[发明专利]基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统，涉及电场方向测量技术领域。本发明通过在BGO晶体中设置入射方向不同的多条光路，计算空间电场对各光路出射光强度的影响，建立各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库。在测量电场时，利用各光路出射光强度测量值匹配各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库确定电场方向。电场测量误差仅受光电探测精度的影响，系统无源，无需标定，精度高。

技术领域

本发明涉及电场方向测量技术领域，具体涉及一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统。

背景技术

电场测量无论在实际应用或相关科研过程中都具有非常重要的应用和意义。在设备仪器安全运行的计量、保护和监测中发挥着重要作用，电场测量的主要通过电场传感器进行测量。电场传感器主要有电子式、电荷感应式和光学式等几种。但是该几种传感器一般都受限于电场的一维或二维分量上的测量，探测方向一般与传感器的主轴方向平行或垂直。在变化的电场或电场方向未知的情况下，无法保证使一维或二维传感器的主轴平行或垂直于电场方向，且测量结果只能得到空间电场的两个分量，不能得到准确的结果。

现有技术中，球形探头式电场传感器可以通过调整传感探头电极数量配置实现电场的一维到三维的测量。

但球形探头式电场传感器受限于中电极的结构尺寸，无法进一步提高传感器测量精度，另外，金属材质电极干扰了待测外部空间电场，传感器本身抗电磁干扰能力弱，应对环境变化的稳定性弱，进一步影响精度。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统，解决了现有的电场传感器对三维电场的测量精度不高的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，提供一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法，该方法包括：

步骤1、通过基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置构建所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置中各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；

步骤2、通过所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置获取待测外部空间电场对应的各光路的出射光强度测量值；

步骤3、基于各光路的出射光强度测量值以及浮动范围，在对应光路的所述各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中搜索匹配的数据组；基于所述数据组，计算待测外部空间电场方向。

进一步的，所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置包括：不少于三个波长和入射角度均不同的光源；

每个所述光源均连接有起偏器；

所述起偏器均连接在同一个BGO晶体上；

所述BGO晶体连接有与起偏器一一对应的光纤准直器；

所述光纤准直器连接有检偏器；

所述检偏器连接有光电探测器。

进一步的，所述步骤1包括：

步骤1.1、定义电场方向单位矢量为

步骤1.2、获取所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置对应的真空的波矢k₀、光的传播方向r、有效电光系数r_effi、外部空间电场强度E₀、分量E₂对应的初始值E₂(0)、分量E₁和E₂对应的折射率n₁和n₂，并初始化电场方向c。