[发明专利]一种基于Pockels效应的电场强度测量系统

说明书

【技术领域】

本发明属于电场强度测量领域，具体涉及一种电场强度测量系统。

【背景技术】

电场强度是高压电气绝缘领域中的一个重要参量，准确地确定电场强度，对于优化高压电气设备的结构设计以及了解其周围电磁环境是十分必要的。随着计算机和数值模拟技术的发展，虽然可以通过数值计算方法来确定电场强度，但实际运行中电气设备的电磁环境条件相当复杂，仿真计算结果与实际电场分布偏差较大，因此，直接测量是确定电场强度最有效、可靠的手段。

目前，电场强度的测量方法主要有电学方法和光学方法。电学方法一般多采用球形探头法，但由于金属探头的引入会严重畸变待测电场，此法的测量精度和准确度受很大影响。相比于电学方法，光学法的优势在于：光学传感器中不含金属部分，对待测电场影响较小，可将测量失真降到最小；光信号通信可使测量装置的电场探头与电信号处理部分隔离，适合高电位区域的测量，易于实现电信号处理部分的电磁屏蔽；光学传感器响应速度快、灵敏度高等。

虽然基于光学的测量方法具有很大优势，但是由于光路设计和加工工艺要求较高，因此基于光学的测量方法发展一直较为缓慢。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种基于Pockels效应的电场强度测量系统。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于Pockels效应的电场强度测量系统，包括沿光路依次设置的起偏器、1/4波片、Pockels晶体和检偏器；起偏器与检偏器二者偏振方向正交。

优选的，起偏器与检偏器均采用超宽带偏光立方体分光器。

优选的，还包括光源、光纤以及后处理单元；所述光纤包括入光侧光纤和出光侧光纤；后处理单元包括相互连接的光电探测仪和示波器；光源发出的单色光通过入光侧光纤依次经过起偏器、1/4波片、Pockels晶体、检偏器后其偏振态会发生改变，出射光经由出光侧光纤将光信息传送至光电探测器将光信号转换成电信号，经过数据采集并处理得到待测区域的电场强度。

优选的，入光侧光纤采用保偏光纤，出光侧光纤采用多模光纤。

优选的，起偏器的入光处和检偏器的出光处均设有光纤准直器。

优选的，Pockels晶体选用Bi₄Ge₃O₁₂，晶体横截面5×5mm²，通光长度l＝30mm。

优选的，光波在Pockels晶体中传播一定距离后产生的位相延迟为：其中：l为光波传播方向的Pockels晶体长度，d为沿电场方向的Pockels晶体厚度；U为外施电压；当光源输入光强为1的圆偏振光，依次通过起偏器、1/4波片、Pockels晶体、检偏器之后，透射光强T₀如下式：

T0=14(1+sinΓ)=14(1+sin(πUπU))---(1)]]>

式中U_π为相位延迟Γ＝π时所对应的电压值，即半波电压。

优选的，入光侧光纤采用保偏光纤、出光侧光纤采用多模光纤，有利于最大限度地降低光纤所受应力的影响。

优选的，光路从保偏光纤出射(消光比大于20dB)，经由起偏器、Pockels晶体、检偏器由多模光纤准直器接受，总体损耗误差小于1.8dB，全部结构采用非金属封装，温度相关损耗小于0.3dB。