專利號(hào)為02147824. 4的中國(guó)專利，其傳感器均系將準(zhǔn)直透鏡、起偏器、1/4波片、電光晶體、檢偏器和耦合透鏡安置在一條直線上，將其組裝或固封而成。其傳感器沿光軸方向的尺寸偏長(zhǎng)，且入射光纖和出射光纖錯(cuò)位180度反向引出，難于制成集成化的、對(duì)被測(cè)電場(chǎng)畸變小的、適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的小尺寸傳感器，加之透過(guò)式偏振片的穩(wěn)定性和抗老化性能多有不足，用其制出工業(yè)化產(chǎn)品有一定困難。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服背景技術(shù)中所述的不足，提供一種性能穩(wěn)定、體積小的集成式電場(chǎng)傳感頭。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為在對(duì)稱布置的第一偏振棱鏡和第二偏振棱鏡之間，平行放置1/4波片及雙側(cè)分別有透明導(dǎo)電膜I和透明導(dǎo)電膜II的電光晶體，在與第一偏振棱鏡正交的準(zhǔn)直光路上裝有與入射光纖耦合的自聚焦透鏡，在與第二偏振棱鏡正交的準(zhǔn)直光路上裝有與出射光纖耦合的自聚焦透鏡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所產(chǎn)生的積極效果是(1)有效縮短了沿電光晶體光軸方向的傳感頭尺寸。(2)入射光纖和出射光纖同方向平行引出，便于探頭的封裝和集成。⑶用作起偏器和檢偏器的偏光棱鏡具有優(yōu)良的偏光性能和高穩(wěn)定性及抗老化性能，且便于精密組裝，便于制出工業(yè)化產(chǎn)品。(4)雙側(cè)有透明導(dǎo)電膜的電光晶體，采用縱向調(diào)制模式，便于小尺寸應(yīng)用，并有利于消除晶體自然雙折射對(duì)測(cè)量精度的影響。

圖I :本實(shí)用新型的第一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 :本實(shí)用新型的第二個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 :本實(shí)用新型的第三個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖4 :本實(shí)用新型的第四個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
圖I表不本實(shí)用新型的第一個(gè)實(shí)施例,主要為在對(duì)稱布置的第一偏振棱鏡I和第二偏振棱鏡2之間，依次平行放置1/4波片3及雙側(cè)分別鍍有透明導(dǎo)電膜I 4和透明導(dǎo)電膜II 5的電光晶體6，在與第一偏振棱鏡I正交的準(zhǔn)直光路上裝有與入射光纖7耦合的自聚焦透鏡8，在與第二偏振棱鏡2正交的準(zhǔn)直光路上裝有與出射光纖9耦合的自聚焦透鏡10。外加電場(chǎng)E的方向和電光晶體6的光軸保持平行圖2表示本實(shí)用新型的第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。主要為將第一偏振棱鏡I和第二偏振棱鏡2、1/4波片3及雙側(cè)分別鍍有透明導(dǎo)電膜I 4和透明導(dǎo)電膜II 5的電光晶體6集成膠裝在絕緣外殼11中，自聚焦透鏡8同入射光纖7通過(guò)膠裝在絕緣外殼11上的、位于與第一偏振棱鏡I正交的準(zhǔn)直光路上的光纖連接器12相互稱合，自聚焦透鏡10同出射光纖9通過(guò)膠裝在絕緣外殼11上的、位于與第二偏振棱鏡2正交的準(zhǔn)直光路上的光纖連接器13相互耦合。圖3表示本實(shí)用新型的第三個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。主要為將第一偏振棱鏡I和第二偏振棱鏡2、1/4波片3、雙側(cè)分別鍍有透明導(dǎo)電膜I 4和透明導(dǎo)電膜II 5的電光晶體
