專利名稱：一種互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電壓互感器領(lǐng)域，具體涉及一種互易型反射式光學(xué)電壓傳感單
J Li ο
背景技術(shù)：
光學(xué)電壓互感器是一種利用光信號(hào)感應(yīng)電壓并經(jīng)過信號(hào)處理得到輸出電壓的互感器。相比傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式和電容式電壓互感器有許多無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為電壓互感器領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，是電壓互感器未來的發(fā)展趨勢(shì)。其中電壓傳感單元是實(shí)現(xiàn)光電感應(yīng)的關(guān)鍵部分。目前基于普克爾(Pockels)效應(yīng)的光學(xué)電壓互感器的電壓傳感單兀大都需要兩路光電探測(cè)裝置來接收攜帶了調(diào)制信息的兩路光輸出信號(hào)，使得整個(gè)光學(xué)電壓互感器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型的目的之一在于提出一種抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元。本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元，該傳感單元包括傳感頭，還包括四端口保偏耦合器和三端口保偏環(huán)形器，所述四端口保偏耦合器和三端口保偏環(huán)形器在各個(gè)端口處均連接有一根尾纖；光路部分產(chǎn)生的兩束正交線偏振光通過所述四端口保偏耦合器的第一尾纖傳輸至該傳感單元中；所述四端口保偏耦合器的第二尾纖與三端口保偏環(huán)形器的第一尾纖進(jìn)行0°熔接，形成支路I ;所述四端口保偏耦合器的第三尾纖與三端口保偏環(huán)形器的第三尾纖進(jìn)行90°熔接，形成支路II ;所述四端口保偏耦合器的第四尾纖閑置，所述三端口保偏環(huán)形器的第二尾纖與傳感頭的尾纖連接。進(jìn)一步地，所述傳感頭包括準(zhǔn)直器和電光晶體，所述電光晶體的光入射面上鍍有增透膜、與光入射面相對(duì)的另一面上鍍有反射膜，所述準(zhǔn)直器與電光晶體鍍有增透膜的一面相固接，所述準(zhǔn)直器的光入射面上連接有該傳感頭的尾纖；所述電光晶體的上、下端面分別安裝有電極。進(jìn)一步地，所述四端口保偏耦合器的第一尾纖、第二尾纖、第三尾纖和第四尾纖，三端口保偏環(huán)形器的第一尾纖、第二尾纖和第三尾纖以及傳感頭的尾纖均采用保偏光纖。進(jìn)一步地,所述傳感頭封裝于屏蔽外殼中。進(jìn)一步地，所述光路部分包括光源、環(huán)形器、Y波導(dǎo)調(diào)制器、偏振光分束器和光電轉(zhuǎn)換器，所述環(huán)形器分別與光源、Y波導(dǎo)調(diào)制器和光電轉(zhuǎn)換器相連，所述Y波導(dǎo)調(diào)制器與偏振光分束器相連，所述偏振光分束器的尾纖與所述四端口保偏耦合器的第一尾纖連接。本實(shí)用新型的有益效果在于:1、本實(shí)用新型利用保偏耦合器和保偏環(huán)形器實(shí)現(xiàn)了兩束正交偏振光的模式互換，形成準(zhǔn)互易性反射式光路，提高了光路的抗干擾能力。2、本實(shí)用新型所采用的光學(xué)元件體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且不受電磁干擾，對(duì)被測(cè)電場(chǎng)擾動(dòng)小。

圖1是本實(shí)用新型互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是光路部分的結(jié)構(gòu)原理圖；圖中，1-四端口保偏耦合器，2-三端口保偏環(huán)形器，3-準(zhǔn)直器，4-電光晶體，5-增透膜，6-反射膜，7-電極，8-光源，9-環(huán)形器，IO-Y波導(dǎo)調(diào)制器，11-偏振光分束器(以下簡(jiǎn)稱PBS)，12-光電轉(zhuǎn)換器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。如圖1所示，本例的互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元包括四端口保偏耦合器1、三端口保偏環(huán)形器2和傳感頭。