專利名稱:一種光學電場傳感器的制作方法
技術領域:
本實用新型屬于電氣測量技術領域,具體涉及一種用于測量電場或電壓的無源光學電場傳感器,該傳感器尤其適合用于測量電力系統的空間強電場或電力母線上的高電壓,較一般的光學電場傳感器穩定性高,較傳統傳感器頻帶寬。
背景技術:
電場測量在諸多科學研究和工程技術領域具有重要意義,特別是在電力系統、電磁兼容及微波技術等領域具有廣泛應用。例如,在電力工業,電場測量可用于電力系統狀態監測、電氣設備內外電場分布測量、高電壓試驗及電暈放電現象研究,電力系統母線高電壓的測量等;在電磁兼容領域研究中,電場測量可用于檢測電氣、電子設備的對外電磁輻射與干擾以及研究環境電場對電子儀器運行的影響;在微波技術中,需要對微波發射與接收設備周圍電場進行測量。光學電場傳感器基于光學傳感原理,由光學玻璃等器件構成,體積小,對被測電場幾乎無擾動。基于線性電光效應原理的光學電場傳感器已被用于電場分布以及電力系統母線高電壓的測量,但是傳感器的穩定性易受環境溫度、振動等因素的影響,改善其穩定性的一種典型方案就是采用反射式雙光路結構,方案中利用一個光學晶體的線性電光效應來傳感被測電場,當由溫度、振動等因素引起的干擾雙折射遠小于由電場產生的雙折射時,利用兩個光路的輸出做運算來處理干擾因素的影響,但根據實測和運行結果,其長期運行的穩定性仍未能有效解決。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種無源光學電場傳感器,該傳感器在工作溫度變化、存在振動等環境因素影響時仍能滿足基本準確度指標要求,可在實際運行中長期穩定的工作。本實用新型提供的一種無源光學電場傳感器,其特征在于,它包括入射光纖、光纖準直器、三角形棱鏡、入射光起偏器、第一光學晶體、半波片、三角形棱鏡、三角形棱鏡、第二光學晶體、檢偏器、光纖準直器、出射光纖和地電極;第一光學晶體處于被測電場E中,第二光學晶體處于地電極內,第二光學晶體所處環境的電場強度為零;入射光通過入射光纖經過光纖準直器入射到三角形棱鏡,由三角形棱鏡對入射光全內反射改變光的行進方向,再入射起偏器后變成線偏振光,線偏振光入射第一光學晶體;從第一光學晶體出射的光依次經過半波片、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方向,同時改變偏振光波的振動方向,再入射到第二光學晶體,從第二光學晶體出射后,再經光纖準直器后由出射光纖出射。本實用新型的技術效果為[0010]1.第一光學晶體處在被測電場區內,同時受被測電場以及溫度、振動等干擾場的調制;2.第二光學晶體處于地電位一側,僅受溫度、振動等干擾場的調制;3.傳感器的輸出光信號中僅含有被測電場的調制信號,消除了溫度、振動等干擾對傳感器的影響;4.傳感器的輸出只需一個光路,簡化了傳感器的制作工藝,更利于批量生產。本實用新型光學傳感器傳感器采用兩個光學晶體,從結構設計上能消除溫度、振動等干擾場對穩定性的影響,無需在信號處理中做相關補償,因此,該光學電場傳感器能長期穩定運行,且利于批量生產。
圖1為本實用新型光學電場傳感器的結構示意圖;圖2為本實用新型光學電場傳感器應用于高壓母線電壓互感器的具體實現圖。
具體實施方式
下面借助實施例更加詳細地說明本實用新型,但以下實施例僅是說明性的,本實用新型的保護范圍并不受這些實施例的限制。如圖1所示,本實用新型提供的一種無源光學電場傳感器包括入射光纖17、光纖準直器15、三角形棱鏡9、入射光起偏器3、第一光學晶體1、半波片4、三角形棱鏡5、三角形棱鏡6、第二光學晶體2、檢偏器7、光纖準直器16、出射光纖18和地電極8。第一光學晶體1處于被測電場E中,第二光學晶體2處于地電極8內,第二光學晶體2所處環境的電場強度為零。第一光學晶體1和第二光學晶體2之間的光路依次通過半波片4、三角形棱鏡5和三角形棱鏡6實現光路的轉向,同時改變偏振光波的振動方向。