[发明专利]一种光学直流强电场测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种光学直流强电场测量系统，其特征在于：包括依次连接的激光光源、直流电场传感器和光电探测器，还包括信号显示与处理系统，所述信号显示与处理系统与所述直流电场传感器和光电探测器均连接。本发明使用旋转屏蔽片对外部直流电场进行斩波调制，解决了电光晶体不能直接测量直流电场的问题；使用电光晶体对电场信号进行测量，其测量精度高，测量范围大，实现5‑100kV/m的直流强电场的准确测量；采用光纤进行信号的传输，实现传输系统的光电隔离，传感器具有较强的抗电磁干扰能力，可适用于电磁环境较为复杂的场合；传感器可进一步用于交直流混合电场测量。

技术领域

本发明涉及电力检测技术领域，具体的，涉及一种光学直流强电场测量系统及方法。

背景技术

近年来，随着特高压直流输电工程的建设与社会环保意识的增强，电磁环境成为决定高电压线路结构和走廊布置的制约性因素，其中直流输电线路地面合成电场问题更是环保部门和人民群众关心的重点。传统的直流电场传感器基于电荷感应原理，其测量精度较低、测量范围较小且容易受到强电磁环境干扰，已不能满足特高压直流输电工程直流电场测量的需求。因此，为了满足环境保护的要求，合理设计线路结构和走廊布置，减少电磁环境带来的潜在危害，本专利提出一种光学直流强电场测量系统及方法，实现对直流输电线路地面合成电场强度的准确测量，具有重要的实际意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种光学直流强电场测量系统，具有灵敏度高、测量范围大、抗电磁干扰能力强的特点，目的之二是提供了基于该装置的测量方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种光学直流强电场测量系统，包括依次连接的激光光源、直流电场传感器和光电探测器，还包括信号显示与处理系统，所述信号显示与处理系统与所述直流电场传感器和光电探测器均连接。

进一步，所述直流电场传感器包括屏蔽外壳和设置于所述屏蔽外壳顶端的旋转屏蔽片，所述旋转屏蔽片和屏蔽外壳所围成的空间设置电光传感模块。

进一步，所述电光传感模块包括沿着激光传输方向依次设置的输入端光纤准直镜、起偏器、四分之一波片、电光晶体、检偏器、输出端光纤准直镜。

进一步，所述直流电场传感器还包括位于所述屏蔽外壳外部的光电码盘和与所述光电码盘与旋转屏蔽片均连接的旋转电机。

进一步，所述电光晶体的晶体通光面镀有1550nm激光增透膜。

进一步，所述输入端光纤准直镜的输入端通过单模光纤与所述激光光源的输出端连接；所述输出端光纤准直镜的输出端通过多模光纤与所述光电探测器的输入端连接。

一种基于一种光学直流强电场测量系统的一种光学直流强电场测量方法，所述测量方法具体为：

S1：激光光源将1550nm激光，通过单模光纤输入至直流电场传感器的输入端；

S2：电场传感器的旋转屏蔽片在电机的带动下匀速转动，屏蔽片上的叶片对外部直流电场进行周期调制；

S3：电场传感器的电光传感模块对调制后的电场信号进行测量，其光强信号通过多模光纤传输至光电探测器；

S4：光电探测器将光强信号转化为电压信号；

S5：末端信号显示处理系统通过对该电压信号的有效值进行检测，获取待测直流电场强度。

进一步，所述S3中，电光传感模块输出光强与外加电场强度的关系可由下式获得：

其中，E为外加电场强度，E_π为电光传感模块的半波电场，I_in为输入光强，I_out为输出光强。