具有温度补偿的强电场传感器及其测量方法技术

本发明专利技术属于高电压强电场测量技术领域，提供一种具有温度补偿的强电场传感器及其测量方法，能够消除铌酸锂晶体由于温度变化造成的工作点不稳定。其中具有温度补偿的强电场传感器，包括激光源、电场传感器、传输光纤、光电探测器和后级信号处理系统；所述电场传感器包括彼此正交的起偏器与检偏器，使用两根尺寸相同的晶体Ⅰ和晶体Ⅱ，其光轴反向，两晶体之间插入一个能够使偏振光振动面旋转90°的旋光片。本发明专利技术通过波片补偿的方法，使用晶体组合的补偿方法提出了抵消自然双折射，使他们引起的相位差为零。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高电压强电场测量
，特别设及一种强电场传感器及其测量方 法。
技术介绍
高电压强电场下的测量技术一直是高压工程的重要领域。电场测量技术在电晕放 电、局部放电、间隙闪络、电磁环境等问题的研究有广泛的应用需求。从实际操作出发，主要 分为工频电场、操作波电场、雷电冲击电场和VFT0电场等场的测量。不难发现，高压环境电 磁场测量具有W下特征：1)电场测量点多位于高电位和强场区域。要求测量系统的传感器 探头部分与后级信号处理部分有很好的隔离；2)瞬变脉冲电磁场幅值高、变化快。要求测 量系统必须具有很好的响应速度，具有很宽的频率响应范围。3)尽可能小的体积，W减小传 感器对被测电磁场的影响。因此，研究开发一套具有可靠隔离、强抗干扰能力、高频率响应 带宽和具有小体积探头的电磁场测量系统是非常有意义的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种具有溫度补偿的强电场传感器，能够消除妮 酸裡晶体由于溫度变化造成的工作点不稳定。 为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案： 具有溫度补偿的强电场传感器，包括激光源、电场传感器、传输光纤、光电探测器 和后级信号处理系统，所述激光源输出激光光束，通过传输光纤禪合至电场传感器的输入 端，激光光束在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光电探测器，所述光电 探测器将光强信号转换为电压信号，后级信号处理系统通过电压信号获得电场强度； 所述电场传感器包括沿光路依次设置的激光准直器I、起偏器、1/4波片、晶体I、 旋光片、晶体II、检偏器和激光准直器II，所述激光准直器I的光输入端通过光纤与激光源 的光输出端连接，所述激光准直器II的光输出端通过光纤与光电探测器的光输入端连接， 所述起偏器与检偏器彼此正交，所述晶体I和晶体II为长方体，晶体I和晶体II的X方向 为通光方向，Z向为被施加电场，所述起偏器起偏方向与施加电场方向狂向）成45°角，晶 体I与晶体II的光轴相反，所述旋光片使偏振光振动面旋转90°。 进一步，所述晶体为LiNb化晶体。 进一步，所述后级信号处理系统通过下式获得电场强度： 上式中，V。为光电探测器输出的电压信号值。 本专利技术还公开一种高压电场测量系统的测量方法，包括如下步骤： 1)激光源输出激光光束，通过传输光纤禪合至电场传感器的输入端； 2)激光光束在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光电探测器； 3)所述光电探测器将光强信号转换为电压信号； 4)后级信号处理系统通过电压信号由下式获得电场强度： 上式中，V。为光电探测器输出的电压信号值。 与现有技术相比，本专利技术具有如下优点： 1.该电场传感器具有响应频带宽（10化~lOOMHz)、速度快，适合精确测量工频电 场及瞬变电场。 2.采用光纤进行信号的传输，实现传输系统的光电隔离。传感器适合于处于高电 位和强场区域测量的场合。[OOW3.传感器尺寸小、敏感元件为Pockels晶体，对被测电磁场的影响很小。 阳0巧 4.