基于光学的电压感测设备和方法技术

公开了一种测量电场中的波动的方法，所述方法包括以下步骤：放置与电场通信的液晶设备，所述设备具有对外部电场的不同的正交偏振灵敏度；利用具有已知偏振状态的光学探测波束来询问液晶设备的液晶以产生响应波束；以及分析响应波束的偏振状态以提供电场中的对应波动的指示符。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将电感测信号转换成光信号的电光换能器的领域，具体地，公开了一种光学电压检测器，其利用液晶材料的受控折射率响应来感测电场中的改变。 参考文献 Sanders, G. A., Blake, J. N., Rose, A. H., Rahmatian, F., Herdman C., “Commercialization of fiber-optic current and voltage sensors at NxtPhase”, OFS-15, Proc.  31- 34, (2002). Laming, R.I., Payne, D.N., “Electric current sensors employing spun highly birefringent optical fibers”, Journal of Lightwave Technology, 5, 2084-2094, (1989). Beresnev, L. A., Chigrinov, V. G., Dergachev, D. I., Poshidaev, E. P., FünfschillingJ.  & Schadt M. “Deformed helix ferroelectric liquid crystal display: A new electrooptic mode in ferroelectric chiral smectic liquid crystals”, Liquid Crystals, 5:4, 1171-1177 (1989). Ostrovskii, B.I.; Chigrinov, V.G., “Linear electrooptic effect in chiral smectic C liquid crystals” Kristallografiya, vol.25 (3), 560-567 (1980). Chigrinov, V.G., Baikalov, V.A., Pozhidaev, E.P., Blinov, L.M., Beresnev, L.A., Allagulov, A.A., “Flexoelectric polarization of ferroelectric smectic liquid crystal”, Sov. phys. JETP, Vol. 88, 2015-2024 (1985). Kiselev,A.D., Pozhidaev,E.P., Chigrinov,V.G., Hoi-Sing Kwok, “Polarization-gratings approach to deformed-helix ferroelectric liquid crystals with subwavelength pitch”, Phys. Rev. E., vol. 83 (3), 031703 (2011). Brodzeli, Z. ;Bal, H.K. ; Chigrinov, V. ; Murauski, A. ; Ladouceur, F. “Electrical energy harvesting device for current/voltage fibre-based sensors”, Optical Fibre Technology (ACOFT), 2010 35th Australian Conference on Fibre Technology,  1-2, (2010). Zhang,B., Li,K., Chigrinov,V., Kwok,H.S., Huang,H.C., “Application of Photoalignment Technology to Liquid-Crystal-on-Silicon Microdisplays,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 44, (6A), 3983-3991, (2005)。
技术介绍
贯穿本说明书对
技术介绍
的任何讨论都决不应认为是承认这样的技术是广泛已知的或者形成本领域公知常识的一部分。 对准确感测的需求是现代社会中的重要资源。对电场强度及其类似物中的改变的感测是重要的任务。 例如，大规模电力分配周期的最重要的方面之一是针对每个兴趣点测量能量的量和质量的能力。因此，针对高功率分配系统提供低成本和高准确性电压测量技术存在高度重要性。 现今的电流和电压感测技术（诸如前述的Sanders等人的参考文献中所描述的那些）基于复杂、大且昂贵的电气方法。 已经提出了多种基于光纤的电流和电压传感器（例如归于Laming等人的那些），但是它们由于复杂性和高成本而限制了商业上的成功。 将期望在多个（分布式）点处提供对高达比如400kV/m电场的场的直接电场测量。 感测在其他环境中也是重要的。