[发明专利]一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种传感器，具体讲涉及一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器。

背景技术：

高压输电领域广泛应用的气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear，GIS)具有占地面积小、维护工作量少、绝缘性能优良、可靠性高等优点。

操作时，GIS中的隔离开关、接地开关和断路器的动作速度较低，会发生触头间隙重复击穿，产生幅值较高，陡度很大，频率最高可达GHz的特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage，VFTO)，严重时可导致GIS和变压器设备的损坏。同时VFTO引起的地电位抬升，会导致变电站二次设备的损坏。

VFTO现象复杂，随机性强，主要应通过试验获取其特性。目前，测量VFTO的方法主要有电容传感器、电场探头和套管末屏法。但是电容传感器法的测量带宽低；电场探头法的测量点标定容易受现场环境影响；套管末屏法的测量精度较低且测点受限。

发明内容：

为了克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提出了一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器，利用偏振光在外电场的作用下经过Pockels晶体时，其偏振角度将发生变化的原理，通过光学元件，将角度变化转化为光强的变化，从而实现待测场强值与光强值的对应，用于测量GIS中隔离开关动作产生的VFTO信号，分析VFTO的特征参数，研究VFTO的传播特性。

本发明提供的技术方案是：一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器，其结构在于：所述传感器包括光学传感头(1)、探头(6)、探头支撑(2)、光纤引出法兰(3)和光纤保护盒(4)；所述光纤引出法兰(3)两端分别安装高度可调的所述探头支撑(2)、所述探头支撑(2)固定的所述探头(6)、和粘接在所述探头(6)端面中心的所述光学传感头(1)以及所述光纤保护盒(4)；

所述探头(6)、所述探头支撑(2)、所述光纤引出法兰(3)以及所述光纤保护盒(4)的轴线重合。

优选的，所述光学传感头(4)包括长方体形BGO晶体(13)、分别粘接在所述BGO晶体(13)两侧的1/4波片(12)和检偏器(14)、粘接在所述1/4波片(12)另一侧的起偏器(11)、粘接在所述起偏器(11)另一侧输入端的第一光纤准直器(101)、与所述第一光纤准直器(101)另一端连接的发光二极管LED(106)、分别粘接在所述检偏器(14)反射端和透射端的第二光纤准直器(102)和第三光纤准直器(103)。

进一步，所述发光二极管LED(106)通过光纤与所述第一光纤准直器(101)的输入端连接，所述第一光纤准直器(101)将入射光转变为平行光，通过所述起偏器(11)形成线偏振光又经所述1/4波片(12)分解为两束振动方向相互垂直、相差为90℃的线偏振光并入射到所述BGO晶体(13)上，经过BGO晶体(13)产生由高压电场引起的相差，最后将所述BGO晶体(13)的两路出射光通过所述检偏器(14)由相位变化转化成光强度变化，再分别通过第二光纤准直器(102)、第三光纤准直器(103)经光纤(107)传输至二次光学元件中。

进一步，所述发光二极管LED(106)为小型密封的带尾纤光纤的高辐射率的发光二极管LED(106)；所述发光二极管LED(106)发出中心波长为850nm，频谱宽度小于70μm的红外光；所述红外光的中心波长变化不超过2nm，所述发光二极管LED(106)的温度变化不超过5℃。

进一步，所述BGO晶体的透光区为0.37μm*0.37μm，厚度0.63μm。

优选的，连接所述光学传感头(1)的光纤(5)穿过所述探头(6)和所述探头支撑(2)经光纤引出法兰(2)引出至光纤保护盒(4)内，再经光纤保护盒(4)端部的法兰盘引出。

进一步，所述光纤引出法兰(3)的中心设有通孔，所述光纤引出法兰(3)与所述探头支撑(2)连接端的端面四周设有一圈环绕所述探头支撑(2)且与所述光纤引出法兰(2)同轴的环状凹槽(8)。

进一步，光纤(5)外部套有金属管(7)，所述光纤(5)与金属管(7)之间通过金属焊料焊接在一起，所述金属管(7)穿过光纤引出法兰(3)中心的通孔(9)将所述光纤(5)引出；所述通孔(9)与所述金属管(7)之间的空隙采用353ND双组份环氧树脂胶灌封固化。

进一步，所述光纤(5)为尾纤经过金属化封装后形成的金属化光纤(5)。本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供的传感器体积小、重量轻、成本低、电气性能优越；