传感器的尺寸可W做到10X10X90mm(zXyXx)，位置分辨能力强。可W完成 狭小空间的空间精确定位测量。通过实验室测量工频、标准操作冲击、标准雷电冲击模拟实 验。该传感器完全胜任电力系统中不同电场的测量。 5.优化后结构后的传感器消除了妮酸裡晶体由于溫度变化造成的工作点不稳定， 本专利技术中设计的强电场传感器能在-20°C~40°C之间可靠稳定工作。【附图说明】 图1示出了具有溫度补偿的强电场传感器的结构示意图； 阳0巧]图2示出了电场传感器的原理示意图； 图3示出了双晶体补偿的原理示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的具体实施方 式作进一步的详细描述。 参见图1-3,具有溫度补偿的强电场传感器，包括激光源11、电场传感器、传输光 纤、光电探测器9和后级信号处理系统10,所述激光源输出激光光束，通过传输光纤禪合至 电场传感器的输入端，激光光束在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光 电探测器9,所述光电探测器9将光强信号转换为电压信号，后级信号处理系统10通过电压 信号获得电场强度； 所述电场传感器包括沿光路依次设置的激光准直器I1、起偏器2、1/4波片3、晶 体I4、旋光片5、晶体II6、检偏器7和激光准直器II8,所述激光准直器I1的光输入端通 过光纤与激光源的光输出端连接，所述激光准直器II8的光输出端通过光纤与光电探测器 9的光输入端连接；所述晶体为化ckels晶体，优选为LiNb化晶体。不同电光晶体在相同外 加电场下的电光效应强弱是不同的，选择适当电光系数的LiNb〇3晶体可W在保证较大半波 电场情况下极大的提高传感器感应电场的灵敏度。所述晶体I4和晶体II6为长方体，晶 体I4和晶体II6的通光方向沿其长度方向，定义晶体I4和晶体II6的通光方向为X向， Z向为被施加电场方向，所述起偏器2起偏方向（即轴向）与电场施加方向狂向）成45° 角。所述起偏器2与检偏器7彼此正交，所述晶体I和晶体II的电场施加方向狂向）与起 偏器轴向成45°角，在晶体I4之前设置有1/4波片3,使固有相位延迟31/2。晶体I与晶体II的光轴相反，所述旋光片使偏振光振动面旋转90°。 激光源发出的光通过光纤传至起偏器之后变为线偏振光，在外施电场的调制下， 当光通过LiNb〇3晶体后，双折射光的相位差发生变化，通过检偏器之后，经光纤传至光电探 测器（PD)探知运种相位变化引起的光强变化，并将其转化为能用示波器直接测量的电压 信号。 当只使用一块晶体时，自然双折射引起的相位差当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有温度补偿的强电场传感器，其特征在于：包括激光源、电场传感器、传输光纤、光电探测器和后级信号处理系统，所述激光源输出激光光束，通过传输光纤耦合至电场传感器的输入端，激光光束在电场传感器经过电场调制，然后通过传输光纤传送至光电探测器，所述光电探测器将光强信号转换为电压信号，后级信号处理系统通过电压信号获得电场强度；所述电场传感器包括沿光路依次设置的激光准直器Ⅰ、起偏器、1/4波片、晶体Ⅰ、旋光片、晶体Ⅱ、检偏器和激光准直器Ⅱ，所述激光准直器Ⅰ的光输入端通过光纤与激光源的光输出端连接，所述激光准直器Ⅱ的光输出端通过光纤与光电探测器的光输入端连接，所述起偏器与检偏器彼此正交，所述晶体Ⅰ和晶体Ⅱ为长方体，晶体Ⅰ和晶体Ⅱ的X方向为通光方向，Z方向为被施加电场，所述起偏器起偏方向与施加电场方向成45°角，晶体Ⅰ与晶体Ⅱ的光轴相反，所述旋光片使偏振光振动面旋转90°。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆，孙尚鹏，司马文霞，袁涛，杨鸣，韩睿，刘通，何彦霄，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85