光学电压传感器制造技术

一种电压传感器，包括两根光学传感光纤（１０ａ，１０ｂ）和控制单元（１）。该传感光纤（１０ａ，１０ｂ）传送第一模式和第二模式的光，其被正交地极化，在该两个模式之间的双折射率取决于待测电压。控制单元适配于产生对于传感元件中的两种模式的光并且用于测量在该两种模式之间所遭受的相位延迟。在控制单元（１）和传感光纤（１０ａ，１０ｂ）之间布置了４５°法拉第旋转器（９）。该法拉第旋转器（９）允许将传感光纤及其相关部件的行为转换成具有偏振－旋转的反射的磁光电流传感器的行为，该电流传感器反过来允许使用为光学陀螺仪和电流传感器而开发的高级测量技术。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学电压传繊駄领域本专利技术涉及一种光学％]5传 ，该传 具有至7>~个延长,学传感元 辨诸如光纤)，以及控制单元。该传感元件肖^^专;itS少第一模舒瞎二净試的光， 此两种模式的光被正交偏振。劍专感元件以这样--种方式被设计，两种模式之间 的双折射棘决于待测电压。控制单顽配于为产顿于传感元件中的两种模式的光，并且测量两模式之间的相位延迟。
技术介绍
已知舰光学方法测量腿。一些已知的光学电压测量M (诸如EP316619、 EP 316 635以及参考 2、 3中所述)IM于压电效应。,设备中，压电材料中场引起的IW^化导致 IWitk耦合到压电材料的光学传感元件(诸如光纤)中的应力。i^Z力进一步导 致该传感元件中的电压弓胞的观斤射率变化，被化能丰絲学iiy^测。其他已知的光学腿测量狱(诸如EP 682 261中戶腿) 于喊舰， 其中电场直接 材料的折射率^|斤射率，例如i!M^性Pockels $她。这两种情况中，两种正交偏振光波之间的相延迟(或其改变)的测ftfei^ 测量电场3贩，或者，更确切地说，允许去测量fp嗜光的路径的电场弓贼的积分。还已知的是，舰类似技术测量电流，参见例如EP1 154 278及参考 6、7，其中iiaii当的控制单元测量由磁场弓胞的光纤中的左禾防圆備光波之间的 相位鉱
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种， 的电压传 ,特别用于测4^:约 10kV鞭高的高压，该传繊允i彷便的、准确的和标准化的测量。该问题Jiii51权利要求l中的光学,传lifl解决的。本专利技术是基于这样的认识，據制单^卩传感元件之间加入法蹄旋織， 允许将电光测量元件及其相关部件的行为转^^传统的鹏电流传麟的行为，其^sa^允荆顿髙级的控制单^n为光学电流传^i而开发的测量狱。特别地,磁光传麟(诸如EP1 154 278禾嗲考 6和7之一的Wfc传繊) 禾,产生具有正交ffi^的第一线性偏振光fet并将iM;W^^猴感设备的控 制单元，所述传感设备将光波作为第1性 光，返回，，:i^性^m光 、舰也正交但具有交换的^H方向，并且織二对光波之间的相移是待测电流的 函数。类船也，本专利技术的控制单元倉浐錢1性^H光舰并将其^llH专感设备，所述传感设备(在法^m旋转器的帮助下)将光波作为第性,光波对返回，其中两个光波正交偏振并且i魏二对光波之间的相移是待测腿或电场 的函数。有利地，电压传感器包括串联布置的至少第一和第二传感元件。该传感元件 以这样--种方式彼此耦合，鄉一传感元件中的第一传播模式下4彌的光耦合到 第二传感元件的第.二模式中，且fet亦然。正如下面的更详细的描述，这种设计允许对一系列非预期效应做丰M尝M^波的双程不平衡性减小至',零，从而即使 是在^M財目干光源时也允i，于干涉的测量。低相干光源(即相T^:度^a^范围内(^mti0.1mm)的光源)是有利 的，因为由偏振交叉耦合产生的光波(例如在光纤数处)非相开涉并且因此 不陶氏传 的性能。电压传/i^W利地是基于压电交M或电光，的(参见EP316 635、 EP316 619、以及参考 2和3) 0压电传^l^^括压电元4牛，其具有tnMfctk安驗其 上的传感元件，以使电压的改^^te力弓胞的观斤射率的改变。电光传繊的 (多个)传感元件肖,用电光材料(诸如显示出足够强的Pockds效应的材料)制 成，在#^￡电场的情况下，该材料的鹏斤射率线性变化。这里1顿的术语"传感元件"肖^{樣有利地具有可与光场的侧向延伸相比拟 的截面的波导，特别是光纤。tm他，该波导是保偏的(polarizationmaintaining) 并支持单个空间模式。该模式肖滩用两个正交方向的偏振激励。