6、與入射光纖7耦合的自聚焦透鏡8、以及與出射光纖9耦合的自聚焦透鏡10集成膠裝在絕緣外殼11之中，使傳感頭的體積最小化，絕緣外殼的最大邊長(zhǎng)減小到約10mm。圖4表示本實(shí)用新型的第四個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。與圖3實(shí)施例的不同之處是，在絕緣外殼11上安裝有貫穿外殼的電極14和電極15，電極14和電極15在外殼內(nèi)部分別與電光晶體6兩側(cè)的透明導(dǎo)電膜I 4和透明導(dǎo)電膜115相連，從而使光纖電場(chǎng)傳感頭變?yōu)楣饫w電壓傳感頭，當(dāng)在電極14和電極15上施加被測(cè)電壓時(shí)，可用于電壓測(cè)量。以圖I為例說(shuō)明該光纖電場(chǎng)傳感頭內(nèi)部各部分光信號(hào)變化過(guò)程如下從光纖7入射的光信號(hào)經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡8變?yōu)榕c第一偏光棱鏡I正交的平行光束，該平行光束經(jīng)過(guò)作為起偏器的第一偏光棱鏡I反射90度后變?yōu)橹本€偏光。該直線偏光穿過(guò)1/4波片3之后變?yōu)閳A偏光。當(dāng)該圓偏光穿過(guò)透明導(dǎo)電膜I 4垂直進(jìn)入電光晶體6再穿出透明導(dǎo)電膜II 5時(shí)，如果沒(méi)有外加電場(chǎng)，則穿出透明導(dǎo)電膜II 5的光仍為圓偏光，但如果有和電光晶體6的光軸保持平行的外加電場(chǎng)E作用于該光纖電場(chǎng)傳感頭，則由于電光晶體6的雙折射效應(yīng)，內(nèi)部?jī)墒庵g產(chǎn)生相位差，穿出透明導(dǎo)電膜II 5的光變?yōu)闄E圓偏光。電光晶體6內(nèi)兩束光之間的相位差與外加電場(chǎng)E的電場(chǎng)強(qiáng)度成正比,則橢圓偏光的偏光度也與外加電場(chǎng)E的電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。該橢圓偏光經(jīng)過(guò)作為檢偏器的第二偏光棱鏡2反射90度后,與第二偏光棱鏡2正交出射的直線偏光進(jìn)入自聚焦透鏡10，經(jīng)其聚焦耦合到出射光纖9，則光纖9的出射光的光強(qiáng)度和外加電場(chǎng)E的電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。從而可以利用檢測(cè)光纖9出射光的光強(qiáng)度測(cè)量外加電場(chǎng)E的電場(chǎng)強(qiáng)度。對(duì)圖4而言，設(shè)電光晶體的厚度為d，則外加電壓U = Ed，從而可以利用檢測(cè)光纖9出射光的光功率測(cè)量外加電壓U。
權(quán)利要求1.一種光纖電場(chǎng)傳感頭，其特征是在對(duì)稱布置的第一偏振棱鏡(I)和第二偏振棱鏡(2)之間，平行放置1/4波片(3)及雙側(cè)分別有透明導(dǎo)電膜1(4)和透明導(dǎo)電膜11(5)的電光晶體￠)，在與第一偏振棱鏡(I)正交的準(zhǔn)直光路上裝有與入射光纖(7)耦合的自聚焦透鏡(8)，在與第二偏振棱鏡(2)正交的準(zhǔn)直光路上裝有與出射光纖(9)耦合的自聚焦透鏡(10)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于電光效應(yīng)的光纖電場(chǎng)傳感頭，主要用于變電站和高壓輸電線路的空間電場(chǎng)強(qiáng)度及高電壓的測(cè)量。其光纖電場(chǎng)傳感頭的起偏器和檢偏器采用偏振棱鏡，電光晶體兩面有透明導(dǎo)電膜，采用縱向調(diào)制，入射光纖和出射光纖與自聚焦透鏡耦合，同方向引出。傳感頭整體結(jié)構(gòu)便于精密組裝和集成，有效縮小三維尺寸，便于制出工業(yè)化產(chǎn)品，進(jìn)一步提高了測(cè)量性能。
文檔編號(hào)G01R15/24GK202362392SQ201120417319
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者吳瓊 申請(qǐng)人:吳瓊