CN103605006A - 一种天线长度可调的光电电场传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天线长度可调的光电电场传感器，属于电场测量技术领域。本电场传感器包括铌酸锂基片、光波导、硅基片、调制电极、接触电极、天线等部件。铌酸锂基片粘接在盒体底部，硅基片粘接在铌酸锂基片的两侧，光波导附着在铌酸锂基片的表面，调制电极附着在铌酸锂基片表面光波导的两侧，接触电极附着在铌酸锂基片表面两个调制电极的两侧，连接电极附着在硅基片的表面，天线的一端通过天线固定套管固定在盒体上，天线的另一端伸出盒体。本电场传感器将探测天线与传感器本体相分离，提高了电场测量的灵敏度和动态范围；探测天线位于传感器盒体之外，可实现潮湿环境下电场的准确测量。

Description

一种天线长度可调的光电电场传感器
技术领域
本发明涉及一种天线长度可调的光电电场传感器，属于电场测量技术领域。
背景技术
随着输电电压等级的不断增高，光电电场传感器由于具有电磁兼容性强、对源场干扰小等优点，逐渐成为强电场测量的理想工具，在长空气间隙放电研究、绝缘子故障检测研究和电磁环境研究等方面发挥着日益重要的作用。
近年来，随着集成光学的发展，国内外学者对光电电场传感器进行了大量的研究，研发了区别于分立器件光电电场传感器的集成光电电场传感器。
已有基于集成共路干涉仪电场传感器的电场测量系统的最小可测场强约为1000V/m。电力系统电场测量领域的幅值通常为1V/m～105V/m，该类型传感器的灵敏度过低，限制了其在电力系统中的应用。
为了提高光电电场传感器的灵敏度，可以外加探测天线，通过加长探测天线长度提高传感器灵敏度；外加探测天线长度决定了管壳的大小，为了保证较小的体积，探测天线长度不能过长，这是一对矛盾；申请人曾经提出了名称为：“一种基于公路干涉的集成电场传感器”、申请号为：201210348311.8的专利申请，公开了一种探测单元与调制单元分离固定于管壳内的集成电场传感器，其结构如图1所示。此电场传感器采用长度较为折中探测天线长度，可以将传感器的灵敏度提高到10V/m。
此类型天线长度固定的电场传感器的灵敏度仍然不能满足电力系统1V/m量级的电场测量要求；此外，对于天线长度固定的电场传感器，光电电场传感器的电场测量范围一般为30dB，对于灵敏度为10V/m的电场传感器，其电场测量范围为10V/m～104V/m。为了覆盖1V/m～105V/m，至少需要两支天线长度不同的电场传感器，这将使电场测量的成本增加近一倍。
发明内容
本发明的目的为提出一种天线长度可调的光电电场传感器，改变已有传感器的结构，分离探测天线与调制电极，实现天线的可拆卸和长度可调节，在不增加传感器本体尺寸的基础上，将传感器的测量范围扩展到1V/m～105V/m，使其满足电力系统范围内的电场测量。
本发明提出的天线长度可调的光电电场传感器，包括盒体、盒盖、铌酸锂基片、光波导、两个硅基片、两个调制电极、两个接触电极、两个连接电极和两个天线；所述的铌酸锂基片粘接在盒体底部的中央，两个硅基片粘接在铌酸锂基片的两侧，所述的光波导通过金属扩散方法附着在铌酸锂基片的表面，所述的两个调制电极通过光刻方法对称附着在铌酸锂基片表面光波导的两侧；所述的两个接触电极通过光刻方法对称附着在铌酸锂基片表面两个调制电极的两侧，两个调制电极分别通过连接导线与接触电极相连接；所述的两个连接电极分别通过光刻方法附着在两个硅基片的表面，两个连接电极分别通过金丝球焊与两个接触电极实现电气连接；所述的两个天线的一端分别固定在两个天线固定套管上，两个天线的另一端分别伸出盒体，两个天线固定套管分别通过螺纹和环氧树脂胶固定在两个连接电极两侧的盒体上，两个连接电极和两个天线固定套管分别通过导电铜丝实现电气连接；所述的盒盖盖在盒体上。
本发明提出的天线长度可调式光电电场传感器，具有以下优点：
1、本发明的电场传感器，将探测天线与传感器本体相分离，根据电场测量实际应用中对灵敏度的要求，选用尺寸合适的天线与传感器本体连接，快速简便地组装成具有不同灵敏度和量程范围的电场传感器，保证传感器尺寸较小的基础上，显著提高了电场测量的灵敏度和动态范围，可实现对1V/m～105V/m电场的准确测量。
