CN202330527U

CN202330527U - 一种光学电场传感器

Info

Publication number: CN202330527U
Application number: CN2011204709108U
Authority: CN
Inventors: 肖霞; 徐雁; 徐垦
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-11-23

Abstract

一种用于测量电场或高电压的无源光学电场传感器，属于电气测量技术领域。它包括两个光学晶体，其中光学晶体处于被测电场以及温度、振动等干扰场的环境中，另一个光学晶体仅处于相同的温度、振动等干扰场的环境中，偏振光通过两个晶体出射后，温度、振动等干扰场的调制被消除了。通过信号处理电路后，输出与被测电场或高电压成正比的信号，该信号不受温度、振动等干扰因素的影响。本实用新型所述的光学电场传感器可用于测量电场或高电压，尤其是电力工业电场检测、电场监测或母线的高电压，其稳定性好，不易受温度、应力的影响。

Description

一种光学电场传感器

技术领域

本实用新型属于电气测量技术领域，具体涉及一种用于测量电场或电压的无源光学电场传感器，该传感器尤其适合用于测量电力系统的空间强电场或电力母线上的高电压，较一般的光学电场传感器稳定性高，较传统传感器频带宽。

背景技术

电场测量在诸多科学研究和工程技术领域具有重要意义，特别是在电力系统、电磁兼容及微波技术等领域具有广泛应用。例如，在电力工业，电场测量可用于电力系统状态监测、电气设备内外电场分布测量、高电压试验及电晕放电现象研究，电力系统母线高电压的测量等；在电磁兼容领域研究中，电场测量可用于检测电气、电子设备的对外电磁辐射与干扰以及研究环境电场对电子仪器运行的影响；在微波技术中，需要对微波发射与接收设备周围电场进行测量。光学电场传感器基于光学传感原理，由光学玻璃等器件构成，体积小，对被测电场几乎无扰动。

基于线性电光效应原理的光学电场传感器已被用于电场分布以及电力系统母线高电压的测量，但是传感器的稳定性易受环境温度、振动等因素的影响，改善其稳定性的一种典型方案就是采用反射式双光路结构，方案中利用一个光学晶体的线性电光效应来传感被测电场，当由温度、振动等因素引起的干扰双折射远小于由电场产生的双折射时，利用两个光路的输出做运算来处理干扰因素的影响，但根据实测和运行结果，其长期运行的稳定性仍未能有效解决。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种无源光学电场传感器，该传感器在工作温度变化、存在振动等环境因素影响时仍能满足基本准确度指标要求，可在实际运行中长期稳定的工作。

本实用新型提供的一种无源光学电场传感器，其特征在于，它包括入射光纤、光纤准直器、三角形棱镜、入射光起偏器、第一光学晶体、半波片、三角形棱镜、三角形棱镜、第二光学晶体、检偏器、光纤准直器、出射光纤和地电极；

第一光学晶体处于被测电场E中，第二光学晶体处于地电极内，第二光学晶体所处环境的电场强度为零；

入射光通过入射光纤经过光纤准直器入射到三角形棱镜，由三角形棱镜对入射光全内反射改变光的行进方向，再入射起偏器后变成线偏振光，线偏振光入射第一光学晶体；

从第一光学晶体出射的光依次经过半波片、三角形棱镜和三角形棱镜，半波片、三角形棱镜和三角形棱镜改变光的行进方向，同时改变偏振光波的振动方向，再入射到第二光学晶体，从第二光学晶体出射后，再经光纤准直器后由出射光纤出射。

本实用新型的技术效果为：

1.第一光学晶体处在被测电场区内，同时受被测电场以及温度、振动等干扰场的调制；

2.第二光学晶体处于地电位一侧，仅受温度、振动等干扰场的调制；

3.传感器的输出光信号中仅含有被测电场的调制信号，消除了温度、振动等干扰对传感器的影响；

4.传感器的输出只需一个光路，简化了传感器的制作工艺，更利于批量生产。

本实用新型光学传感器传感器采用两个光学晶体，从结构设计上能消除温度、振动等干扰场对稳定性的影响，无需在信号处理中做相关补偿，因此，该光学电场传感器能长期稳定运行，且利于批量生产。

