【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，具体涉及一种光纤直流电场强度检测传感器、直流电场强度检测装置及检测方法。
技术介绍
1、电场传感器在电力、国防等领域发挥着重要作用。随着电力技术的飞速发展，高压直流输电系统已成为现代电网结构中的重要组成部分。因此，直流电与静电场的精确监测受到广泛关注。
2、现有的电场传感器分为传统的电子式传感器与光学电场传感器，前者的灵敏度较高，然而，其对电磁环境的敏感性成为不可忽视的局限。相比之下，光学电场传感器凭借其无源特性和宽频带优势，在强电场测量中表现出色。近年来，随着材料科学与光学技术的融合，铌酸锂凭借其优越的电光效应，成为了研究热点。通过钛扩散的方法在铌酸锂晶体上制备光波导，从而制备出一种集成光学电场传感器用于电场的测量。实现了电场传感器的集成化与高效化，然而，铌酸锂晶体在直流电场下的电荷积累效应限制了其在强直流电场测量中的应用。
3、在2020年，创新性地引入了伺服电机机制，通过动态旋转铌酸锂传感器，成功将直流电场调制为交流电场进行测量，有效克服了电荷积累问题，从而实现了直流电场的测量。然而，该方法也带来了新的挑战，如光纤旋转连接的复杂性及系统稳定性问题。针对上述挑战，在2022年，有人提出了在铌酸锂电光(eo)传感器上集成旋转屏蔽电极的设计方案，不仅解决了光纤旋转连接问题，还在4-220kv/m的直流电场范围内具有良好的线性特性。然而，旋转屏蔽电极的引入也带来了噪声增加、机械损耗以及电源稳定性依赖等问题，影响了传感器的整体性能。鉴于铌酸锂材料的成本高昂与制备复杂性，以及现有技术在直流
4、尽管这些方法在低电场以及交流电场测量中展现出潜力，但在直流及高电场环境下的应用仍需进一步优化。综上所述，光纤电场传感器的研究对于电场监测领域的发展具有重大意义，且亟需解决现有技术中的关键问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种检测速度快、灵敏度高、准确性高的光纤直流电场强度检测传感器。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种光纤直流电场强度检测传感器，包括等应变悬臂梁，等应变悬臂梁的自由端上固定连接有金属导体，金属导体为圆周对称结构，金属导体的上下面分别为上电荷感应面和下电荷感应面，上电荷感应面的表面积大于下电荷感应面的表面积，等应变悬臂梁的上表面或下表面上固定连接有干涉光纤，干涉光纤沿平行于等应变悬臂梁轴线方向延伸设置，干涉光纤的轴线、等应变悬臂梁的轴线和金属导体的对称轴线各自沿竖直方向的投影均位于同一直线上，干涉光纤为迈克尔逊干涉结构光纤，干涉光纤的反射端朝向于金属导体所在侧方向。
4、作为优化，所述干涉光纤包括单模光纤、多模光纤和多芯光纤，单模光纤和多芯光纤分别熔接在多模光纤的两端，使得干涉光纤形成迈克尔逊干涉结构。
5、作为优化，所述干涉光纤的反射端端面上镀有银膜，所述干涉光纤的反射端固化有紫外胶水ⅰ，所述银膜封装于紫外胶水ⅰ内。
6、作为优化，所述干涉光纤通过紫外胶水ⅱ固化在所述等应变悬臂梁上。
7、作为优化，所述等应变悬臂梁为等腰三角形结构，所述金属导体和所述干涉光纤各自置于在所述等应变悬臂梁的上表面或下表面。
8、作为优化，所述金属导体为半球体结构。
9、作为优化，所述金属导体内部为中空结构。
10、一种直流电场强度检测装置，包括激光源、环形器、光强度检测装置和传感器，传感器为权利要求1至7中任意一项所述的光纤直流电场强度检测传感器，激光器的输出端与环形器的输入端连接，环形器的输出端ⅰ与所述干涉光纤上位于远离所述银膜所在方向的一端连接，环形器的输出端ⅱ与光强度检测装置的输入端连接。
11、一种直流电场强度的检测方法，使用上述所述的直流电场强度检测装置对环境中的直流电场强度进行检测，将所述光纤直流电场强度检测传感器置于在直流电场中，获得在直流电场强度下的光强度检测值，确定直流电场强度值与光强度检测值之间的二次函数关系，根据二次函数关系建立直流电场强度值与光强度检测值的数据库，数据库中具有直流电场强度值与对应的光强度检测值，利用所述直流电场强度检测装置对待检测直流电场进行检测后得到相应的光强度检测值，根据数据库中相应的光强度检测值，得到待检测直流电场的直流电场强度值。
12、作为优化，直流电场强度值与光强度检测值之间的二次函数关系通过以下方式进行确定：获取多个已经直流电场强度值的样本环境，分别利用所述直流电场强度检测装置进行检测后得到对应的光强度检测值，根据各光强度检测值，采用非线性二次多项式对直流电场强度值与光强度检测值进行拟合，从而确定直流电场强度值与光强度检测值之间的二次函数关系。
13、相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术中传感器结构简单，同时对环境中直流电场强度的检测方便可靠，能够直接根据光强变化分析被测电场，并且检测的灵敏度高，稳定性较好，具有良好的重复性，能够满足直流电场强度的测量，具有良好的应用前景。