其中，四端口保偏耦合器I上沿順時(shí)針方向依次連接有設(shè)有第一尾纖a、第二尾纖b、第三尾纖c和第四尾纖d，第一尾纖a和第四尾纖d分別連接于四端口保偏耦合器I左端的兩個(gè)端口上，第二尾纖b和第三尾纖c對(duì)稱連接于四端口保偏耦合器I右端的兩個(gè)端口上；同樣地，三端口保偏環(huán)形器2上沿順時(shí)針方向依次連接有第一尾纖a’、第二尾纖b’和第三尾纖c’;光路部分產(chǎn)生的兩束正交線偏振光通過四端口保偏耦合器I的第一尾纖a傳輸至該傳感單元中；四端口保偏耦合器I的第二尾纖b與三端口保偏環(huán)形器的第一尾纖a’進(jìn)行0°熔接，形成支路I ;四端口保偏耦合器I的第三尾纖c與三端口保偏環(huán)形器的第三尾纖c’進(jìn)行90°熔接，形成支路II ;四端口保偏耦合器I的第四尾纖d閑置，三端口保偏環(huán)形器的第二尾纖b’與傳感頭的尾纖連接。上述的各尾纖均可采用保偏光纖。傳感頭可以采用絕緣材料制成，絕緣性能良好，其包括準(zhǔn)直器3 (可采用準(zhǔn)直透鏡)和電光晶體4，電光晶體4的前端面(即光入射面)的上鍍有增透膜5、電光晶體4的后端面(即與光入射面相對(duì)的一面)上鍍有反射膜6，準(zhǔn)直器3與電光晶體4鍍有增透膜的一面相固接，準(zhǔn)直器的光入射面上連接有與三端口保偏環(huán)形器2的第二尾纖b’進(jìn)行熔接的尾纖；電光晶體4的上、下端面還分別安裝有電極7。該電極用于感應(yīng)電場(chǎng)中的電勢(shì)，并采用橫向調(diào)制，即施加在電光晶體4上的電場(chǎng)方向與光傳播方向垂直。該互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元的工作原理為:從光路部分產(chǎn)生的兩束正交線偏振光分別沿保偏光纖的X模式和Y模式傳輸、并經(jīng)過支路I進(jìn)入傳感頭，傳感頭的電光晶體4在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生電光效應(yīng)，使得在晶體中傳播的兩束正交線偏振光產(chǎn)生相位差，相位差的大小與外加電場(chǎng)有關(guān)。線偏振光被反射后再次經(jīng)過電光晶體4，相位差加倍。沿三端口保偏環(huán)形器2的第三尾纖c’輸出之后經(jīng)過支路II，兩束正交線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度；此時(shí)，原來沿保偏光纖X模式傳播的正交線偏振光變?yōu)檠乇Ｆ饫w的Y模式傳播，原來沿保偏光纖Y模式傳播的正交線偏振光變?yōu)檠乇Ｆ饫w的X模式傳播，實(shí)現(xiàn)了兩束正交偏振光的模式互換。之后沿四端口保偏耦合器I的第一尾纖a輸出，經(jīng)過光路部分的光電轉(zhuǎn)換器12將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。本例所述傳感單元的工作結(jié)束，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)還可以發(fā)送至現(xiàn)有的信號(hào)處理單元繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理。如圖2所示，光路部分主要由光源8、環(huán)形器9、Y波導(dǎo)調(diào)制器10、PBSll和光電轉(zhuǎn)換器12組成。其工作原理為:光源8發(fā)出的光經(jīng)過環(huán)形器9后進(jìn)入Y波導(dǎo)調(diào)制器10 ；Y波導(dǎo)調(diào)制器也稱為集成光學(xué)相位調(diào)制器，是一種多功能器件，由一個(gè)Y型分束器和兩個(gè)相位調(diào)制器組成，采用該Y波導(dǎo)調(diào)制器可以使光路部分的機(jī)構(gòu)更緊湊，減小二次機(jī)箱體積，操作更方便；進(jìn)入Y波導(dǎo)調(diào)制器10的光被分成兩束偏振光，其中一束旋轉(zhuǎn)90°后與另一束一同進(jìn)入PBS11，將兩束偏振光調(diào)整成兩束正交線偏振光后通過保偏光纖(該保偏光纖即為四端口保偏耦合器I的第一尾纖a)傳至本例的傳感單元；經(jīng)過傳感單元中的傳感頭之后，攜帶了待測(cè)電壓信息的兩束正交線偏振光沿原光路返回，在Y波導(dǎo)調(diào)制器10中發(fā)生干涉，然后經(jīng)過環(huán)形器9進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器12將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以供后續(xù)操作。