具体地，水中的压力感测（水听器和声纳）、对管道中的气体和流体（诸如水或油相关产品）的流动的监视、对大气中具体气体的侵蚀的监视和存在的检测是高度相关的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改进的基于光学的电压感测设备或电光换能器。 根据本专利技术的第一方面，提供了一种测量电场中的波动的方法，所述方法包括以下步骤：放置与电场通信的液晶设备，所述设备具有其双折射率以及其对外部电场敏感的光轴的方向；利用具有已知偏振状态的光学探测波束来询问液晶设备的液晶以产生响应波束；以及分析响应波束的偏振状态以提供对电场中的相应波动的指示符。 所述液晶设备可以是在反射模式中被光学探测的。所述液晶设备优选地利用变形螺旋铁电液晶（DHF-LC）液晶材料。所述液晶设备可以经由电极互连到天线设备，以用于扩大所述液晶设备经历的电场。所述光学探测波束可以经由单模纤维而馈送到所述液晶设备。 根据本专利技术的另一方面，提供了一种电压传感器，包括：光学输入探测器，用于输入具有预定偏振状态的光学探测波束；与电场通信且具有内部材料的液晶设备，所述内部材料具有其双折射率以及其对外部电场敏感的光轴的方向，所述设备连接到所述光学输入探测器，以将光学探测波束透射通过内部材料以产生具有更改的偏振状态的光学输出波束；光学输出探测器，用于感测所述输出波束；以及偏振状态感测设备，用于感测输出波束的更改的偏振状态，并由此确定与电场的状态的相互关系。 在一些实施例中，内部材料可以包括变形螺旋铁电液晶（DHF-LC）。所述液晶设备可以在反射模式中操作，其中，光学输入探测器也形成光学输出探测器。该设备还可以包括天线设备，其连接到所述液晶设备，以用于扩大所述内部材料经历的电场。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量电场中的波动的方法，所述方法包括以下步骤：放置与电场通信的液晶设备，所述设备具有其液晶双折射率以及对外部电场敏感的光轴的方向；利用具有已知偏振状态的光学探测波束来询问液晶设备的液晶以产生响应波束；以及分析响应波束的偏振状态以提供电场中的对应波动的指示符。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.25 AU 20129002961.一种测量电场中的波动的方法，所述方法包括以下步骤：
放置与电场通信的液晶设备，所述设备具有其液晶双折射率以及对外部电场敏感的光轴的方向；
利用具有已知偏振状态的光学探测波束来询问液晶设备的液晶以产生响应波束；以及
分析响应波束的偏振状态以提供电场中的对应波动的指示符。
2.如权利要求1所述的测量电场中的波动的方法，其中，所述液晶设备是在反射模式中被光学探测的。
3.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述液晶设备利用变形螺旋铁电液晶（DHF-LC）液晶材料。
4.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述液晶设备经由电极互连到天线设备，以用于扩大液晶设备经历的电场。
5.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述液晶设备经由电极互连到压电传感器设备，以用于感测环境中的振动和/或压力。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述压电传感器由放大器来放大。
7.如前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述液晶设备经由电极互连到气体泄漏检测器，以用于感测环境中气体的存在。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述气体泄漏检测器由放大器来放大。
9.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述光学探测波束经由单模纤维而馈送到所述液晶设备。
10.一种将电信号转换成光信号的传感器，包括：
光学输入探测器，用于输入具有预定偏振状态的光学探测波束；
一对电极，用于将电压差转换成电场；
与电场通信的液晶设备，具有其液晶双折射率以及对外部电场敏感的光轴的方向，所述设备连接到所述光学输入探测器，以将光学探测波束透射通过内部液晶材料以产生具有更改的偏振状态的光学输出波束；
光学输出探测器，用于感测所述输出波束；以及
偏振状态感测设备，用于感测输出波束的更改的偏振状态，并由此确定与电场的状态的相互关系。
11.如权利要求10所述的将电信号转换成光信号的传感器，其中，内部液晶包括变形螺旋铁电液晶（DHF-LC）。
12.如前述权利要求10或11中任一项所述的将电信号转换成光信号的传感器，其中，所述液晶设备是在反射模式中操作的，其中光学输入探测器也形成光学输出探测器。
13.如前述权利要求10至12中任一项所述的将电信号转换成光信号的传感器，还包括：
天线设备，其连接到所述液晶设备，以用于扩大所述内部液晶材料经历的电场。
14.如前述权利要求10至13中任一项所述的将电信号转换成光信号的传感器，还包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：Z布罗德泽里，L斯维斯特里，AM米奇伊，V奇格里诺夫，E波兹希达伊夫，F拉道塞尤，
申请(专利权)人：新南方创新股份有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU