[發明專利]一種反射式光纖電場傳感器的探頭及其裝調方法

有效

• 申請號: 201910364717.7
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110161295B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 楊青;林飛宏;周吉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 馬士林

本發明公開了一種反射式光纖電場傳感器的探頭及其裝調方法，屬于電磁場測量領域，反射式光纖電場傳感器包括激光器、保偏光纖、三端口環形器和光電探測器，保偏光纖從三端口環形器的第一端口接入，光電探測器設于三端口環形器的第三端口；探頭包括：固定裝置，具有凹槽結構，凹槽結構內固定有依次布置的偏振片、鈮酸鋰晶體、1/8波片和反射片；和石英套管，其一端插設有準直透鏡，另一端套封有石英圓柱體，固定裝置固定在石英套管中部，準直透鏡連接三端口環形器的第二端口。解決反射式光纖電場傳感器中探頭結構的裝調問題，降低各元件本身缺陷產生的不利影響，實現各元件相對位置最優化，提高測量靈敏度和穩定性。

技術領域

本發明涉及電磁場測量領域，具體地說，涉及一種反射式光纖電場傳感器的探頭及其裝調方法。

背景技術

隨著電力系統輸電容量的不斷增大，傳輸電壓等級的不斷提高，遠距離輸電不斷增多，因此對工作電壓的測量精度要求也越來越高。目前已有的電壓傳感器包括電磁式電壓傳感器、電容式電壓傳感器和光學電壓傳感器。目前使用最廣泛、技術相對成熟的是前兩種，但由于體積過大，絕緣性復雜等原因，不能滿足日益增長的電壓測量要求。光學電壓傳感器由于其絕緣性好，封裝體積小等因素，越來越受到各國科研工作者的青睞。

電場測量包括電流、電壓等多種物理量的測量，用于測量電壓的光纖電場傳感器叫光纖電壓傳感器。目前大多數用于測量電場的光纖電壓傳感器都是基于線性電光效應的透射式結構，包括偏振片、電光晶體和四分之一波片。一種傳統的透射式光纖電場傳感器結構如圖1所示。

公布號為CN106093599A的中國專利文獻公開了一種光學探頭與電磁場測量設備及它們的測量方法，探頭按照準直器、起偏器、石英波片、電光晶體以及高反射率介質片的順序依次組裝在石英玻璃管中，入射光纖接到準直器并固定在玻璃管管壁上。這種反射式光學探頭具有體積小、集成度高、對被測電磁場干擾小等優點，但目前仍然存在一大問題，便是穩定性較差，要如何提高穩定性，可以從特殊的裝調方法入手。

透射式光纖電場傳感器探頭結構入射需要接光源，出射需要接光電探測器和數據采集設備，兩頭都要接設備導致靈活性降低，不利于探測狹小空間的電場。相比于透射式，反射式探頭所需光學元件更少，集成度更高，且因采用反射結構，相同長度的電光晶體能實現兩倍的有效長度，靈敏度更高。但如何調節各光學元件之間的相對角度和位置關系以實現最優性能仍然需要探索。

影響光纖電場傳感器測量穩定性的一個因素是電光晶體存在自然雙折射和熱電效應，這兩種效應都具有溫度依賴性。當光束沿晶體光軸精確對準，則不會產生自然雙折射，熱電效應也能大大降低。但如何保證晶體光軸與光束方向精確對準則是一個難題。微小的失誤便會導致傳感器的溫度不穩定。

影響光纖電場傳感器測量穩定性的另一個因素是波片。光纖電壓傳感器在對大信號進行強度調制時，通過貝塞爾函數分析可以發現光強調制波會出現失真，除線性項外還會產生大量諧波分量，這和起偏置作用的波片相位有關。因此波片的質量和位置角度對光纖電場傳感器探頭測量精度影響較大。

發明內容

本發明的目的為提供一種反射式光纖電場傳感器的探頭及其裝調方法，解決反射式光纖電場傳感器中探頭結構的裝調問題，降低各元件本身缺陷產生的不利影響，實現各元件相對位置最優化，提高測量靈敏度和穩定性。

為了實現上述目的，一方面，本發明提供的反射式光纖電場傳感器的探頭，其中，反射式光纖電場傳感器包括激光器、保偏光纖、三端口環形器和光電探測器，保偏光纖從三端口環形器的第一端口接入，光電探測器設于三端口環形器的第三端口；探頭包括：

固定裝置，具有凹槽結構，凹槽結構內固定有依次布置的偏振片、鈮酸鋰晶體、1/8波片和反射片；

石英套管，其一端插設有準直透鏡，另一端套封有石英圓柱體，固定裝置固定在石英套管中部，準直透鏡連接三端口環形器的第二端口。