專利名稱：一種用于液體電介質電場測量的光電檢測器的制作方法
技術領域：
本發明屬于電場測量技術領域，尤其涉及一種用于液體電介質電場測量的光電檢測器。
背景技術：
液體電介質電場測量通常采用克爾效應技術。克爾效應是指某些液體電介質在外施電場作用下表現出單軸晶體的性質，使得平行于電場分量的光矢量和垂直于電場分量的光矢量在克爾介質具有不同的傳播速度，經過克爾介質后，光束中兩相互正交的光矢量產生一定的相位差，該相位差與外施電場大小的平方成比例關系，即克爾效應。高純水、礦物油、蓖麻油等植物油均是克爾電介質，廣泛用于脈沖功率技術，電カ系統等絕緣領域；但礦物油、植物油等由于其克爾系數很小，克爾效應對通過光束中兩相互正交的光矢量所產生相位偏移很小，偏振干渉后形成的光強變化很小，無法進行有效測量。為增強克爾效應測量技術的靈敏度，可采用交流調制的方法，即在克爾介質上同時施加直流電場和交流調制電場，這樣光束中兩相互正交的光矢量經克爾效應形成相位差與外施直流電場和交流調制電場的矢量和成正比，同時由于該相位差很小，經三角函數簡化運算，偏振干渉后形成的光強信號中將包含直流分量，交流基頻分量以及兩倍頻的交流分量；其中光強信號中交流基頻分量與外施直流電場強度和交流電場強度的乘積成正比；兩倍頻的交流分量與外施交流電場強度平方成正比；經光電檢測器，光強信號轉換為電信號，通過檢測電信號中直流分量，交流基頻分量和兩倍頻分量，就可以得到液體電介質中的直流電場和交流電場的大小和方向。克爾效應電場測量技術中所產生的光信號中，兩倍頻交流分量非常微弱，通常為nW量級，且淹沒在強直流分量和交流基頻分量中。目前現有的光電探測器通常只用于測量，沒有于此類信號的測量。因此，設計一種低噪聲，能同時分別檢測直流光強和交流光強的光電檢測器對克爾效應電場測量非常必要。
發明內容
針對上述背景技術中提到現有光電探測器對光信號中直流分量和交流分量同步檢測的不足，本發明提出了一種用于液體電介質電場測量的光電檢測器。本發明的技術方案一種用于液體電介質電場測量的光電檢測器，其特征是該檢測器包括光電ニ極管、電流-電壓變換器、隔直電路、低通放大電路和金屬屏蔽外殼；所述金屬屏蔽外殼包括直流輸出端子、交流輸出端子和同軸圓錐形通光孔；所述光電ニ極管和電流-電壓變換器連接；電流-電壓變換器和隔直電路連接；隔直電路和低通放大電路連接；隔直電路和直流輸出端子連接；低通放大電路和交流輸出端子連接；同軸圓錐形通光孔的軸心和光電ニ極管的軸心對齊；所述光電ニ極管將光信號轉換為電流信號；所述電流-電壓變換器將光電ニ極管輸出的電流信號轉換為電壓信號；
所述隔直電路將電流-電壓變換器輸出的電壓信號中的交流信號和直流信號分離；所述低通放大電路用于對隔直電路分離出的交流信號進行放大；直流信號經直流輸出端子輸出，放大后的交流信號經交流輸出端子輸出；所述光電ニ極管、電流-電壓變換器、隔直電路和低通放大電路封裝在金屬屏蔽外殼內。所述光電檢測器檢測波長的范圍為300 1100納米。所述光電ニ極管為硅光二極管。所述硅光二極管采用零偏壓工作模式。所述硅光二極管為圓形。 所述光電檢測器的背景光引起的光電流小于10納安。所述同軸圓錐形通光孔的軸心和光電ニ極管的軸心的位置偏差小于±0. 5毫米。本發明具有極低的噪聲，良好的測量靈敏度，能實現調幅光信號中交、直流分量的同步測量。
圖I是光電檢測器的電路原理圖；圖2是光電檢測器封裝示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。本發明是一種低噪聲、能同時檢測輸出光信號中直流分量、交流基頻分量和交流倍頻分量的光電檢測器，包括光電ニ極管，電流-電壓變換器，隔直電路、低通放大電路和金屬屏蔽外殼。金屬屏蔽外殼包括直流輸出端子、交流輸出端子和同軸圓錐形通光孔；光電ニ極管和電流-電壓變換器連接；電流-電壓變換器和隔直電路連接；隔直電路和低通放大電路連接；隔直電路和直流輸出端子連接；低通放大電路和交流輸出端子連接；同軸圓錐形通光孔的軸心和光電ニ極管的軸心對齊；光電ニ極管將光信號轉換為電流信號；電流-電壓變換器將光電ニ極管輸出的電流信號轉換為電壓信號；隔直電路將電流-電壓變換器輸出的電壓信號中的交流信號和直流信號分離；低通放大電路用于對隔直電路分離出的交流信號進行放大，低通放大電路_3dB高頻截止頻率為40kHz。；直流信號經直流輸出端子輸出，放大后的交流信號經交流輸出端子輸出；光電ニ極管、電流-電壓變換器、隔直電路和低通放大電路均制作在PCB電路板上，封裝在金屬屏蔽外殼內。