CN203164255U

CN203164255U - 一种基于普克尔效应的光学电压传感器

Info

Publication number: CN203164255U
Application number: CN 201320078314
Authority: CN
Inventors: 张朝阳; 荆平; 雷林绪; 温海燕; 陈硕; 孙海江; 侯继彪; 叶志奇
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Smart Grid Research Institute of SGCC
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Smart Grid Research Institute of SGCC
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2023-02-20

Abstract

本实用新型提出了一种基于普克尔效应的光学电压传感器，包括用于形成稳定电场的屏蔽绝缘装置；位于屏蔽绝缘装置内部的传感单元；和用于实现正交线偏振光的模式互换的法拉第准直旋光器，其位于屏蔽绝缘装置外部且两端分别连接有保偏光纤，两束正交线偏振光通过一端的保偏光纤传输至法拉第准直旋光器内，再从另一端的保偏光纤传输至传感单元。该光学电压传感器利用法拉第准直旋光器实现了两束正交偏振光的模式互换；由于法拉第准直旋光器位于屏蔽绝缘装置外部，避免了绝缘屏闭装置中的稳定电场对法拉第准直旋光器中磁环的影响，提高了两束正交线偏振光模式互换的准确性、感应灵敏度和光路的抗干扰能力，具有无分压，结构简单等优点。

Description

一种基于普克尔效应的光学电压传感器

技术领域

本实用新型属于光学电压传感器领域，具体涉及一种基于普克尔(Pockels)效应的准互易反射式光学电压传感器。

背景技术

目前基于电光晶体普克尔(Pockels)效应的光学电压传感器大都是在晶体上或晶体周围制作金属电极，实现将电压加在晶体上的目的，然而电极的结构例如其尺寸、间隔、平行度等会影响电极间电场的分布，进而影响电光晶体对电场的感应；此外，实际使用过程中，晶体仍然会受到来自外界电场的干扰，将对测量结果造成一定的影响；有时需要设计分压结构使得整体结构较为复杂。

申请号为201110329318.0的中国实用新型专利申请公开了一种全光学高压电压互感器，其包括位于高压侧的传感单元和位于低压侧的光电单元，所述传感单元和光电单元通过保偏光纤相连接，其中，传感单元包括高压感应装置、屏蔽绝缘装置和传感头，高压感应装置从高压线感应高压电势并在屏蔽绝缘装置中形成稳定电场，传感头置于该电场中；光电单元包括置于二次机箱中的光路部分和电路部分。该电压互感器中虽然同样可以实现两束正交线偏振光的模式互换，且只携带了由电光晶体的电光效应带来的相位差。但由于传感头置于稳定电场中，对传感头中法拉第准直旋光器的磁环带来影响，因此会影响了模式互换的准确性。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的在于提出一种响应灵敏度高、抗干扰能力强、结构简单的基于普克尔效应的光学电压互感器。

本实用新型的光学电压互感器是通过如下技术方案实现的：

一种基于普克尔效应的光学电压传感器，其包括：

屏蔽绝缘装置，用于形成稳定电场；

传感单元，位于屏蔽绝缘装置内部；和

法拉第准直旋光器，用于实现正交线偏振光的模式互换，其位于屏蔽绝缘装置外部且两端分别连接有保偏光纤，两束正交线偏振光通过一端的保偏光纤传输至法拉第准直旋光器内，再从另一端的保偏光纤传输至传感单元。

进一步地，所述屏蔽绝缘装置包括封闭腔体和金属杆，所述封闭腔体包括上端开口的筒形金属外壳和绝缘上盖，所述金属杆的下端穿过绝缘上盖位于封闭腔体中，所述金属杆的下部安装有用于固定传感单元的固定槽；所述金属外壳接地，所述金属杆接电压，在腔体内形成稳定电场。

进一步地，所述传感单元包括准直透镜和电光晶体，所述电光晶体的光入射面上镀有增透膜、与光入射面相对的另一面上镀有反射膜，所述准直透镜的一面与电光晶体镀有增透膜的一面相固接、准直透镜的另一面通过保偏光纤与法拉第准直旋光器相连接，所述电光晶体的上、下端面分别安装有电极。

进一步地，所述准直透镜和电光晶体封装于密闭外壳中，所述外壳上开设有供保偏光纤穿过的开孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、该光学电压传感器具有无分压，结构简单等优点，并且利用法拉第准直旋光器实现了两束正交偏振光的模式互换，形成准互易性反射式光路，使得相位差加倍，提高了感应灵敏度和光路的抗干扰能力；

2、由于该光学电压传感器的法拉第准直旋光器位于屏蔽绝缘装置外部，避免了绝缘屏闭装置中的稳定电场对法拉第准直旋光器中磁环的影响，提高了两束正交线偏振光模式互换的准确性；

3、由于该光学电压传感器的传感单元位于屏蔽绝缘装置内部，实现了对外部干扰电场的屏蔽，且在内部形成稳定电场。

附图说明

图1是本实用新型基于普克尔效应的光学电压传感器实施例的结构示意图；

图2是传感单元的结构示意图；

图中，

1-屏蔽绝缘装置，11-金属外壳，12-绝缘上盖，13-金属杆，14-固定槽；

2-传感单元，21-准直透镜，22-电光晶体，23-增透膜，24-反射膜，25-电极，26-外壳；

3-法拉第准直旋光器；

4-保偏光纤。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型基于普克尔效应的光学电压传感器做进一步详细的描述。

