[发明专利]一种基于电光效应的电场测量装置

说明书

本发明涉及一种基于电光效应的电场测量装置，电场传感器设备形态包括解调主机和传感头；传感头由光缆连接至解调主机；传感头包括玻璃基板、光纤准直器、起偏棱镜、检偏棱镜、相位延迟玻片和电光晶体BGO以及密封壳体；光源发出激光耦合入光纤，传感头内通过光纤准直器将激光耦合到空间中，用起偏棱镜使其成为线偏振光，经过1/4玻片后分裂成圆偏振光，其快慢轴分别平行于BGO晶体在电场作用下的两个感应主轴，通过晶体后，用检偏棱镜将两束相互垂直的偏振光提取同方向分量，得到干涉光强，将出射光转换，把光强的变化变成电信号的变化，反应被测电场的变化，具有操作简单，准确度高、灵敏度高、稳定性高的优点，能极大的提高检测质量和效率。

技术领域

本发明涉及一种光学传感器检测技术领域，具体涉及一种基于电光效应的电场测量装置。

背景技术

近年来，为适应大规模、大容量电力系统的需要，尤其是遥控、遥测和人工智能等开发研究中的特殊需要，电场传感器得到广泛的应用，传统的电场传感器是基于电学原理制作而成，目前已发展相对成熟，但传统电场传感器中的金属材质探头的金属材料会导致电场发生畸变，从而影响测量准确度，在强磁场下传感器无法工作。近年来随着光子学的蓬勃发展，基于光学的电场测量技术逐渐引起人们的研究兴趣。光学电场传感器可以实现整个测量探头的非金属化，从而避免对被测电场产生干扰，且其具有尺寸小、绝缘性好、抗干扰能力强、精度高响应速度快等优点得到了广泛的应用。

光学电场传感器是利用电光调制晶体的Pockels效应来实现电压测量的，Pockels效应是指在某些晶体上施加外电场时，晶体的折射率会发生变化，这种折射率变化引起的光学效应可以通过偏光干涉的方法精确地测量出来，从而达到测量电压的目的，目前光学电场传感器存在成本高、稳定性差、测量准确度低、灵敏度低的缺陷。

发明内容

本发明提供一种基于电光效应的电场测量装置，能提高光学电场传感器系统测量的稳定性和灵敏度。

本发明涉及一种基于电光效应的电场测量装置，其包括电场传感器，电场传感器设备形态包括解调主机和传感头；所述传感头由光缆连接至解调主机；所述解调主机部包括光源模块、光电解调模块和供电部分；所述光源模块包括激光器、激光器恒流驱动电路、激光器保护电路、激光器散热结构以及温控电路；所述光电解调模块包括光纤分路器、参考光和信号光双路同轴尾纤光电探测器、跨导放大电路、信号自动增益控制电路和滤波电路；所述供电部分包括工频隔离变压器、线性直流正电压电源、线性直流正负电压电源；所述传感头包括玻璃基板、光纤准直器、起偏棱镜、检偏棱镜、相位延迟玻片和电光晶体以及密封壳体；

作为优选的，所述电光晶体为BGO晶体，BGO晶体的通光横截面最小尺寸为5mmx2mm；作为优选的，所述BGO晶体采用纵向调制的切割方式和耦合方式；

BGO晶体普通切割可以做到极限为2mm的厚度，在通光方向上，需要保证端面的平行度，以及表面的光洁度，需要进行定向打磨，受到夹具尺寸的限制，当厚度做到2mm时，宽度必须在5mm以上才可以被夹具固定；BGO晶体在沿光轴方向切割时，其感应电场的方向为通光方向，调制方式为纵向调制，纵向调制的优势在于其灵敏度为横向调制的两倍，并且在外形上由于其准确的感应方向，绝对平行于通光方向，可以更加准确的对探头布置方向进行设定。因此本方案选用了纵向调制的切割方式和耦合方式；

作为优选的，所述起偏棱镜和检偏棱镜为最小尺寸为5mmx5mmx5mm的立方体；所述起偏棱镜和检偏棱镜采用消光比不小于30db的偏振分光棱镜；起偏棱镜和检偏棱镜由其工作原理可知，为一对相同尺寸的直角三角棱镜斜面对齐，结合面镀膜胶合而成，因此其外形为立方体，同样，受到工装夹具通光界面最小宽度5mm的限制，其尺寸最小为5mmx5mmx5mm的立方体；消光比决定了解调电路在增益调至同样的输出电压时有效信号所占的比例，决定了系统的响应度；