一種電光晶體半波電場及相應特性測量裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及電壓及電場智能感知技術領域，特別是設及一種電光晶體半波電場及 相應特性測量裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 電壓互感器在電力系統中有著重要的應用，是電力系統監測基本設備之一。隨著 當今社會對電力需求的增長和電能質量的提高，電力系統正朝著超/特高壓、大容量的趨勢 發展。而普遍使用的傳統電磁式電壓互感器在高壓情況下，存在易受電磁干擾、絕緣結構復 雜、造價高、體積龐大、存在鐵磁飽和W及爆炸危險等缺陷。
[0003] 光纖電壓傳感器引入光學器件作為一次部分的傳感頭，沒有鐵忍和線圈，不存在 電磁禪合，W光纖作為傳輸介質，有效克服了傳統電磁式電壓互感器的缺點。與傳統電磁式 電壓互感器相比，具有安全性、可靠性、穩定性、電磁兼容性，頻率響應寬、動態范圍大，無火 災爆炸等危險，體積小、智能化等優點。
[0004] 光纖電壓傳感器的一個核屯、部分則是電光晶體，通過電光晶體實現電信號到光信 號之間的有效轉換，選取合適的電光晶體直接影響到光纖電壓傳感器的工作性能，目前對 于應用在光纖電壓傳感器的電光晶體材料及性質的研究仍處于發展階段。
【發明內容】
[0005] 本發明實施例中提供了一種電光晶體半波電場及相應特性測量裝置及方法，W解 決現有技術中根據電光晶體的材料和性質選取電光晶體不合適，而直接影響光纖電壓傳感 器的工作性能問題。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明實施例公開了如下技術方案：
[0007] 第一方面，本發明提供了一種電光晶體半波電場及響應特性測量裝置，所述裝置 包括電壓發生裝置、信號處理裝置、兩個完全相同的金屬極板和由光纖依次連接的激光源、 起偏器、電光晶體、檢偏器和光電探測器，兩個所述金屬極板水平方向上平行、且貼緊所述 電光晶體的上下表面，其中一個所述金屬極板接地，所述電壓發生裝置和所述信號處理裝 置均與另一個所述金屬極板電連接，所述光電探測器與所述信號處理裝置電連接。
[0008] 優選地，所述測量裝置還包括高度可調的絕緣支柱和光學隔振平臺，所述絕緣支 柱一端面上設置所述電光晶體及所述金屬極板，所述激光源、起偏器、絕緣支柱、檢偏器和 光電探測器依次固定設置于所述光學隔振平臺上，且所述激光源、起偏器、檢偏器、電光晶 體和光電探測器的中屯、位于同一水平線上。
[0009] 優選地，所述電壓發生裝置包括任意函數電壓發生器和高壓放大器，所述任意函 數電壓發生器輸出端與所述高壓放大器輸入端連接，所述高壓放大器輸出端與所述金屬極 板的正極電連接。
[0010] 優選地，所述信號處理裝置包括標準分壓器和多通道示波器，所述多通道示波器 與所述光電探測器輸出端電連接，所述標準分壓器輸入端與所述金屬極板的正極電連接， 所述標準分壓器輸出端與所述多通道示波器電連接。
[0011] 優選地，所述起偏器的通光軸角度為45°，所述起偏器和所述檢偏器呈彼此正交設 置，且所述起偏器和所述檢偏器之間設置有四分之一波片。
[0012] 優選地，所述電光晶體包括妮酸裡晶體。
[0013] 另一方面，本發明還提供了一種電光晶體半波電場及響應特性測量方法，包括W 下步驟：
[0014] 電壓發生裝置輸出電壓，在電光晶體兩端形成電場；
[0015] 激光源輸出激光光束，通過起偏器后入射至所述電光晶體上，所述電光晶體在外 部電場作用下折射率變化，出現感應電光軸；
[0016] 調整所述起偏器的通光軸角度，使入射激光的偏振面與所述感應電光軸成45%
[0017] 激光光束經過電場調制成光信號，通過光纖傳送至光電探測器；
[0018] 所述光電探測器將光信號轉換為電壓信號，并輸出所述電壓信號；
[0019] 信號處理裝置測量接收到的所述電壓信號，并對所述電壓信號處理及顯示。
[0020] 優選地，所述電壓發生裝置輸出電壓，在電光晶體周圍形成電場，包括：
[0021] 調節任意函數電壓發生器，輸出所需電壓波形；
[0022] 設置所述任意函數電壓發生器輸出幅值與高壓放大器放大倍數，得到所述電光晶 體兩端的電壓。
[0023] 優選地，所述信號處理裝置測量接收到的電壓信號，包括：
[0024] 設置標準分壓器的分壓比；
[0025] 在多通道示波器上監測實際外施電壓，并與所述電壓信號對比。
[0026] 由W上技術方案可見，本發明實施例提供的一種電光晶體半波電場及相應特性測 量方法及裝置，電光晶體半波電場及相應特性測量裝置包括：電壓發生裝置、信號處理裝 置、兩完全相同的金屬極板和由光纖依次連接的激光源、起偏器、電光晶體、檢偏器和光電 探測器，所述兩金屬極板水平方向上平行且貼緊所述電光晶體的上下表面，其中一所述金 屬極板接地，所述電壓發生裝置和所述信號處理裝置均與另一所述金屬極板電連接，所述 光電探測器與所述信號處理裝置電連接。
