[發明專利]一種高精度諧振式光學電壓傳感及檢測方法

有效

• 申請號: 201710029560.3
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106771549B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 李慧;鄧煒;劉黎映;馮麗爽;張春熹
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R19/32
• 分類號: G01R19/32
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

本發明公開了一種高精度諧振式光學電壓傳感及檢測方法，屬于光學電壓傳感技術領域。所述的光學電壓傳感器，包括通過保偏光纖依次連接的窄線寬激光光源、Y波導、BGO晶體、雙探測器和信號檢測電路；且在BGO晶體前后通光面鍍膜構成高清晰度諧振腔，使得光在諧振腔內的多次傳輸增大Pockels效應；光學電壓傳感器的檢測方法通過雙路追蹤的諧振式光路，同步檢測兩束光的諧振頻差，使得同一時刻兩束光所處溫度變化引起的干擾一致，使得兩束光傳播過程中的干擾量相互抵消，而增大的Pockels效應保留。本發明提高了光學電壓傳感器的測量精度、溫度穩定性及環境適應能力，解決了電壓傳感器高精度與小型化的矛盾，減少了光路器件，結構簡單可靠。

技術領域

本發明屬于光學電壓傳感器技術領域，涉及一種高精度諧振式光學電壓傳感及檢測方法。

背景技術

隨著電力系統向著高電壓、大電容和數字化等方向發展，電力系統對電力測量系統提出了更高的性能要求。作為電壓測量設備，傳統的電壓傳感器因其固有的缺陷越來越不適應電力系統的發展，促進了光學電壓傳感器的出現和發展。

光學電壓傳感器是以光信號的變化傳感待測電壓信息的電壓測量設備，光學電壓傳感器以其體積小、絕緣性好、安全可靠等一系列優點獲得了廣泛研究和飛速發展。

光學電壓傳感器作為高電壓測量設備，工作環境難免惡劣，因而需要較強的抗干擾能力和環境適應能力。可靠、穩定是對電力測量系統的基本要求，作為高電壓測量重要設備的光學電壓傳感器理應具備較高的運行穩定性。所以，對于從機理上抵消溫度誤差并實現小型化的光學電壓傳感器，對提高測量精度、運行穩定性、抗干擾能力及環境適應能力至關重要，是實現高精度光學電壓傳感器實用化的關鍵。

傳統的基于Pockels效應的光學電壓傳感器通常采用較長的鍺酸鉍(Bi₄Ge₃O₁₂，BGO)晶體，以保證其所敏感的Pockels相差足夠大，但是晶體長度越大，傳感器小型化越困難；同時，BGO晶體作為敏感器件，其測量精度受到晶體溫度穩定性影響，即使在某些改進型結構中，其改進效果也有限，并且在改進結構中增加了光學器件也就引入新的誤差因素，并沒有完全消除溫度引起的誤差。

可見，現有的基于Pockels效應的電壓傳感器由于受到晶體長度的制約，難以同時兼顧測試系統的高精度和小型化。同時，傳感器受溫度影響造成的誤差，導致電壓測量性能的一致穩定性難以保證。

發明內容

本發明為了提高光學電壓傳感器的測量精度，解決高精度與小型化之間的矛盾，通過檢測兩路等能量線偏振光的諧振頻差抵消了溫度變化對電壓測量結果的影響，提出了一種高精度諧振式光學電壓傳感以及檢測方法。

所述的高精度諧振式光學電壓傳感器，包括：窄線寬激光光源、Y波導、BGO晶體、雙探測器和信號檢測電路。

窄線寬激光光源、Y波導、BGO晶體和雙探測器通過保偏光纖依次連接，雙探測器再連接信號檢測電路；選用帶有自聚焦透鏡的準直器對入射和出射BGO晶體的光進行準直，準直器共有4個，其中2個熔接在BGO晶體與Y波導之間的保偏光纖尾部，另外2個熔接在BGO晶體與雙路探測器之間的保偏光纖頭部，且4個準直器均與BGO晶體連接。

光在高精度諧振式光學電壓傳感器中的傳遞過程為：由窄線寬激光光源發出的光經Y波導完成起偏和分束，成為兩束沿y方向振動的等能量線偏振光E_U和E_T；兩束線偏振光E_U和E_T沿保偏光纖分別經準直器傳播進入BGO晶體，經BGO晶體諧振腔透射后，轉換成兩束干涉光，再經過準直器進入雙探測器，雙探測器將兩束干涉光的光強信號轉換為電信號，再送入信號檢測電路，通過檢測兩路線偏振光的諧振頻差，抵消了溫度變化對電壓測量結果的影響。