光学雷电流测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光学雷电流测量系统，包括：信号采集处理装置，其包括可编程逻辑器件、激光功率控制电路、保偏激光器、激光功率探测器、跨阻放大电路，模数转换电路及输出网口电路，激光功率控制电路接收可编程逻辑器件发出的指令并控制保偏激光器输出稳定的线偏振激光，激光功率探测器、跨阻放大电路、模数转换电路、可编程逻辑器件和输出网口电路依次连接；感应装置，其包括第一准直器、起偏器、磁光晶体、检偏器及第二准直器；连接保偏激光器和第一准直器的第一光纤；连接第二准直器和激光功率探测器的第二光纤。本发明专利技术的感应装置没有金属成分，绝缘性好，安全性能和测量准确性高，信号采集处理装置可将处理结果传输至远端，有效地减小干扰、冲击等影响。

【技术实现步骤摘要】
光学雷电流测量系统及测量方法
本专利技术属于光电
，具体属于一种光学雷电流测量系统及测量方法，以解决现有技术中利用金属线圈进行雷电流测量而产生的安全问题以及影响雷电流测量准确性的问题。
技术介绍
雷电是一种常见的自然现象，高空带电云层的强烈放电现象在短时间内会释放出巨大的能量，产生巨大的回击电流和电磁脉冲辐射。雷电过程所释放的能量会对建筑物或电力、石化、通讯、交通、航空、微电子等行业的各种系统造成破坏，甚至还会导致二次伤害，所以，对雷电进行准确测量在雷电防护中是至关重要的技术。目前，国内外测量雷电流的方法普遍基于电磁感应原理，利用罗氏线圈感应雷电流来进行雷电释放过程时对大电流的测量。在这个过程中，雷电流往往动辄数十千安，甚至超过二百千安，这就要求用于感应的线圈具有非常高的绝缘性能，否则感应装置会变成引电装置，对人员或设备造成极大危害。此外，线圈具有磁饱和以及磁滞效应的局限性，这种非线性的特性对雷电流测量的准确性也存在较大影响。所以，设计和开发不含金属成分的绝缘性好的雷电流感应装置在雷电流测量和雷电流防护方面具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种光学雷电流测量系统及测量方法，可以解决现有测量雷电流技术中以金属线圈作为感应装置带来的安全问题、线圈的非线性特性影响测量准确性的问题以及测量装置在雷电发生区域易受干扰和冲击的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供的光学雷电流测量系统，包括：信号采集处理装置，其包括可编程逻辑器件、激光功率控制电路、保偏激光器、激光功率探测器、跨阻放大电路，模数转换电路及输出网口电路，所述激光功率控制电路接收所述可编程逻辑器件发出的指令并控制所述保偏激光器输出稳定的线偏振激光，所述激光功率探测器的输出端与所述跨阻放大电路的输入端相连，所述跨阻放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端相连，所述模数转换电路的输出端与所述可编程逻辑器件的输入端相连，所述可编程逻辑器件与输出网口电路相连；感应装置，其包括第一准直器、起偏器、磁光晶体、检偏器及第二准直器，所述保偏激光器输出的线偏振激光依次经过第一准直器、起偏器、磁光晶体、检偏器及第二准直器后到达所述激光功率探测器；第一光纤，其连接所述保偏激光器和所述第一准直器，用于接收所述保偏激光器输出的线偏振激光并输出至所述第一准直器；第二光纤，其连接所述第二准直器和所述激光功率探测器，用于接收所述第二准直器输出的线偏振激光并输出至所述激光功率探测器。进一步地，所述保偏激光器输出的线偏振激光的偏振方向与所述第一光纤的快轴方向一致。进一步地，所述起偏器的偏振化方向与所述第一光纤的快轴方向一致。进一步地，所述检偏器的偏振化方向与所述第二光纤的快轴方向一致且与所述起偏器的偏振化方向形成一夹角。优选地，所述检偏器的偏振化方向与所述起偏器的偏振化方向之间形成45°的夹角。进一步地，所述第一光纤的快轴方向和所述第二光纤的快轴方向形成45°的夹角。进一步地，所述第一光纤为熊猫型保偏光纤或椭圆型保偏光纤或领结型保偏光纤，所述第二光纤为熊猫型保偏光纤或椭圆型保偏光纤或领结型保偏光纤。