[发明专利]一种光纤电压传感系统及获取与电压相关相位差的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤电压传感系统及获取与电压相关相位差的方法。

背景技术

光在传感单元中传播时，与被(待)测物理量相互作用，改变了光电场的偏振状态，从而使被测物理量的信息加载于光波之上。为了将光波上加载的物理量信息提取出来，光学系统一般由相互直交的一对偏振器和它们之间夹着的传感单元组成；这样的光学系统称为偏振计。

光纤作为光波的导波体，是光纤传感系统的基本器件。由于它可弯拗，传播距离远，使用方便；又由于它是绝缘体，不受电磁干扰的影响，光纤传感系统具有很多优越性。但是，由于光单性物理效应的作用，当光纤传导路径上的任一点，受到机械振动或环境温度变化的影响时，光纤中传导的光波在该点处的偏振态都将发生不可控制的改变，使得光纤作为双折射单元具有时变特性。

通常，光纤偏振计在偏振器对的前面和后面各有一根光纤；前面的光纤将入射光送入偏振计，后面的光纤将偏振计出射光送回。由于偏振计对入射光的偏振态非常敏感，入射光纤作为双折射单元所具有的时变特性使得光纤偏振计不可避免地具有时变特性。光源随时间的老化、光电检测器的温度特性、光源与光纤、光纤与光电检测器、光线与光纤准直器等的光耦合随外界影响的变化等所产生的时变特性使得这些传感系统不能实用。

电压互感器是一种在高电压环境下测量高电压的电子设备，传统都是通过电压互感器来测量高电压的。在变电站的高电压环境下，由于导线的空气放电(电晕)，大电流冲击，隔离开关操作产生的强电弧辐射等引起的强电磁干扰，会导致互感器发出失真数据或通信错误，有时甚至会损坏电子线路，使其永久失效。电磁兼容(EMC)是它必须面临的技术问题。

由于光纤不受电磁干扰的影响，将它与电光泡克尔斯(Pockels)晶体有机结合起来所产生的无源型光纤电压传感器，为电压互感器提供了电磁兼容问题的理想解决方案。无源型是指处于高电压环境下的传感模块无需商用电压进行供电工作，传感模块是依靠纯光学原理来感应电压信息。

现有技术也有使用光弹性效应或泡克尔斯(Pockels)光电效应作为光相位调制器来改善偏振计测量精度的，但由于光线电压传感系统具有时变性，使得数据的分析很复杂且测量的结果存在较大的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种通过光纤电压传感系统获取测量值的方法，由于采用纯光学测量原理，光源处于控制模块内，且在传感模块处无需商用电源供电，测量得到的电压波形不受强电磁干扰以及光纤等系统元件所产生的时变特性的影响。

本发明是这样实现的：

一种光纤电压传感系统，包括控制模块、传感模块以及隔离光缆，所述隔离光缆分别与所述控制模块、所述传感模块连接。

进一步地，所述传感模块包括第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、第四光纤准直器、第一分束器、第二分束器、泡克尔斯元件、第一检偏器、第二检偏器、第三检偏器、1/4波长板；

所述隔离光缆中的隔离入射光纤与所述第一光纤准直器的输入端连接，所述第一光纤准直器的输出端将光传输至所述第一分束器，通过所述第一分束器将光分为两路，其中一路光依次传输至所述泡克尔斯元件、所述第一检偏器、所述第二光纤准直器的输入端，其另一路光传输至所述第二分束器，通过所述第二分束器将光分为两路，其中一路光依次传输至所述1/4波长板、所述第二检偏器、所述第三光纤准直器的输入端，其另一路光依次传输至所述第三检偏器、所述第四光纤准直器的输入端，所述第二光纤准直器的输出端、所述第三光纤准直器的输出端、所述第四光纤准直器的输出端均通过光纤连接至所述隔离光缆中。

进一步地，所述传感模块包括第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、第四光纤准直器、第一分束器、第二分束器、泡克尔斯元件、第一检偏器、第二检偏器、第三检偏器、1/4波长板；

所述隔离光缆中的隔离入射光纤与所述第一光纤准直器的输入端连接，所述第一光纤准直器的输出端将光传输至所述第一分束器，通过所述第一分束器将光分为两路，其中一路光依次传输至所述第二检偏器、所述第三光纤准直器的输入端，其另一路光依次传输至所述泡克尔斯元件、所述第二分束器，通过所述第二分束器将光分为两路，其中一路光依次传输至所述1/4波长板、所述第三检偏器、所述第四光纤准直器的输入端，其另一路光依次传输至所述第一检偏器、所述第二光纤准直器的输入端，所述第二光纤准直器的输出端、所述第三光纤准直器的输出端、所述第四光纤准直器的输出端均通过光纤连接至所述隔离光缆中。