一種縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器，包括通過保偏光纖連接的傳感單元和光路單元，光路單元包括依次連接的光源、環(huán)形器、Y波導調(diào)制器和偏振光分束器，環(huán)形器還通過光電探測器與數(shù)字信號處理器連接，傳感單元包括45°法拉第旋光器、金屬電極、電光晶體、透明導電膜和反射膜。該傳感器采用縱向調(diào)制結(jié)構(gòu)，即電光晶體的通光方向與傳感單元的通電場方向相平行，這種結(jié)構(gòu)避免了電光晶體自然雙折射對相位差所產(chǎn)生的影響，且不受外電場和極間電場不均勻的影響，提高了測量的精確度；此外，該傳感器利用法拉第旋光器實現(xiàn)了兩束正交線偏振光的模式互換，形成互易型反射式光路，提高了光路的抗干擾能力。
【專利說明】一種縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種光學電壓傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]光學電壓互感器是一種利用光信號感應(yīng)電壓并經(jīng)過信號處理得到輸出電壓的互感器。相比傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式和電容式電壓互感器有許多無法比擬的優(yōu)點，已經(jīng)成為電壓互感器領(lǐng)域研究的熱點，是電壓互感器未來的發(fā)展趨勢。其中電壓傳感單元是實現(xiàn)光電感應(yīng)的關(guān)鍵部分?；谄湛藸?Pockels)效應(yīng)的光學電壓互感器主要包括橫向調(diào)制和縱向調(diào)制兩種運用形式。橫向調(diào)制的結(jié)構(gòu)雖然較為簡單，但是存在著自然雙折射的作用，且易受外電場及極間電場分布不均勻的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種用于提高測量穩(wěn)定性和精確度的基于普克爾效應(yīng)的雙晶體光學電壓傳感單元。
[0004]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器，包括通過保偏光纖連接的傳感單元和光路單元，所述光路單元包括依次連接的光源、環(huán)形器、Y波導調(diào)制器和偏振光分束器，所述環(huán)形器還通過光電探測器與數(shù)字信號處理器連接，其中:
[0006]所述傳感單兀包括45°法拉第旋光器、金屬電極和電光晶體,所述45°法拉第旋光器的一端通過保偏光纖與光路單元的偏振光分束器連接，其另一端與電光晶體的一個通光面連接，該通光面上先鍍有一透明導電膜、再粘貼一金屬電極，該金屬電極上設(shè)有供光束通過的光孔；所述電光晶體的另一通光面上先鍍有一反射膜、再粘貼一金屬電極。
[0007]進一步地，所述電光晶體的通光方向與傳感單元的通電場方向相平行。
[0008]進一步地，所述電光晶體為鍺酸鉍晶體沿感應(yīng)主軸方向進行定向切割而成的圓柱體結(jié)構(gòu)。
[0009]進一步地，所述光源發(fā)出的光經(jīng)過環(huán)形器后進入Y波導調(diào)制器，分成兩束偏振光，其中一束旋轉(zhuǎn)90°后與另一束一同進入偏振光分束器沿著保偏光纖的兩個傳輸模式傳輸；所述偏振光分束器將兩束偏振光調(diào)整成正交線偏振光后通過保偏光纖傳至傳感單元的45°法拉第旋光器,正交線偏振光經(jīng)過45°法拉第旋光器后偏振方向旋轉(zhuǎn)了 45° ,然后通過金屬電極上的通光孔和透明導電膜進入電光晶體，沿著電光晶體的兩個感應(yīng)主軸方向傳播，被反射膜反射后再次經(jīng)過電光晶體、透明導電膜和金屬電極上的通光孔后傳至45°法拉第旋光器，正交線偏振光的偏振方向再次旋轉(zhuǎn)45° ,實現(xiàn)了正交線偏振光的模式互換，并且攜帶有總相位差的正交線偏振光沿原光路返回，在Y波導調(diào)制器中發(fā)生干涉后，經(jīng)過環(huán)形器進入光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并由數(shù)字信號處理器進行信號處理后輸出。
[0010]進一步地，所述傳感單元在電場的作用下，使正交線偏振光通過電光晶體后產(chǎn)生相位差Φ，該正交線偏振光經(jīng)反射膜反射再次通過電光晶體后再次產(chǎn)生相位差Φ，累計產(chǎn)生總相位差為2 Φ，所述相位差Φ通過下式求得:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器，包括通過保偏光纖連接的傳感單元和光路單元，所述光路單元包括依次連接的光源、環(huán)形器、Y波導調(diào)制器和偏振光分束器，所述環(huán)形器還通過光電探測器與信號處理單元連接，其特征在于: 所述傳感單兀包括45°法拉第旋光器、金屬電極和電光晶體,所述45°法拉第旋光器的一端通過保偏光纖與光路單元的偏振光分束器連接，其另一端與電光晶體的一個通光面連接，該通光面上先鍍有一透明導電膜、再粘貼一金屬電極，該金屬電極上設(shè)有供光束通過的光孔；所述電光晶體的另一通光面上先鍍有一反射膜、再粘貼一金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器，其特征在于: 所述電光晶體的通光方向與傳感單元的通電場方向相平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器，其特征在于:所述電光晶體為鍺酸鉍晶體沿感應(yīng)主軸方向進行定向切割而成的圓柱體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器，其特征在于: 所述光源發(fā)出的光經(jīng)過環(huán)形器后進入Y波導調(diào)制器，分成兩束偏振光，其中一束旋轉(zhuǎn)90°后與另一束一同進入偏振光分束器沿著保偏光纖的兩個傳輸模式傳輸；所述偏振光分束器將兩束偏振光調(diào)整成正交線偏振光后通過保偏光纖傳至傳感單元的45°法拉第旋光器，正交線偏振光經(jīng)過45°法拉第旋光器后偏振方向旋轉(zhuǎn)了 45° ,然后通過金屬電極上的通光孔和透明導電膜進入電光晶體，沿著電光晶體的兩個感應(yīng)主軸方向傳播，被反射膜反射后再次經(jīng)過電光晶體、透明導電膜和金屬電極上的通光孔后傳至45°法拉第旋光器，正交線偏振光的偏振方向再次旋轉(zhuǎn)45°，實現(xiàn)了正交線偏振光的模式互換，并且攜帶有總相位差的正交線偏振光沿原光路返回，在Y波導調(diào)制器中發(fā)生干涉后，經(jīng)過環(huán)形器進入光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并由數(shù)字信號處理器進行信號處理后輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器，其特征在于: 所述傳感單元在電場的作用下，使正交線偏振光通過電光晶體后產(chǎn)生相位差0，該正交線偏振光經(jīng)反射膜反射再次通過電光晶體后再次產(chǎn)生相位差0，累計產(chǎn)生總相位差為20，所述相位差0通過下式求得:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向調(diào)制互易型光學電壓傳感器，其特征在于:所述信號處理單元包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和中央處理器。
【文檔編號】G01R19/00GK103777056SQ201310676887
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】張朝陽, 雷林緒, 溫海燕, 李傳生, 孫海江 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院