本发明专利技术提供一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器，所述传感器包括光学传感头(1)、探头(6)、探头支撑(2)、光纤引出法兰(3)和光纤保护盒(4)；所述光纤引出法兰(3)两端分别安装高度可调的所述探头支撑(2)、所述探头支撑(2)固定的所述探头(6)、和粘接在所述探头(6)端面中心的所述光学传感头(1)以及所述光纤保护盒(4)；所述探头(6)、所述探头支撑(2)、所述光纤引出法兰(3)以及所述光纤保护盒(4)的轴线重合。这种传感器体积小、重量轻、成本低、电气性能优越，能够测量上限频率可达GHz，下限频率能测量准直流信号，相较目前采用其他原理制作的VFTO测量传感器上限频率MHz，下限频率几十Hz具有明显优势。
【技术实现步骤摘要】
：本专利技术涉及一种传感器，具体讲涉及一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器。
技术介绍
：高压输电领域广泛应用的气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear，GIS)具有占地面积小、维护工作量少、绝缘性能优良、可靠性高等优点。操作时，GIS中的隔离开关、接地开关和断路器的动作速度较低，会发生触头间隙重复击穿，产生幅值较高，陡度很大，频率最高可达GHz的特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage，VFTO)，严重时可导致GIS和变压器设备的损坏。同时VFTO引起的地电位抬升，会导致变电站二次设备的损坏。VFTO现象复杂，随机性强，主要应通过试验获取其特性。目前，测量VFTO的方法主要有电容传感器、电场探头和套管末屏法。但是电容传感器法的测量带宽低；电场探头法的测量点标定容易受现场环境影响；套管末屏法的测量精度较低且测点受限。
技术实现思路
：为了克服现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提出了一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器，利用偏振光在外电场的作用下经过Pockels晶体时，其偏振角度将发生变化的原理，通过光学元件，将角度变化转化为光强的变化，从而实现待测场强值与光强值的对应，用于测量GIS中隔离开关动作产生的VFTO信号，分析VFTO的特征参数，研究VFTO的传播特性。本专利技术提供的技术方案是：一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器，其结构在于：所述传感器包括光学传感头(1)、探头(6)、探头支撑(2)、光纤引出法兰(3)和光纤保护盒(4)；所述光纤引出法兰(3)两端分别安装高度可调的所述探头支撑(2)、所述探头支撑(2)固定的所述探头(6)、和粘接在所述探头(6)端面中心的所述光学传感头(1)以及所述光纤保护盒(4)；所述探头(6)、所述探头支撑(2)、所述光纤引出法兰(3)以及所述光纤保护盒(4)的轴线重合。优选的，所述光学传感头(4)包括长方体形BGO晶体(13)、分别粘接在所述BGO晶体(13)两侧的1/4波片(12)和检偏器(14)、粘接在所述1/4波片(12)另一侧的起偏器(11)、粘接在所述起偏器(11)另一侧输入端的第一光纤准直器(101)、与所述第一光纤准直器(101)另一端连接的发光二极管LED(106)、分别粘接在所述检偏器(14)反射端和透射端的第二光纤准直器(102)和第三光纤准直器(103)。进一步，所述发光二极管LED(106)通过光纤与所述第一光纤准直器(101)的输入端连接，所述第一光纤准直器(101)将入射光转变为平行光，通过所述起偏器(11)形成线偏振光又经所述1/4波片(12)分解为两束振动方向相互垂直、相差为90℃的线偏振光并入射到所述BGO晶体(13)上，经过BGO晶体(13)产生由高压电场引起的相差，最后将所述BGO晶体(13)的两路出射光通过所述检偏器(14)由相位变化转化成光强度变化，再分别通过第二光纤准直器(102)、第三光纤准直器(103)经光纤(107)传输至二次光学元件中。进一步，所述发光二极管LED(106)为小型密封的带尾纤光纤的高辐射率的发光二极管LED(106)；所述发光二极管LED(106)发出中心波长为850nm，频谱宽度小于70μm的红外光；所述红外光的中心波长变化不超过2nm，所述发光二极管LED(106)的温度变化不超过5℃。进一步，所述BGO晶体的透光区为0.37μm*0.37μm，厚度0.63μm。优选的，连接所述光学传感头(1)的光纤(5)穿过所述探头(6)和所述探头支撑(2)经光纤引出法兰(2)引出至光纤保护盒(4)内，再经光纤保护盒(4)端部的法兰盘引出。进一步，所述光纤引出法兰(3)的中心设有通孔，所述光纤引出法兰(3)与所述探头支撑(2)连接端的端面四周设有一圈环绕所述探头支撑(2)且与所述光纤引出法兰(2)同轴的环状凹槽(8)。进一步，光纤(5)外部套有金属管(7)，所述光纤(5)与金属管(7)之间通过金属焊料焊接在一起，所述金属管(7)穿过光纤引出法兰(3)中心的通孔(9)将所述光纤(5)引出；所述通孔(9)与所述金属管(7)之间的空隙采用353ND双组份环氧树脂胶灌封固化。