[發(fā)明專利]一種用于液體電介質(zhì)電場(chǎng)測(cè)量的光電檢測(cè)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210285180.3
• 申請(qǐng)日: 2012-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN102829862A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 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(qǐng)（專利權(quán)）人: 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司;華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J1/44
• 分類號(hào): G01J1/44
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電場(chǎng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于液體電介質(zhì)電場(chǎng)測(cè)量的光電檢測(cè)器。

背景技術(shù)

液體電介質(zhì)電場(chǎng)測(cè)量通常采用克爾效應(yīng)技術(shù)。克爾效應(yīng)是指某些液體電介質(zhì)在外施電場(chǎng)作用下表現(xiàn)出單軸晶體的性質(zhì)，使得平行于電場(chǎng)分量的光矢量和垂直于電場(chǎng)分量的光矢量在克爾介質(zhì)具有不同的傳播速度，經(jīng)過(guò)克爾介質(zhì)后，光束中兩相互正交的光矢量產(chǎn)生一定的相位差，該相位差與外施電場(chǎng)大小的平方成比例關(guān)系，即克爾效應(yīng)。

高純水、礦物油、蓖麻油等植物油均是克爾電介質(zhì)，廣泛用于脈沖功率技術(shù)，電力系統(tǒng)等絕緣領(lǐng)域；但礦物油、植物油等由于其克爾系數(shù)很小，克爾效應(yīng)對(duì)通過(guò)光束中兩相互正交的光矢量所產(chǎn)生相位偏移很小，偏振干涉后形成的光強(qiáng)變化很小，無(wú)法進(jìn)行有效測(cè)量。為增強(qiáng)克爾效應(yīng)測(cè)量技術(shù)的靈敏度，可采用交流調(diào)制的方法，即在克爾介質(zhì)上同時(shí)施加直流電場(chǎng)和交流調(diào)制電場(chǎng)，這樣光束中兩相互正交的光矢量經(jīng)克爾效應(yīng)形成相位差與外施直流電場(chǎng)和交流調(diào)制電場(chǎng)的矢量和成正比，同時(shí)由于該相位差很小，經(jīng)三角函數(shù)簡(jiǎn)化運(yùn)算，偏振干涉后形成的光強(qiáng)信號(hào)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(qiáng)信號(hào)中交流基頻分量與外施直流電場(chǎng)強(qiáng)度和交流電場(chǎng)強(qiáng)度的乘積成正比；兩倍頻的交流分量與外施交流電場(chǎng)強(qiáng)度平方成正比；經(jīng)光電檢測(cè)器，光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)電信號(hào)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(zhì)中的直流電場(chǎng)和交流電場(chǎng)的大小和方向。

克爾效應(yīng)電場(chǎng)測(cè)量技術(shù)中所產(chǎn)生的光信號(hào)中，兩倍頻交流分量非常微弱，通常為nW量級(jí)，且淹沒在強(qiáng)直流分量和交流基頻分量中。目前現(xiàn)有的光電探測(cè)器通常只用于測(cè)量，沒有于此類信號(hào)的測(cè)量。因此，設(shè)計(jì)一種低噪聲，能同時(shí)分別檢測(cè)直流光強(qiáng)和交流光強(qiáng)的光電檢測(cè)器對(duì)克爾效應(yīng)電場(chǎng)測(cè)量非常必要。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述背景技術(shù)中提到現(xiàn)有光電探測(cè)器對(duì)光信號(hào)中直流分量和交流分量同步檢測(cè)的不足，本發(fā)明提出了一種用于液體電介質(zhì)電場(chǎng)測(cè)量的光電檢測(cè)器。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種用于液體電介質(zhì)電場(chǎng)測(cè)量的光電檢測(cè)器，其特征是該檢測(cè)器包括光電二極管、電流-電壓變換器、隔直電路、低通放大電路和金屬屏蔽外殼；

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；

所述光電二極管和電流-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二極管的軸心對(duì)齊；

所述光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；

所述電流-電壓變換器將光電二極管輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；

所述隔直電路將電流-電壓變換器輸出的電壓信號(hào)中的交流信號(hào)和直流信號(hào)分離；

所述低通放大電路用于對(duì)隔直電路分離出的交流信號(hào)進(jìn)行放大；直流信號(hào)經(jīng)直流輸出端子輸出，放大后的交流信號(hào)經(jīng)交流輸出端子輸出；

所述光電二極管、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(nèi)。

所述光電檢測(cè)器檢測(cè)波長(zhǎng)的范圍為300～1100納米。

所述光電二極管為硅光二極管。

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(cè)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二極管的軸心的位置偏差小于±0.5毫米。

本發(fā)明具有極低的噪聲，良好的測(cè)量靈敏度，能實(shí)現(xiàn)調(diào)幅光信號(hào)中交、直流分量的同步測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1是光電檢測(cè)器的電路原理圖；

圖2是光電檢測(cè)器封裝示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

本發(fā)明是一種低噪聲、能同時(shí)檢測(cè)輸出光信號(hào)中直流分量、交流基頻分量和交流倍頻分量的光電檢測(cè)器，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；光電二極管和電流-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二極管的軸心對(duì)齊；