如图1所示，本例的光学电压传感器主要包括屏蔽绝缘装置1、传感单元2和法拉第准直旋光器3。屏蔽绝缘装置1用于在其腔内形成稳定电场；置于屏蔽绝缘装置中的传感单元2将直接感应电势差，经过Pockels（普克尔）效应转化为光信号的相位调制信息，通过解调获得电压信息；法拉第准直旋光器3用于实现两束正交线偏振光的模式互换，其位于屏蔽绝缘装置1外部且两端分别连接有保偏光纤4，两束正交线偏振光通过一端的保偏光纤传输至法拉第准直旋光器内，再从另一端的保偏光纤传输至传感单元2。

屏蔽绝缘装置1包括上端开口的筒形金属外壳11、绝缘上盖12和金属杆13，金属外壳11与绝缘上盖12共同构成封闭腔体，金属杆13的下端穿过绝缘上盖12上的开孔并伸入封闭腔体中，金属杆13的下部安装有用于固定传感单元的固定槽14。如图2所示，传感单元2由准直透镜21和电光晶体22组成，电光晶体22与通光方向垂直的两个平行端面镀膜：光入射面上镀有增透膜23、与光入射面相对的另一面上镀有反射膜24。准直透镜21与紧邻电光晶体镀有增透膜23的一端进行固定和封装、准直透镜的另一面通过保偏光纤4与法拉第准直旋光器3相连接；电光晶体22的上、下端面分别安装有电极25；传感单元封装于密闭外壳26中，该外壳上开设有供保偏光纤4穿过的开孔。传感单元2固定在金属杆的固定槽14上，在金属外壳11壁上凿一个小孔使传感单元的尾纤通过，与外部的法拉第准直旋光器3一端的保偏光纤4连接，法拉第准直旋光器3放置于绝缘屏闭装置的外部是为了避免内部稳定电场对法拉第旋光镜中磁环的影响。

该光学电压传感器的工作原理为：

如图1所示，令金属外壳11接地，金属杆13接电压，即在封闭腔体内形成稳定电场。传感单元2固定在屏蔽绝缘装置1的封闭腔体内，传感单元2的电光晶体22两端面将感应电势差。沿保偏光纤4的两个模式传输的两束正交线偏振光经过法拉第准直旋光器3振动方向旋转45°，之后进入位于封闭腔体内的传感单元2中。经过准直透镜21进行准直括束后进入电光晶体22；采用横向调制，电光晶体22在电场作用下产生电光效应，两束正交线偏振光之间引入相位差φ（式中，l是光传播方向上电光晶体的长度，d是外加电场方向上电光晶体的厚度，n₀是电光晶体的折射率，γ₄₁是电光晶体的电光系数，U是加在电光晶体上的电压），并经电光晶体表面的反射膜24反射后再次经过电光晶体22，相位差加倍，即总相位差为2φ。从准直透镜21输出后再次经过法拉第准直旋光器3，两束线偏振光沿原来的旋转方向再次旋转45°，即各自旋转了90°，此时，原来沿保偏光纤X轴传播的光变为沿保偏光纤的Y轴传播，原来沿保偏光纤Y轴传播的光变为沿保偏光纤的X轴传播，则两束正交线偏振光实现了模式互换。这样返回的光只携带了由电光晶体的电光效应带来的相位差，构成了准互易反射式光路结构。

这种光学电压传感器无需分压，结构简单；屏蔽绝缘装置可以屏蔽外界电场的干扰，同时利于在内部形成稳定的电场，由于电光晶体尺寸远小于整个屏蔽绝缘装置尺寸，其两端面感应的电势差较为均匀；非互易性器件法拉第准直旋光器的引入实现了光路的准互易性，准互易反射式光路结构可以提高光路结构的抗干扰能力；此外，还可以利用较为成熟的光纤陀螺仪和光学电流互感器中的数字闭环信号检测技术，提高了系统的动态范围和响应灵敏度。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于普克尔效应的光学电压传感器，其特征在于，该电压传感器包括：

屏蔽绝缘装置，用于形成稳定电场；

传感单元，位于屏蔽绝缘装置内部；和

2.根据权利要求1所述的基于普克尔效应的光学电压传感器，其特征在于：

所述屏蔽绝缘装置包括封闭腔体和金属杆，所述封闭腔体包括上端开口的筒形金属外壳和绝缘上盖，所述金属杆的下端穿过绝缘上盖位于封闭腔体中，所述金属杆的下部安装有用于固定传感单元的固定槽；所述金属外壳接地，所述金属杆接电压，在腔体内形成稳定电场。

3.根据权利要求1所述的基于普克尔效应的光学电压传感器，其特征在于：

所述传感单元包括准直透镜和电光晶体，所述电光晶体的光入射面上镀有增透膜、与光入射面相对的另一面上镀有反射膜，所述准直透镜的一面与电光晶体镀有增透膜的一面相固接、准直透镜的另一面通过保偏光纤与法拉第准直旋光器相连接，所述电光晶体的上、下端面分别安装有电极。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于普克尔效应的光学电压传感器，其特征在于：

所述传感单元封装于密闭外壳中，所述外壳上开设有供保偏光纤穿过的开孔。