进一步，所述光纤(5)为尾纤经过金属化封装后形成的金属化光纤(5)。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的传感器体积小、重量轻、成本低、电气性能优越；(2)光学VFTO传感头通过探头、探头支撑固定，探头支撑高度可调，设计灵活、简单，容易安装维护；(3)本专利技术的光纤引出法兰的光纤引出方法采用光纤金属化封装技术，该技术避免了因GIS腔体与外界环境存在的气压差所造成的光纤引出端气体泄漏，确保了GIS系统的抗压强度和绝缘性能。(4)本专利技术的光纤引出法兰的端部四周设有一圈凹槽，在安装时此凹槽可安置密封圈，确保了GIS腔体的气密性。(5)本专利技术的光学传感头能测量上限频率达GHz，下限频率达准直流信号的VFTO信号，相较目前采用其他原理制作的VFTO测量传感器上限频率MHz，下限频率几十Hz具有明显优势。附图说明：图1为VFTO光学传感器纵剖面结构示意图；图2为光学传感头的内部结构原理图；图3为光纤引出法兰的纵剖面结构图。其中：1-光学传感头、2-探头支撑、3-光纤引出法兰、4-光纤保护盒、5-光纤、6-探头、7-金属管、8-凹槽、9-通孔。具体实施方式：为了更好地理解本专利技术，下面结合说明书附图和实例对本专利技术的内容做进一步的描述：本专利技术所采用的光学VFTO测量传感器如图1所示：包括光学传感头(1)、探头支撑(2)、光纤引出法兰(3)、光纤保护盒(4)、光纤(5)、探头(6)；光纤引出法兰(3)、光纤保护盒(4)、探头支撑(2)以及探头(6)的轴线重合；光纤(5)与光学传感头(1)连接，穿过探头(6)和探头支撑(2)经光纤引出法兰(2)引出至光纤保护盒(4)内，再经光纤保护盒(4)端部的法兰盘引出。光学传感头内部结构示意图如图2所示：传感头采用Pockels电光效应的横向调制结构；采用密封、小型并带尾纤光纤的高辐射率的LED(106)，其中心波长为850nm，频谱宽度小于70μm。Pockels效应电光晶体采用BGO晶体(13)，BGO晶体(13)的两侧分别粘接1/4波片(12)、起偏器(11)和检偏器(14)，第一光纤准直器(1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器，其特征在于：所述传感器包括光学传感头(1)、探头(6)、探头支撑(2)、光纤引出法兰(3)和光纤保护盒(4)；所述光纤引出法兰(3)两端分别安装高度可调的所述探头支撑(2)、所述探头支撑(2)固定的所述探头(6)、和粘接在所述探头(6)端面中心的所述光学传感头(1)以及所述光纤保护盒(4)；所述探头(6)、所述探头支撑(2)、所述光纤引出法兰(3)以及所述光纤保护盒(4)的轴线重合。
【技术特征摘要】
1.一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器，其特征在于：所述传感
器包括光学传感头(1)、探头(6)、探头支撑(2)、光纤引出法兰(3)和光纤
保护盒(4)；所述光纤引出法兰(3)两端分别安装高度可调的所述探头支撑(2)、
所述探头支撑(2)固定的所述探头(6)、和粘接在所述探头(6)端面中心的所
述光学传感头(1)以及所述光纤保护盒(4)；
所述探头(6)、所述探头支撑(2)、所述光纤引出法兰(3)以及所述光纤
保护盒(4)的轴线重合。
2.如权利要求1所述的一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器，其
特征在于：
所述光学传感头(4)包括长方体形BGO晶体(13)、分别粘接在所述BGO
晶体(13)两侧的1/4波片(12)和检偏器(14)、粘接在所述1/4波片(12)
另一侧的起偏器(11)、粘接在所述起偏器(11)另一侧输入端的第一光纤准直
器(101)、与所述第一光纤准直器(101)另一端连接的发光二极管LED(106)、
分别粘接在所述检偏器(14)反射端和透射端的第二光纤准直器(102)和第三
光纤准直器(103)。
3.如权利要求2所述的一种基于Pockels效应的光学VFTO测量传感器，其
特征在于：
所述发光二极管LED(106)通过光纤与所述第一光纤准直器(101)的输入
端连接，所述第一光纤准直器(101)将入射光转变为平行光，通过所述起偏器
(11)形成线偏振光又经所述1/4波片(12)分解为两束振动方向相互垂直、相差
为90℃的线偏振光并入射到所述BGO晶体(13)上，经过BGO晶体(13)产生
由高压电场引起的相差，最后将所述BGO晶体(13)的两路出射光通过所述检偏
器(14)由相位变化转化成光强度变化，再分别通过第二光纤准直器(102)、第
三光纤准直器(103)经光纤(107)传输至二次光学元件中。
【专利技术属性】
技术研发人员：邱进，吴士普，陈江波，谭金权，张峰，汪本进，王玲，毛安澜，徐思恩，费烨，陈晓明，冯宇，李璿，周翠娟，黄琴，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，南瑞航天北京电气控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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