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1.一种光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：包括等应变悬臂梁，等应变悬臂梁的自由端上固定连接有金属导体，金属导体为圆周对称结构，金属导体的上下面分别为上电荷感应面和下电荷感应面，上电荷感应面的表面积大于下电荷感应面的表面积，等应变悬臂梁的上表面或下表面上固定连接有干涉光纤，干涉光纤沿平行于等应变悬臂梁轴线方向延伸设置，干涉光纤的轴线、等应变悬臂梁的轴线和金属导体的对称轴线各自沿竖直方向的投影均位于同一直线上，干涉光纤为迈克尔逊干涉结构光纤，干涉光纤的反射端朝向于金属导体所在侧方向。
2.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述干涉光纤包括单模光纤、多模光纤和多芯光纤，单模光纤和多芯光纤分别熔接在多模光纤的两端，使得干涉光纤形成迈克尔逊干涉结构。
3.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述干涉光纤的反射端端面上镀有银膜，所述干涉光纤的反射端固化有紫外胶水Ⅰ，所述银膜封装于紫外胶水Ⅰ内。
4.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述干涉光纤通过紫外胶水Ⅱ固化在所述等应变悬
5.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述等应变悬臂梁为等腰三角形结构，所述金属导体和所述干涉光纤各自置于在所述等应变悬臂梁的上表面或下表面。
6.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述金属导体为半球体结构。
7.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述金属导体内部为中空结构。
8.一种直流电场强度检测装置，其特征在于：包括激光源、环形器、光强度检测装置和传感器，传感器为权利要求1至7中任意一项所述的光纤直流电场强度检测传感器，激光器的输出端与环形器的输入端连接，环形器的输出端Ⅰ与所述干涉光纤上位于远离所述银膜所在方向的一端连接，环形器的输出端Ⅱ与光强度检测装置的输入端连接。
9.一种直流电场强度的检测方法，其特征在于：使用权利要求8中所述的直流电场强度检测装置对环境中的直流电场强度进行检测，将所述光纤直流电场强度检测传感器置于在直流电场中，获得在直流电场强度下的光强度检测值，确定直流电场强度值与光强度检测值之间的二次函数关系，根据二次函数关系建立直流电场强度值与光强度检测值的数据库，数据库中具有直流电场强度值与对应的光强度检测值，利用所述直流电场强度检测装置对待检测直流电场进行检测后得到相应的光强度检测值，根据数据库中相应的光强度检测值，得到待检测直流电场的直流电场强度值。
10.根据权利要求9所述的直流电场强度的检测方法，其特征在于：直流电场强度值与光强度检测值之间的二次函数关系通过以下方式进行确定：获取多个已经直流电场强度值的样本环境，分别利用所述直流电场强度检测装置进行检测后得到对应的光强度检测值，根据各光强度检测值，采用非线性二次多项式对直流电场强度值与光强度检测值进行拟合，从而确定直流电场强度值与光强度检测值之间的二次函数关系。
...【技术特征摘要】
1.一种光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：包括等应变悬臂梁，等应变悬臂梁的自由端上固定连接有金属导体，金属导体为圆周对称结构，金属导体的上下面分别为上电荷感应面和下电荷感应面，上电荷感应面的表面积大于下电荷感应面的表面积，等应变悬臂梁的上表面或下表面上固定连接有干涉光纤，干涉光纤沿平行于等应变悬臂梁轴线方向延伸设置，干涉光纤的轴线、等应变悬臂梁的轴线和金属导体的对称轴线各自沿竖直方向的投影均位于同一直线上，干涉光纤为迈克尔逊干涉结构光纤，干涉光纤的反射端朝向于金属导体所在侧方向。
2.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述干涉光纤包括单模光纤、多模光纤和多芯光纤，单模光纤和多芯光纤分别熔接在多模光纤的两端，使得干涉光纤形成迈克尔逊干涉结构。
3.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述干涉光纤的反射端端面上镀有银膜，所述干涉光纤的反射端固化有紫外胶水ⅰ，所述银膜封装于紫外胶水ⅰ内。
4.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述干涉光纤通过紫外胶水ⅱ固化在所述等应变悬臂梁上。
5.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述等应变悬臂梁为等腰三角形结构，所述金属导体和所述干涉光纤各自置于在所述等应变悬臂梁的上表面或下表面。
6.根据权利要求1所述的光纤直流电场强度检测传感器，其特征在于：所述金属导体为半球体结构。
7.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯文林，潘厚任，杨晓占，刘相志，兰洪钞，穆小攀，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：
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