术语"传感元件" 还能够代表具有大于光学光场的侧向延伸的截面的元件，在该情况下，准直 (coUimated)光束鉢自由地传播，即未经导引地穿过该元件。如果传感元件作为波导使用，^M^ffl的术语"模式1^波导模式。如果传 感元件没有被用作波导，那么该丰I^mf^^性條光束，iM^S本絲经导 弓貤穿过传感元州专播而不^^其偏振扰态。附图说明本专利技术进一步的实施例、优点和应用ME^所附的权利要求和下面的详细描述中，，照附图图1示出压电传 的第一实施例， 图2示出压电传S^的第二实施例， 图3示出压电传 的第三实施例，图4示出压电传 的第四实施例，图5示出压电元件的第一布置，图6示出、歸图5的线VI-VI的截面亂图7示出压电元件的第二布置，图8示出沿着图7的线vra-vni的截面图，图9示出电光传 的第一实施例， 图10示出电光传厂,的第二实施例，禾口 图11示出旋转器的可替换实施。 具体实皿式下面描述本专利技术的一些有禾啲实施例。 压电电压传繊图1示出具有控制单元1和两个传感元件2的光纤^E传ii^，该传感元件 2l顿压电弓胞的)^厅射率改变(birefringence change)。控制单元1包括光源3、用于非互易(non-reciprocal)相位调律啲相位调伟幡 4、光探测器5、信号鹏器6、禾口傲扁光辩禺織7。控制单元l制专感元件2 形成偏振一旋转的反射干涉计并使用如由光纤陀螺仪已知的解调技术 (interrogation technique)，具体细节参见参考文,5, 4]。两个正交的线性偏振光波(用实和虚箭头指示)維制单元1离开，穿过保 偏(pm)離光纤8 (例如椭圆芯)^千)，以每ilil—次(per pass)产生45。的 旋转角( ，割射也，45。+k'90。的旋转角，k为任意皿)至腿法^m旋转器9。 换句话说，每次光W3i法拉第旋转器9时，^h^波躺戯定转45。。旋转是非互 易的，即如果该光束/A2E传播至佑，那么正如/AiQ!着光束来看的观察賴至啲那 样旋转是例如顺时针的，但如果iM^从右传播至咗，另卩么旋转就题时针的。 因此&旋转是90。(或者90。+k'180。， k为任意fflfe)。从法,旋转器9离开的 光波耦合到第一pm传感光纤10a。该传感光纤的快轴和慢轴相对于旋皿9左侧的pm離光纤8的轴取向为45。。结果，妇鼓专之后的f繊方向再一次与观斤射 光飛A重合。第二相同pm传感光纤飾在徵12处IW^，辩由相对于第一传 感光纤10a旋转90°。平行于第一光纤10a中的厳鹏皮臓的波接眷歸第二形千 10b的快轴被f繊，且^亦然。波鄉二光纤10b的糊处被镜15湖并且然 后顺它们的路^I回。非互易法織旋转器9引入另一个45,旋转，鄉加到第 一旋转。因此，在前向和后向路祉的该总旋转是90。，即正如EP1 154278的电 流传麟中那样，光波再7烦回至啦制单元1，且具被换的f繊。这是有利的，因为它保挣波的总双程不平衡性为零或^a零并因itk^,干光源3的相TO^内。进"^i也，由、鹏和振动弓胞的、调审幡4和法J魏旋转器9之间的形千中 的光学相位改变很対fi^J:WR消。注意在穿3D^f射光纤8、 10a、 10b的 单程上，正交波累加由于其不同的群速度导致的程差。 一般，在820nm的波长上, 每米光纤的路径不平衡性为0.5到lmm。在法鄉旋转器9右侧的两个传感形千10a、 10b起到应变传 的作用并且 !細于在交变电场(参见下文)的影响下测觀电石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学电压传感器，包括　至少一个延长型光学传感元件（１０ａ，１１ａ，１９ａ；１０ｂ，１１ｂ，１９ｂ），该元件能够传送至少第一模式和第二模式的光，其中所述模式具有基本上正交的偏振，其中所述模式之间的双折射率取决于待测电压，和　控 制单元（１），用于产生对于所述传感元件（１０ａ，１１ａ，１９ａ；１０ｂ，１１ｂ，１９ｂ）中的所述两种模式的光，以及用于测量由于所述双折射率导致的所述两种模式所遭受的相位延迟，　所述电压传感器特征在于：　至少一个法拉第旋转器（９） ，其被布置在所述控制单元（１）和所述传感元件（１０ａ，１１ａ，１９ａ；１０ｂ，１１ｂ，１９ｂ）之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：K博纳特，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]