[發(fā)明專利]基于逆壓電效應(yīng)和光纖光柵的全光路電壓測量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710062744.X
• 申請(qǐng)日: 2017-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN106841748B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊慶;何彥霄;孫尚鵬;司馬文霞;袁濤;楊鳴;孫魄韜;韓睿;羅曼丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R19/00
• 分類號(hào): G01R19/00
• 代理公司: 北京匯澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 武君

1.基于逆壓電效應(yīng)和光纖光柵的全光路電壓測量系統(tǒng)，其特征在于：包括寬帶激光光源、電壓傳感器參考單元、電壓傳感器傳感單元、傳輸光纖、光電探測器和末端信號(hào)顯示處理系統(tǒng)；

所述寬帶激光光源輸出激光，所述激光通過傳輸光纖將光信號(hào)送入電壓傳感器參考單元的輸入端；所述電壓傳感器參考單元的輸出端與電壓傳感器傳感單元連接；所述電壓傳感器傳感單元上設(shè)置有外加電壓；所述電壓傳感器傳感單元輸出攜帶待測電壓信號(hào)信息的光強(qiáng)信號(hào)；所述光強(qiáng)信號(hào)輸入到光電探測器中；所述光電探測器將輸出的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)通過末端信號(hào)顯示處理系統(tǒng)生成所測外加電壓數(shù)值；

所述電壓傳感器參考單元包括第一光環(huán)形器、第一光柵和第一壓電陶瓷；所述電壓傳感器傳感單元包括第二光環(huán)形器、第二光柵和第二壓電陶瓷；

所述第一光柵設(shè)置于第一壓電陶瓷上；所述第一光環(huán)形器的一端通過光纖與寬帶激光光源的輸出端連接；所述第一光環(huán)形器的另一端與第一光柵連接；

所述第二光柵設(shè)置于第二壓電陶瓷上；所述第二光環(huán)形器的一端與所述第一光環(huán)形器的一端連接；所述第二光環(huán)形器的另一端與第二光柵連接；

所述第二光環(huán)形器的光輸出端與光電探測器的光輸入端連接；所述第二壓電陶瓷上施加待測電壓值；

所述第二光環(huán)形器與光電探測器連接；

所述光電探測器得到電壓傳感器傳感單元輸出的光強(qiáng)信號(hào)，所述光強(qiáng)信號(hào)公式如下：

式中，k是光經(jīng)過光柵反射后其光強(qiáng)的損失比率，積分范圍下限aa和上限bb由寬帶光源所入射的激光波長范圍確定，S(λB)為寬帶光源的出射頻譜，F(xiàn)1(λ)為第一光柵的反射率，F(xiàn)2(λ)為第二光柵的反射率。

2.如權(quán)利要求1所述的基于逆壓電效應(yīng)和光纖光柵的全光路電壓測量系統(tǒng)，其特征在于：所述第一光柵或第二光柵為反射型布拉格光柵。

3.如權(quán)利要求1所述的基于逆壓電效應(yīng)和光纖光柵的全光路電壓測量系統(tǒng)，其特征在于：所述第一壓電陶瓷的兩側(cè)鍍有作為電壓輸入端口的銀電極層；第二壓電陶瓷的兩側(cè)鍍有作為電壓輸入端口的銀電極層。

4.如權(quán)利要求1所述的基于逆壓電效應(yīng)和光纖光柵的全光路電壓測量系統(tǒng)，其特征在于：所述末端信號(hào)顯示處理系統(tǒng)按照以下公式獲得電場強(qiáng)度：

式中，M_PD表示傳感器輸出光強(qiáng)；I_peak表示寬帶激光光源的峰值功率；λ_B表示寬帶激光光源的波長；λ₀表示寬帶光源的中心波長；R₀表示光纖光柵的最大反射率；Δλ₀表示第二光纖光柵GB的半峰值全脈寬；Δλ₁表示第一光纖光柵GA的半峰值全脈寬(FWHM)；Δλ₂表示第二光纖光柵GB的半峰值全脈寬；λ₁表示第一光纖光柵GA的中心波長；ΔU為待測電壓。

5.基于逆壓電效應(yīng)和光纖光柵的全光路電壓測量方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)寬帶激光光源輸出激光，通過傳輸光纖輸送至電壓傳感器的輸入端；

2)激光光束在電壓傳感器中經(jīng)過兩次反射，輸出攜帶待測電壓信號(hào)信息的光強(qiáng)信號(hào)通過傳輸光纖傳送至光電探測器；

3)所述光電探測器將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；

4)末端信號(hào)顯示處理系統(tǒng)通過電壓信號(hào)獲得待測電壓強(qiáng)度；

所述步驟3)中，所述光電探測器將獲得傳感器輸出的如下光強(qiáng)信號(hào)：

式中，k是光經(jīng)過光柵反射后其光強(qiáng)的損失比率，積分范圍下限aa和上限bb由寬帶光源所入射的激光波長范圍確定，S(λB)為寬帶光源的出射頻譜，F(xiàn)1(λ)為光柵GA的反射率，F(xiàn)2(λ)為光柵GB的反射率。

6.如權(quán)利要求5所述的基于逆壓電效應(yīng)和光纖光柵的全光路電壓測量方法，其特征在于：所述步驟4)中，末端信號(hào)顯示處理系統(tǒng)通過下式獲得電場強(qiáng)度：

式中，M_PD表示傳感器輸出光強(qiáng)；I_peak表示寬帶激光光源的峰值功率；λ_B表示寬帶激光光源的波長；λ₀表示寬帶光源的中心波長；R₀表示光纖光柵的最大反射率；Δλ₀表示第二光纖光柵GB的半峰值全脈寬；Δλ₁表示第一光纖光柵GA的半峰值全脈寬(FWHM)；Δλ₂表示第二光纖光柵GB的半峰值全脈寬；λ₁表示第一光纖光柵GA的中心波長；ΔU為待測電壓。