[發明專利]一種基于組合半波片實現的光學電壓互感器

在審

• 申請號: 201810766920.2
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108957089A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 徐啟峰;黃奕釩;謝楠
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R15/18
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種基于組合半波片實現的光學電壓互感器，具體為一種基于組合半波片實現電光相位延遲角線性解調的光學電壓互感器。由組合半波片、凸透鏡、法布里珀羅干涉儀組成檢偏系統，實現對電光相位延遲角的線性測量，測量模式與光功率無關；線偏振光進入組合半波片后，形成分段旋轉線偏振光，經過法布里珀羅干涉儀后，抑制高階模式并形成連續旋轉線偏振光；旋轉線偏振光可以看作是徑向偏振光和切向偏振光的疊加，經過起偏器后形成帶有暗紋的光斑；光斑的暗紋方向與線偏振光的偏振面垂直；通過CCD圖像傳感器檢測暗紋的旋轉角度，可實現電光相位延遲角的線性測量。

技術領域

本發明屬于電力系統電壓測量技術領域，具體涉及一種基于組合半波片實現對電光相位延遲角線性測量的光學電壓互感器。

背景技術

目前，光學電壓互感器的基本原理主要有Pockels效應、Kerr效應、逆壓電效應和集成光學型等，其中以基于Pockels效應的光學電壓互感器最為常見。Pockels效應是指電光晶體在外加電場的作用下，晶體的折射率隨電場發生線性變化，使得沿某一方向通過電光晶體的線偏振光產生電光相位延遲，延遲量與外加電場成正比，因而可以通過測量電光相位延遲得到待測電壓。通常認為現有的技術還不能直接測量電光相位延遲，因此借助于偏光干涉檢測模式，將相位延遲轉換為光強變化，通過檢測光強的大小間接測量電壓。這一測量模式存在以下問題：1）測量范圍小。僅能近似線性地測量有限的電光相位延遲，限制了互感器的測量范圍；2)光功率相關性。測量準確度易受光功率波動的影響，降低互感器可靠性和長期運行的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于組合半波片實現的光學電壓互感器，可對電光相位延遲角線性地測量，測量范圍不受晶體半波電壓的限制，測量結果與光功率無關。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于組合半波片實現的光學電壓互感器，包括由組合半波片、凸透鏡、法布里珀羅干涉儀、檢偏器構成的徑向檢偏系統；線偏振光進入組合半波片后，形成分段旋轉線偏振光，經過法布里珀羅干涉儀后，抑制高階模式并形成連續旋轉線偏振光；旋轉線偏振光看作是徑向偏振光和切向偏振光的疊加，經過檢偏器后形成帶有暗紋的光斑；光斑的暗紋方向與線偏振光的偏振面垂直；通過CCD圖像傳感器檢測暗紋的旋轉角度，即可實現電光相位延遲角的線性測量。

在本發明一實施例中，所述組合半波片由四片扇形半波片拼合而成，每個半波片為一個象限。

在本發明一實施例中，相鄰半波片的快軸方向相差45度。

在本發明一實施例中，所述法布里珀羅干涉儀由兩個球面凹面鏡組成，形成共焦球面腔，球面凹面鏡之間距離為焦距。

在本發明一實施例中，所述球面凹面鏡的直徑為25.4mm，焦距為7.5mm。

在本發明一實施例中，還包括光源、起偏器、電光晶體、四分之一波片、擴束鏡、凸透鏡；光源經過起偏器形成線偏振光，進入電光晶體與四分之一波片，電光效應使得線偏振光的偏振面發生旋轉，且旋轉角度正比于待測電場的大小；擴束鏡將出射的線偏振光放大，經組合半波片線偏振光轉換為分段的徑向偏振光，經凸透鏡聚焦后進入法布里珀羅干涉儀，轉換為連續的徑向偏振光；經過檢偏器后，形成有暗紋的光斑，暗紋的方向與線偏光的偏振方向垂直；通過CCD圖像傳感器檢測暗紋的旋轉角度，即可得到線偏光的偏振面旋轉角度，求得待測電場。

在本發明一實施例中，所述擴束鏡內的針孔為空間濾波器。

相較于現有技術，本發明具有以下有益效果：本發明的一種基于組合半波片實現的光學電壓互感器，可對電光相位延遲角線性地測量，測量范圍不受晶體半波電壓的限制，測量結果與光功率無關。

附圖說明

圖1為本發明的原理圖。

圖2為本發明組合半波片的示意圖。

圖3為出射光斑的示意圖。