第一光學晶體1同時受被測電場以及溫度、振動等干擾場的調制,第二光學晶體2 僅受溫度、振動等干擾場的調制。光束依次通過第一光學晶體1和第二光學晶體2后,受溫度、振動等干擾場的調制相互抵消,在出射的光束中僅有電場的調制部分。入射光通過入射光纖17經過光纖準直器15入射到三角形棱鏡9,由三角形棱鏡 9對入射光全內反射改變光的行進方向,再入射起偏器3后變成線偏振光,線偏振光入射第一光學晶體1,受外加電場E以及溫度、振動等干擾場的調制,產生雙折射,第一光學晶體1 產生的雙折射光學相位延遲為Δ0 + Δ5,其中Δ^為受外加電場E調制產生的相位延遲,Δ δ 為受溫度、振動等干擾場產生的相位延遲。從第一光學晶體1出射的光依次經過半波片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改變光的行進方向, 同時改變偏振光波的振動方向,再入射第二光學晶體2,第二光學晶體2處在地電位側,不受外加電場的影響,但是由于與第一光學晶體1處在同一溫度、振動等環境中,第二光學晶體2由于溫度、振動等環境干擾產生的雙折射光束相位延遲為-Δ δ,從第二光學晶體2出射后的整個光路的光學相位延遲為第一光學晶體1和第二光學晶體2產生的相位延遲之和,為Δ^ + Δ^-Δ^ζΔ^。經過檢偏器7,從光纖準直器16出射后,光信號中消除了溫度、應力等干擾場的項,僅保留了被測電場E調制產生的相位延遲項。[0023]例如圖2所示,當本實用新型所述的光學電場傳感器S安裝于高壓絕緣子12中間時,母線11上的高電壓 通過高壓導電桿10施加到光學電場傳感器上,由高壓電極11 和地電極8形成的電場對光學電場傳感器的第一光學晶體1產生光學調制,傳感器的輸出光信號經過光纜13進入信號處理電路14,即可得到與被測母線高電壓 成正比的小電壓信號。本實用新型不僅局限于上述具體實施方式
,本領域一般技術人員根據本實用新型公開的內容,可以采用其它多種具體實施方式
實施本實用新型,因此,凡是采用本實用新型的設計結構和思路,做一些簡單的變化或更改的設計,都落入本實用新型保護的范圍。
權利要求1. 一種無源光學電場傳感器,其特征在于,它包括入射光纖(17)、光纖準直器(15)、三角形棱鏡(9)、入射光起偏器C3)、第一光學晶體(1)、半波片( 、三角形棱鏡( 、三角形棱鏡(6)、第二光學晶體O)、檢偏器(7)、光纖準直器(16)、出射光纖(18)和地電極⑶;第一光學晶體(1)處于被測電場E中,第二光學晶體( 處于地電極(8)內,第二光學晶體( 所處環境的電場強度為零;入射光通過入射光纖(17)經過光纖準直器(1 入射到三角形棱鏡(9),由三角形棱鏡(9)對入射光全內反射改變光的行進方向,再入射起偏器C3)后變成線偏振光,線偏振光入射第一光學晶體⑴;從第一光學晶體(1)出射的光依次經過半波片(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)改變光的行進方向,同時改變偏振光波的振動方向,再入射到第二光學晶體0),從第二光學晶體O)出射后,再經光纖準直器(16)后由出射光纖(18)出射。
專利摘要一種用于測量電場或高電壓的無源光學電場傳感器,屬于電氣測量技術領域。它包括兩個光學晶體,其中光學晶體處于被測電場以及溫度、振動等干擾場的環境中,另一個光學晶體僅處于相同的溫度、振動等干擾場的環境中,偏振光通過兩個晶體出射后,溫度、振動等干擾場的調制被消除了。通過信號處理電路后,輸出與被測電場或高電壓成正比的信號,該信號不受溫度、振動等干擾因素的影響。本實用新型所述的光學電場傳感器可用于測量電場或高電壓,尤其是電力工業電場檢測、電場監測或母線的高電壓,其穩定性好,不易受溫度、應力的影響。
文檔編號G01R29/14GK202330527SQ201120470910
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者徐墾, 徐雁, 肖霞 申請人:華中科技大學