[发明专利]一种纵向调制互易型光学电压传感器

说明书

技术领域

本发明属于一种光学电压传感器领域，尤其涉及一种纵向调制互易型光学电压传感器。

背景技术

光学电压互感器是一种利用光信号感应电压并经过信号处理得到输出电压的互感器。相比传统的电磁感应式和电容式电压互感器有许多无法比拟的优点，已经成为电压互感器领域研究的热点，是电压互感器未来的发展趋势。其中电压传感单元是实现光电感应的关键部分。基于普克尔(Pockels)效应的光学电压互感器主要包括横向调制和纵向调制两种运用形式。横向调制的结构虽然较为简单，但是存在着自然双折射的作用，且易受外电场及极间电场分布不均匀的影响。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提出一种用于提高测量稳定性和精确度的基于普克尔效应的双晶体光学电压传感单元。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种纵向调制互易型光学电压传感器，包括通过保偏光纤连接的传感单元和光路单元，所述光路单元包括依次连接的光源、环形器、Y波导调制器和偏振光分束器，所述环形器还通过光电探测器与数字信号处理器连接，其中：

所述传感单元包括45°法拉第旋光器、金属电极和电光晶体，所述45°法拉第旋光器的一端通过保偏光纤与光路单元的偏振光分束器连接，其另一端与电光晶体的一个通光面连接，该通光面上先镀有一透明导电膜、再粘贴一金属电极，该金属电极上设有供光束通过的光孔；所述电光晶体的另一通光面上先镀有一反射膜、再粘贴一金属电极。

进一步地，所述电光晶体的通光方向与传感单元的通电场方向相平行。

进一步地，所述电光晶体为锗酸铋晶体沿感应主轴方向进行定向切割而成的圆柱体结构。

进一步地，所述光源发出的光经过环形器后进入Y波导调制器，分成两束偏振光，其中一束旋转90°后与另一束一同进入偏振光分束器沿着保偏光纤的两个传输模式传输；所述偏振光分束器将两束偏振光调整成正交线偏振光后通过保偏光纤传至传感单元的45°法拉第旋光器，正交线偏振光经过45°法拉第旋光器后偏振方向旋转了45°，然后通过金属电极上的通光孔和透明导电膜进入电光晶体，沿着电光晶体的两个感应主轴方向传播，被反射膜反射后再次经过电光晶体、透明导电膜和金属电极上的通光孔后传至45°法拉第旋光器，正交线偏振光的偏振方向再次旋转45°，实现了正交线偏振光的模式互换，并且携带有总相位差的正交线偏振光沿原光路返回，在Y波导调制器中发生干涉后，经过环形器进入光电转换器将光信号转换为电信号，并由数字信号处理器进行信号处理后输出。

进一步地，所述传感单元在电场的作用下，使正交线偏振光通过电光晶体后产生相位差φ，该正交线偏振光经反射膜反射再次通过电光晶体后再次产生相位差φ，累计产生总相位差为2φ，所述相位差φ通过下式求得：

其中，λ是入射光波长，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。

进一步地，所述信号处理单元包括模数转换器、数模转换器和中央处理器。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的光学电压传感器采用纵向调制结构，即电光晶体的通光方向与传感单元的通电场方向相平行，这种结构避免了电光晶体自然双折射对相位差所产生的影响，且不受外电场和极间电场不均匀的影响，提高了测量的精确度。

2、本发明的光学电压传感器利用法拉第旋光器实现了两束正交线偏振光的模式互换，形成互易型反射式光路，提高了光路的抗干扰能力。

3、本发明的光学电压传感器所用光学元件体积小重量轻，整体结构简单，且不受电磁干扰，对被测电场扰动小。

4、本发明的传感单元由绝缘材料构成，绝缘性能好。

附图说明

图1为本发明纵向调制互易型光学电压传感器中传感单元实施例的结构示意图；

图2为本发明纵向调制互易型光学电压传感器中光路单元实施例的结构示意图；

其中，1-保偏光纤，2-45°法拉第旋光器，3-金属电极，4-电光晶体(下称BGO晶体)，5-透明导电膜，6-通光孔，7-反射镜，8-光源，9-环形器，10-Y波导调制器，11-偏振光分束器(下称PBS)，12-光电探测器，13-信号处理单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的纵向调制互易型光学电压传感器作进一步详细的描述。

本例的纵向调制互易型光学电压传感器包括传感单元和光路单元，二者之间通过保偏光纤1连接。