本例的互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元，采用橫向調(diào)制，利用電光晶體在外電場(chǎng)作用下的電光效應(yīng)感應(yīng)電場(chǎng)信號(hào)，并利用四端口保偏耦合器和三端口保偏環(huán)形器實(shí)現(xiàn)了兩束正交線偏振光的模式互換，從而形成了一種互易型反射式光路結(jié)構(gòu)，出射的兩束正交線偏振光只攜帶了電光晶體對(duì)它們的相位調(diào)制信息。這種光學(xué)電壓傳感單元的光學(xué)組件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕；由絕緣材料組成，絕緣性能好；互易型反射式光路可以大大提高長(zhǎng)光路傳輸過程中的抗干擾能力，還可以利用光學(xué)電流互感器中的數(shù)字閉環(huán)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，提聞了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和響應(yīng)靈敏度。最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元，該傳感單元包括傳感頭，其特征在于:還包括四端口保偏耦合器和三端口保偏環(huán)形器，所述四端口保偏耦合器和三端口保偏環(huán)形器在各個(gè)端口處均連接有一根尾纖； 光路部分產(chǎn)生的兩束正交線偏振光通過所述四端口保偏耦合器的第一尾纖傳輸至該傳感單元中；所述四端口保偏耦合器的第二尾纖與三端口保偏環(huán)形器的第一尾纖進(jìn)行0°熔接，形成支路I;所述四端口保偏耦合器的第三尾纖與三端口保偏環(huán)形器的第三尾纖進(jìn)行90°熔接，形成支路II ;所述四端口保偏耦合器的第四尾纖閑置，所述三端口保偏環(huán)形器的第二尾纖與傳感頭的尾纖連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元，其特征在于: 所述傳感頭包括準(zhǔn)直器和電光晶體，所述電光晶體的光入射面上鍍有增透膜、與光入射面相對(duì)的另一面上鍍有反射膜，所述準(zhǔn)直器與電光晶體鍍有增透膜的一面相固接，所述準(zhǔn)直器的光入射面上連接有該傳感頭的尾纖；所述電光晶體的上、下端面分別安裝有電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元，其特征在于: 所述四端口保偏耦合器的第一尾纖、第二尾纖、第三尾纖和第四尾纖，三端口保偏環(huán)形器的第一尾纖、第二尾纖和第三尾纖以及傳感頭的尾纖均采用保偏光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元，其特征在于: 所述傳感頭封裝于屏蔽外殼中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元，其特征在于: 所述光路部分包括光源、環(huán)形器、Y波導(dǎo)調(diào)制器、偏振光分束器和光電轉(zhuǎn)換器，所述環(huán)形器分別與光源、Y波導(dǎo)調(diào)制器和光電轉(zhuǎn)換器相連，所述Y波導(dǎo)調(diào)制器與偏振光分束器相連，所述偏振光分束器的尾纖與所述四端口保偏耦合器的第一尾纖連接。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種互易型反射式光學(xué)電壓傳感單元，該傳感單元包括傳感、四端口保偏耦合器和三端口保偏環(huán)形器；光路部分產(chǎn)生的兩束正交線偏振光通過所述四端口保偏耦合器的第一尾纖傳輸至該傳感單元中；四端口保偏耦合器的第二尾纖與三端口保偏環(huán)形器的第一尾纖進(jìn)行0°熔接形成支路I；四端口保偏耦合器的第三尾纖與三端口保偏環(huán)形器的第三尾纖進(jìn)行90°熔接形成支路II；四端口保偏耦合器的第四尾纖閑置，所述三端口保偏環(huán)形器的第二尾纖與傳感頭的尾纖連接。該傳感單元及其系統(tǒng)利用保偏耦合器和保偏環(huán)形器實(shí)現(xiàn)了兩束正交偏振光的模式互換，提高了光路的抗干擾能力，具有體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R15/24GK203164254SQ20132007798
公開日2013年8月28日 申請(qǐng)日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者張朝陽, 溫海燕, 孫海江, 荊平 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司