[0027] 本發明的測量方法包括：電壓發生裝置輸出電壓，在電光晶體兩端形成電場;激光 源輸出激光光束，通過起偏器后入射至電光晶體上，電光晶體在外部電場作用下折射率變 化，出現感應電光軸;設定起偏器的通光軸角度，使入射激光的偏振面與所述感應電光軸成 45%激光光束經過電場調制，通過光纖傳送至光電探測器;光電探測器將光信號轉換為電 壓信號，并輸出所述電壓信號;信號處理裝置測量接收到的所述電壓信號。
[0028] 本發明用于測量各種電光晶體的半波電場和響應特性，對于研究光纖電壓傳感器 具有十分重要的作用，為傳感器的材料選取、尺寸設計等提供重要理論支撐。測量方法直接 有效，測量裝置便于搭建，結構簡單，便于推廣和應用。
【附圖說明】
[0029] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而 言，在不付出創造性勞動的前提下，還可W根據運些附圖獲得其他的附圖。
[0030] 圖1為本發明實施例提供的一種電光晶體半波電場及響應特性測量裝置的結構示 意圖；
[0031] 圖2為本發明實施例提供的一種電光晶體半波電場及響應特性測量裝置的原理示 意圖；
[0032] 圖3為本發明實施例提供的一種對電光晶體進行橫向調制的示意圖；
[0033] 圖1-圖3,符號表示：
[0034] 1-激光源，2-起偏器，3-檢偏器，4-光電探測器，5-絕緣支柱，6-金屬極板，7-任意 函數電壓發生器，8-高壓放大器，9-多通道示波器，10-標準分壓器，11-光學隔振平臺，12-電光晶體，13-四分之一波片。
【具體實施方式】
[0035] 為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實 施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護 的范圍。
[0036] 參見圖1，圖1為本發明實施例提供的一種電光晶體半波電場及響應特性測量裝置 的結構示意圖，所述裝置包括電壓發生裝置、信號處理裝置、兩個完全相同的金屬極板6和 由光纖依次連接的激光源1、起偏器2、電光晶體12、檢偏器3和光電探測器4,兩個所述金屬 極板6水平方向上平行、且貼緊所述電光晶體12的上下表面，其中一個所述金屬極板6接地， 所述電壓發生裝置和所述信號處理裝置均與另一個所述金屬極板6電連接，所述光電探測 器4與所述信號處理裝置電連接。
[0037] 所述激光源1可發射各種波長的平行激光，所述光電探測器4可探測各種波長激光 的光功率，并將其轉換為能用示波器直接測量的電壓信號;所述金屬極板6的尺寸可W根據 被測電光晶體12尺寸調節，極板間高度可調節。
[0038] 本發明中所述電光晶體12采用妮酸裡晶體。不同電光晶體12在相同外加電場下的 電光效應強弱是不同的，選擇適當電光系數的妮酸裡晶體可W在保證較大半波電場情況下 極大的提高傳感器感應電場的靈敏度。
[0039] 起偏器2是用于從激光源1發出的自然光中獲得偏振光的器件。常用的起偏器2有 偏振片，尼科耳棱鏡等，本發明實施例中的起偏器2為偏振片。
[0040] 兩向色性的有機晶體，如硫酸艦奎寧，電氣石或聚乙締醇薄膜在艦溶液中浸泡后， 在高溫下拉伸，烘干，然后粘在兩個玻璃片之間就形成了偏振片。偏振光是一種人工膜片， 其中有大量按一定規則排列的微小晶粒，對不同方向的光振動有選擇吸收的性能，從而使 膜片中有一個特殊的方向，當一束自然光射到膜片上時，與此方向垂直的光振動分量完全 被吸收，只讓平行于該方向的光振動分量通過，從而獲得線偏振光。偏振片只允許沿某一特 定方向的光通過。本發明中的起偏器2的偏振方向可360°調節。
[0041] 檢偏器3是由偏振片組成的，通常與起偏器2連用。起偏器2用來使自然光、部分偏 振光等成為線偏振光，檢偏器3就是用來檢驗某一束光是否偏振光。所述檢偏器3偏振方向 可360°。
[0042] 如圖2所示，圖2為本發明實施例提供的一種電光晶體半波電場及響應特性測量裝 置的原理示意圖。所述測量裝置還包括高度可調的絕緣支柱5和光學隔振平臺11，所述絕緣 支柱5-端面上設置所述電光晶體12及所述金屬極板6,所述激光源1、起偏器2、絕緣支柱5、 檢偏器3和光電探測器4依次固定設置于所述光學隔振平臺11上，且所述激光源1、起偏器2、 檢偏器3、電光晶體12和光電探測器4的中屯、位于同一水平線上。
[0043] 所述絕緣支柱5最高耐壓等級為60kV，高度可調;所述光學隔振平臺11尺寸可調。
[0044] 所述電壓發生裝置包括任意函數電壓發生器7和高壓放大器8,所述任意函數電壓 發生器7輸出端與所述高壓放大器8輸入端連接，所述高壓放大器