2、本发明的电传传感器，探测天线位于传感器盒体之外，潮湿环境下在盒体表面形成的水膜不再屏蔽内部的调制电场，可实现对相对湿度小于90%的潮湿环境下电场的准确测量。
附图说明
图1是已有带探测天线的光电电场传感器结构示意图。
图2是本发明提出的天线长度可调式光电电场传感器结构示意图。
图3是图2的A-A剖视图。
图1-图3中，1是铌酸锂（LiNbO3）基片，2是光波导，3是调制电极，4是接触电极，5是连接电极，6是连接导线，7是天线，8是硅基片，9是金属焊点，10是导电铜丝，11是盒体，12是天线固定套管，13是盒盖。
具体实施方式
本发明提出的天线长度可调的光电电场传感器，其结构如图2和图3所示，包括盒体11、盒盖13、铌酸锂基片1、光波导2、两个硅基片8、两个调制电极3、两个接触电极4、两个连接电极5和两个天线7。铌酸锂基片1粘接在盒体11底部的中央，两个硅基片8粘接在铌酸锂基片1的两侧，光波导2通过金属扩散方法附着在铌酸锂基片1的表面。两个调制电极3通过光刻方法对称附着在铌酸锂基片1表面光波导2的两侧。两个接触电极5通过光刻方法对称附着在铌酸锂基片1表面两个调制电极3的两侧，两个调制电极分别通过连接导线6与接触电极4相连接。两个连接电极5分别通过光刻方法附着在两个硅基片8的表面，两个连接电极5分别通过金丝球焊9与两个接触电极4实现电气连接。两个天线7的一端分别固定在两个天线固定套管12上，两个天线7的另一端分别伸出盒体，两个天线固定套管12分别通过螺纹和环氧树脂胶固定在两个连接电极5两侧的盒体上，两个连接电极5和两个天线固定套管12分别通过导电铜丝10实现电气连接。盒盖13盖在盒体11上。
本发明提出的天线长度可调式光电电场传感器的一个实施例中，（加入），盒体的长宽高分别为50mm，15mm和8mm；铌酸锂基片的长宽高分别为20mm、5.6mm和1mm；调制电极的长度为3mm-5mm，宽度为15μm-30μm，两个调制电极之间的间距为15μm-30μm。硅基片的长度为1mm，宽度为2cm，厚度为1mm，连接电极的厚度为15μm-30μm。天线固定套管通过螺纹和环氧树脂胶固定与管壳上，天线固定套管材料为不锈钢，外环直径为5.5mm，内环直径为4mm，天线预留槽螺纹宽度为1mm，深度为3.5mm，导电铜丝预留槽宽度为0.4mm，深度为1.3mm。导电铜丝直径为0.3mm，长度为2.5mm。盒体壁厚度为2mm，材料为玻璃钢。
本发明电场传感器中的天线为可拆卸式天线，天线可通过螺纹固定于盒体体的天线固定套管的天线预留槽中。天线有不同长度的5对，直径都为1mm，长度分别为8cm、16cm、32cm、64cm、和72cm（不含螺纹段），螺纹长度为3mm，材料为不锈钢，测量过程中，可以根据不同的测量灵敏度要求，选择不同长度的天线。

Claims (1)

1.一种天线长度可调的光电电场传感器，其特征在于该光电电场传感器包括盒体、盒盖、铌酸锂基片、光波导、两个硅基片、两个调制电极、两个接触电极、两个连接电极和两个天线；所述的铌酸锂基片粘接在盒体底部的中央，两个硅基片粘接在铌酸锂基片的两侧，所述的光波导通过金属扩散方法附着在铌酸锂基片的表面，所述的两个调制电极通过光刻方法对称附着在铌酸锂基片表面光波导的两侧；所述的两个接触电极通过光刻方法对称附着在铌酸锂基片表面两个调制电极的两侧，两个调制电极分别通过连接导线与接触电极相连接；所述的两个连接电极分别通过光刻方法附着在两个硅基片的表面，两个连接电极分别通过金丝球焊与两个接触电极实现电气连接；所述的两个天线的一端分别固定在两个天线固定套管上，两个天线的另一端分别伸出盒体，两个天线固定套管分别通过螺纹和环氧树脂胶固定在两个连接电极两侧的盒体上，两个连接电极和两个天线固定套管分别通过导电铜丝实现电气连接；所述的盒盖盖在盒体上。
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