本發明中，光電檢測器檢測波長的范圍為300 1100納米；光電ニ極管為圓形硅光二極管，采用零偏壓工作模式。光電檢測器的背景光引起的光電流小于10納安。同軸圓錐形通光孔的軸心和光電ニ極管的軸心的位置偏差小于±0. 5毫米。圖I是光電檢測器的原理電路圖。參照圖1，Pl為雙極性直流電源，為電流-電壓變換器和隔直放大器供電；C4、C5和C6、C7為去耦電容，起到電源過濾作用，使供電電壓更加穩定。參照圖1，Dl為光電ニ極管，Dl和OPl以及外圍電路構成了整體封裝的電流-電壓變換器；R2和C2為電壓-電流轉換器的反饋電阻和反饋電容，它們決定了電流-電壓轉換器的轉換比例，并限制電流-電壓轉換器的帶寬，降低噪聲；Rp可調電阻，用于調節電流-電壓轉換器的直流偏置水平；光電ニ極管Dl將包含交、直流電場信息的光信號轉換電流信號，電流-電壓轉換器將電流信號按R2決定的反饋系數轉換為對應的電壓信號。參照圖1，0P2為低噪聲，高速精密運放，它和其外圍電路構成了隔直濾波放大電路；R3和C3為隔直電阻和隔直電容，它們決定了濾波電路的低頻截止頻率，Rl和Cl為反饋電阻和反饋電容，它們決定了濾波電路的高頻截止頻率，R1/R3為閉環増益，決定了交流信號的放大倍數。隔直濾波放大電路將前級輸入的電壓信號進行交、直流分離，直流分量直接輸出至直流輸出端子NI，交流分量經放大后輸出至交流輸出端子N2。圖2是光電檢測器的封裝形式。 參照圖2，封裝為全金屬外売，I為外殼本體；2為封裝外殼底板，用于安裝固定所制作的PCB電路板；3為光電檢測器直流輸出端子，4為光電檢測器交流輸出端子，兩者均為BNC接ロ ；5封裝外殼前蓋板；6為同軸圓錐形通光孔。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種用于液體電介質電場測量的光電檢測器，其特征是該檢測器包括光電ニ極管、電流-電壓變換器、隔直電路、低通放大電路和金屬屏蔽外殼；所述金屬屏蔽外殼包括直流輸出端子、交流輸出端子和同軸圓錐形通光孔；所述光電ニ極管和電流-電壓變換器連接；電流-電壓變換器和隔直電路連接；隔直電路和低通放大電路連接；隔直電路和直流輸出端子連接；低通放大電路和交流輸出端子連接；同軸圓錐形通光孔的軸心和光電ニ極管的軸心對齊；所述光電ニ極管將光信號轉換為電流信號；所述電流-電壓變換器將光電ニ極管輸出的電流信號轉換為電壓信號；所述隔直電路將電流-電壓變換器輸出的電壓信號中的交流信號和直流信號分離；所述低通放大電路用于對隔直電路分離出的交流信號進行放大；直流信號經直流輸出端子輸出，放大后的交流信號經交流輸出端子輸出；所述光電ニ極管、電流-電壓變換器、隔直電路和低通放大電路封裝在金屬屏蔽外殼內。
2.根據權利要求I所述的ー種用于液體電介質電場測量的光電檢測器，其特征是所述光電檢測器檢測波長的范圍為300 1100納米。
3.根據權利要求I所述的ー種用于液體電介質電場測量的光電檢測器，其特征是所述光電ニ極管為娃光二極管。
4.根據權利要求3所述的ー種用于液體電介質電場測量的光電檢測器，其特征是所述硅光二極管采用零偏壓工作模式。
5.根據權利要求3所述的ー種用于液體電介質電場測量的光電檢測器，其特征是所述娃光二極管為圓形。
6.根據權利要求I所述的ー種用于液體電介質電場測量的光電檢測器，其特征是所述光電檢測器的背景光引起的光電流小于10納安。
7.如權利要求I和權利要求I所述的光電ニ極管和同軸圓錐形通光孔，其特征是所述同軸圓錐形通光孔的軸心和光電ニ極管的軸心的位置偏差小于±0. 5毫米。
全文摘要
本發明公開了電場測量技術領域中的一種用于液體電介質電場測量的光電檢測器。本發明包括光電二極管、電流-電壓變換器、隔直電路、低通放大電路和金屬屏蔽外殼；金屬屏蔽外殼包括直流輸出端子、交流輸出端子和同軸圓錐形通光孔。本發明具有極低的噪聲，良好的測量靈敏度，能實現調幅光信號中交、直流分量的同步測量。
文檔編號G01J1/44GK102829862SQ201210285180
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者李成榕, 趙林杰, 齊波, 黎小林, 吳昊, 呂金壯, 趙曉林, 孫夏青, 趙宇明, 羅兵 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司, 華北電力大學