[發(fā)明專利]一種縱向調(diào)制互易型光學(xué)電壓傳感器

在審

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• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103777056A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張朝陽;雷林緒;溫海燕;李傳生;孫海江
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R15/24;G02F1/035;G02F1/095
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種光學(xué)電壓傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種縱向調(diào)制互易型光學(xué)電壓傳感器。

背景技術(shù)

光學(xué)電壓互感器是一種利用光信號感應(yīng)電壓并經(jīng)過信號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。其中電壓傳感單元是實(shí)現(xiàn)光電感應(yīng)的關(guān)鍵部分。基于普克爾(Pockels)效應(yīng)的光學(xué)電壓互感器主要包括橫向調(diào)制和縱向調(diào)制兩種運(yùn)用形式。橫向調(diào)制的結(jié)構(gòu)雖然較為簡單，但是存在著自然雙折射的作用，且易受外電場及極間電場分布不均勻的影響。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種用于提高測量穩(wěn)定性和精確度的基于普克爾效應(yīng)的雙晶體光學(xué)電壓傳感單元。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種縱向調(diào)制互易型光學(xué)電壓傳感器，包括通過保偏光纖連接的傳感單元和光路單元，所述光路單元包括依次連接的光源、環(huán)形器、Y波導(dǎo)調(diào)制器和偏振光分束器，所述環(huán)形器還通過光電探測器與數(shù)字信號處理器連接，其中：

所述傳感單元包括45°法拉第旋光器、金屬電極和電光晶體，所述45°法拉第旋光器的一端通過保偏光纖與光路單元的偏振光分束器連接，其另一端與電光晶體的一個(gè)通光面連接，該通光面上先鍍有一透明導(dǎo)電膜、再粘貼一金屬電極，該金屬電極上設(shè)有供光束通過的光孔；所述電光晶體的另一通光面上先鍍有一反射膜、再粘貼一金屬電極。

進(jìn)一步地，所述電光晶體的通光方向與傳感單元的通電場方向相平行。

進(jìn)一步地，所述電光晶體為鍺酸鉍晶體沿感應(yīng)主軸方向進(jìn)行定向切割而成的圓柱體結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述光源發(fā)出的光經(jīng)過環(huán)形器后進(jìn)入Y波導(dǎo)調(diào)制器，分成兩束偏振光，其中一束旋轉(zhuǎn)90°后與另一束一同進(jìn)入偏振光分束器沿著保偏光纖的兩個(gè)傳輸模式傳輸；所述偏振光分束器將兩束偏振光調(diào)整成正交線偏振光后通過保偏光纖傳至傳感單元的45°法拉第旋光器，正交線偏振光經(jīng)過45°法拉第旋光器后偏振方向旋轉(zhuǎn)了45°，然后通過金屬電極上的通光孔和透明導(dǎo)電膜進(jìn)入電光晶體，沿著電光晶體的兩個(gè)感應(yīng)主軸方向傳播，被反射膜反射后再次經(jīng)過電光晶體、透明導(dǎo)電膜和金屬電極上的通光孔后傳至45°法拉第旋光器，正交線偏振光的偏振方向再次旋轉(zhuǎn)45°，實(shí)現(xiàn)了正交線偏振光的模式互換，并且攜帶有總相位差的正交線偏振光沿原光路返回，在Y波導(dǎo)調(diào)制器中發(fā)生干涉后，經(jīng)過環(huán)形器進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并由數(shù)字信號處理器進(jìn)行信號處理后輸出。

進(jìn)一步地，所述傳感單元在電場的作用下，使正交線偏振光通過電光晶體后產(chǎn)生相位差φ，該正交線偏振光經(jīng)反射膜反射再次通過電光晶體后再次產(chǎn)生相位差φ，累計(jì)產(chǎn)生總相位差為2φ，所述相位差φ通過下式求得：

其中，λ是入射光波長，n₀是電光晶體的折射率，γ₄₁是電光晶體的電光系數(shù)，U是加在電光晶體上的電壓。

進(jìn)一步地，所述信號處理單元包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和中央處理器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明的光學(xué)電壓傳感器采用縱向調(diào)制結(jié)構(gòu)，即電光晶體的通光方向與傳感單元的通電場方向相平行，這種結(jié)構(gòu)避免了電光晶體自然雙折射對相位差所產(chǎn)生的影響，且不受外電場和極間電場不均勻的影響，提高了測量的精確度。

2、本發(fā)明的光學(xué)電壓傳感器利用法拉第旋光器實(shí)現(xiàn)了兩束正交線偏振光的模式互換，形成互易型反射式光路，提高了光路的抗干擾能力。

3、本發(fā)明的光學(xué)電壓傳感器所用光學(xué)元件體積小重量輕，整體結(jié)構(gòu)簡單，且不受電磁干擾，對被測電場擾動(dòng)小。

4、本發(fā)明的傳感單元由絕緣材料構(gòu)成，絕緣性能好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明縱向調(diào)制互易型光學(xué)電壓傳感器中傳感單元實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明縱向調(diào)制互易型光學(xué)電壓傳感器中光路單元實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-保偏光纖，2-45°法拉第旋光器，3-金屬電極，4-電光晶體(下稱BGO晶體)，5-透明導(dǎo)電膜，6-通光孔，7-反射鏡，8-光源，9-環(huán)形器，10-Y波導(dǎo)調(diào)制器，11-偏振光分束器(下稱PBS)，12-光電探測器，13-信號處理單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的縱向調(diào)制互易型光學(xué)電壓傳感器作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

本例的縱向調(diào)制互易型光學(xué)電壓傳感器包括傳感單元和光路單元，二者之間通過保偏光纖1連接。