附图说明

图1为本实用新型光学电场传感器的结构示意图；

图2为本实用新型光学电场传感器应用于高压母线电压互感器的具体实现图。

具体实施方式

下面借助实施例更加详细地说明本实用新型，但以下实施例仅是说明性的，本实用新型的保护范围并不受这些实施例的限制。

如图1所示，本实用新型提供的一种无源光学电场传感器包括入射光纤17、光纤准直器15、三角形棱镜9、入射光起偏器3、第一光学晶体1、半波片4、三角形棱镜5、三角形棱镜6、第二光学晶体2、检偏器7、光纤准直器16、出射光纤18和地电极8。

第一光学晶体1处于被测电场E中，第二光学晶体2处于地电极8内，第二光学晶体2所处环境的电场强度为零。

第一光学晶体1和第二光学晶体2之间的光路依次通过半波片4、三角形棱镜5和三角形棱镜6实现光路的转向，同时改变偏振光波的振动方向。

第一光学晶体1同时受被测电场以及温度、振动等干扰场的调制，第二光学晶体2仅受温度、振动等干扰场的调制。光束依次通过第一光学晶体1和第二光学晶体2后，受温度、振动等干扰场的调制相互抵消，在出射的光束中仅有电场的调制部分。

入射光通过入射光纤17经过光纤准直器15入射到三角形棱镜9，由三角形棱镜9对入射光全内反射改变光的行进方向，再入射起偏器3后变成线偏振光，线偏振光入射第一光学晶体1，受外加电场E以及温度、振动等干扰场的调制，产生双折射，第一光学晶体1产生的双折射光学相位延迟为

，其中

为受外加电场E调制产生的相位延迟，Δδ为受温度、振动等干扰场产生的相位延迟。从第一光学晶体1出射的光依次经过半波片4、三角形棱镜5和三角形棱镜6，半波片4、三角形棱镜5和三角形棱镜6改变光的行进方向，同时改变偏振光波的振动方向，再入射第二光学晶体2，第二光学晶体2处在地电位侧，不受外加电场的影响，但是由于与第一光学晶体1处在同一温度、振动等环境中，第二光学晶体2由于温度、振动等环境干扰产生的双折射光束相位延迟为-Δδ，从第二光学晶体2出射后的整个光路的光学相位延迟为第一光学晶体1和第二光学晶体2产生的相位延迟之和，为

。经过检偏器7，从光纤准直器16出射后，光信号中消除了温度、应力等干扰场的项，仅保留了被测电场E调制产生的相位延迟项。

例：如图2所示，当本实用新型所述的光学电场传感器S安装于高压绝缘子12中间时，母线11上的高电压U_X通过高压导电杆10施加到光学电场传感器上，由高压电极11和地电极8形成的电场对光学电场传感器的第一光学晶体1产生光学调制，传感器的输出光信号经过光缆13进入信号处理电路14，即可得到与被测母线高电压U_X成正比的小电压信号。

本实用新型不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本实用新型，因此，凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种无源光学电场传感器，其特征在于，它包括入射光纤(17)、光纤准直器(15)、三角形棱镜(9)、入射光起偏器(3)、第一光学晶体(1)、半波片(5)、三角形棱镜(5)、三角形棱镜(6)、第二光学晶体(2)、检偏器(7)、光纤准直器(16)、出射光纤(18)和地电极(8)；

第一光学晶体(1)处于被测电场E中，第二光学晶体(2)处于地电极(8)内，第二光学晶体(2)所处环境的电场强度为零；

入射光通过入射光纤(17)经过光纤准直器(15)入射到三角形棱镜(9)，由三角形棱镜(9)对入射光全内反射改变光的行进方向，再入射起偏器(3)后变成线偏振光，线偏振光入射第一光学晶体(1)；

从第一光学晶体(1)出射的光依次经过半波片(5)、三角形棱镜(5)和三角形棱镜(6)，半波片(5)、三角形棱镜(5)和三角形棱镜(6)改变光的行进方向，同时改变偏振光波的振动方向，再入射到第二光学晶体(2)，从第二光学晶体(2)出射后，再经光纤准直器(16)后由出射光纤(18)出射。