[發明專利]一種分布式全光電壓測量系統及其測量方法

在審

• 申請號: 201711461703.4
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108196107A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）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（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G08C23/06
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 武君

1.一種分布式全光電壓測量系統，其特征在于：包括寬帶激光光源、光放大器、光環形器、傳輸光纖、電壓傳感系統、分光器、擇光系統、光電轉換系統和末端信號顯示處理系統，所述寬帶激光光源輸出一定波長范圍內的激光，通過光放大器對光源信號進行放大，通過傳輸光纖將光信號送入電壓傳感系統的輸入端，電壓傳感系統輸出多路光信號，所述的多路光信號通過光環行器依次進入分光器、擇光系統和光電轉換系統，通信光信號通道的分離、選擇和光電轉換，在末端信號處理系統中顯示相應有變化傳感器的回送光信號，并對有變化傳感器的外加電壓的位置和數值進行分析和計算。

2.如權利要求1所述的分布式全光電壓測量系統，其特征在于：所述電壓傳感系統包括多個串聯連接的電壓傳感單元，所述電壓傳感單元包括傳感器光柵和壓電陶瓷，傳感器光柵與相應壓電陶瓷直接粘接。

3.如權利要求2所述的分布式全光電壓測量系統，其特征在于：所述傳感器光柵為C波段反射型布拉格光柵；所述壓電陶瓷的兩側鍍有作為電壓輸入端口的銀電極層。

4.如權利要求2所述的分布式全光電壓測量系統，其特征在于：所述擇光系統包括壓電陶瓷和透射光柵或壓電陶瓷和反射光柵；擇光系統中的壓電陶瓷尺寸與電壓傳感系統中的壓電陶瓷相同，擇光系統中透射光柵或反射光柵的中心波長與電壓傳感系統中的傳感器光柵中心波長之差不大于擇光系統或電壓傳感系統光柵中最大帶寬的二分之一。

5.如權利要求4所述的分布式全光電壓測量系統，其特征在于：所述光電轉換系統中的光電探測器將獲得電壓傳感系統輸出的如下光強信號：

上式中，A是光放大器的放大倍數，X是分光系統中所具有的分離出的光路數，k是光經過傳感器光柵反射后其光強的損失比率，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(λ_B)為寬帶激光光源的出射頻譜，F₁(λ)為傳感器光柵的反射率，F₂(λ)為擇光系統中對應反射光柵的反射率或透射光柵的透射率。

6.如權利要求5所述的分布式全光電壓測量系統，其特征在于：所述末端信號顯示處理系統通過下式獲得電場強度：

上式中，ΔU為待測電壓，

M_PD(λ)代表擇光系統中，光電探測器所獲得的光強強度；

I_peak代表光源峰值功率；

λ_B代表傳感光纖光柵的中心波長；

λ₀代表光源輸出中心波長；

R₀代表光纖光柵最大反射率；

λ₁代表參考光纖光柵中心波長；

Δλ₀代表光源輸出譜的半峰值全脈寬；

Δλ₁代表參考光纖光柵的半峰值全脈寬；

Δλ₂代表傳感光纖光柵的半峰值全脈寬；

λ為積分變量，代表波長，在波長從aa到bb的范圍內對光譜信號進行積分，獲得光譜能量值。

7.一種分布式全光電壓測量系統的測量方法，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光放大器的輸入端；

2)經過放大后的光信號從光放大器輸出，通過傳輸光纖和光環行器進入電壓傳感系統；

3)電壓的作用間接使得光纖光柵中心波長發生變化，激光光束在電壓傳感系統中經過在不同中心波長的光柵中反射，輸出光強信號通過傳輸光纖傳送至分光器；

4)光強信號在分光器中進行分離，分別進入擇光系統中的對應不同中心波長光路，擇光系統每路輸出信號單獨進入每路對應的光電探測器；

5)光電轉換系統中的光電探測器將光強信號轉換為電壓信號；

6)末端信號顯示處理系統通過電壓信號判斷是否本路所對應傳感器是否具有待測電壓，若具有待測電壓的施加，通過此電壓信號計算待測電壓強度。