进一步地，所述第一准直器的输入为所述第一光纤输出的线偏振激光，输出为平行线偏振激光。进一步地，所述磁光晶体为钇铁石榴石或铽镓石榴石或铽铝石榴石。同时，本专利技术还提供光学雷电流测量方法，其中：利用可编程逻辑器件向激光功率控制电路发出指令；激光功率控制电路对光功率进行闭环控制，控制保偏激光器输出稳定的线偏振激光，所述线偏振激光通过第一光纤传输至感应装置；利用激光功率探测器接收感应装置输出的线偏振激光，并将光功率转换为模拟电流信号；利用跨阻放大电路将所述激光功率探测器输出的模拟电流信号转换为模拟电压信号并进行放大；利用模数转换电路将所述跨阻放大电路输出的模拟电压信号转换为数字信号；利用可编程逻辑器件对所述模数转换电路输出的数字信号进行计算处理，得到雷电流参数及雷电流波形；利用输出网口电路将所述雷电流参数及雷电流波形输出至远端。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：第一，本专利技术的测量系统中感应装置采用磁光晶体取代现有的罗氏线圈，当雷电流产生的磁场作用于磁光晶体时，外加磁场使穿过磁光晶体的线偏振激光的偏振方向发生旋转，通过感应装置输出的透射的线偏振激光的光功率就能够测量出产生施加于感应装置的磁场的雷电流的大小，这种感应装置没有任何的金属成分，绝缘性能好，安全性能高，对于测量高达200KA的雷电流，具有显著的优势；第二，本专利技术采用磁光晶体，克服了现有线圈自身的磁饱和特性以及磁滞效应的非线性对雷电流测量精确性的影响，从而提高测量结果的准确性；第三，本专利技术的测量系统采用与感应装置通过光纤连接的信号采集处理装置，该装置利用跨阻放大电路、模数转换电路、可编程逻辑器件和输出网口电路对激光功率探测器输出的电流进行后续处理，不仅能得到雷电流波形，而且可以计算获得重要的参数数据等，并可通过输出网口电路送至远端查看或进行所需的应用，传输距离可达数公里，可远离雷电流作用区域，有效地减少干扰及冲击等影响。附图说明图1为本专利技术的光学雷电流测量系统的结构框图；图2为本专利技术的光学雷电流测量系统的信号传递图；图3为本专利技术的光学雷电流测量系统的感应装置的组成示意图；图4为本专利技术的光学雷电流测量方法的流程图。其中附图标记说明如下：1为信号采集处理装置；11为可编程逻辑器件；12为激光功率控制电路；13为保偏激光器；14为激光功率探测器；15为跨阻放大电路；16为模数转换电路；17为输出网口电路；2为感应装置；21为第一准直器；22为起偏器；23为磁光晶体；24为检偏器；25为第二准直器；3为第一光纤；4为第二光纤。具体实施方式下面结合附图通过特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，本领域技术人员在不背离本专利技术的精神下可以进行各种类似推广和替换。第一实施例本专利技术的光学雷电流测量系统，如图1所示，包括：信号采集处理装置1，其包括可编程逻辑器件11(ProgrammableLogicDevice，简称PLD)、激光功率控制电路12、保偏激光器13、激光功率探测器14、跨阻放大电路15，模数转换电路16及输出网口电路17，其中激光功率控制电路12接收可编程逻辑器件11发出的指令并控制保偏激光器13输出稳定的线偏振激光，激光功率探测器14的输出端与跨阻放大电路15的输入端相连，跨阻放大电路15的输出端与模数转换电路16的输入端相连，模数转换电路16的输出端与可编程逻辑器件11的输入端相连，可编程逻辑器件11与输出网口电路1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学雷电流测量系统，其特征在于，包括：/n信号采集处理装置，其包括可编程逻辑器件、激光功率控制电路、保偏激光器、激光功率探测器、跨阻放大电路，模数转换电路及输出网口电路，所述激光功率控制电路接收所述可编程逻辑器件发出的指令并控制所述保偏激光器输出稳定的线偏振激光，所述激光功率探测器的输出端与所述跨阻放大电路的输入端相连，所述跨阻放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端相连，所述模数转换电路的输出端与所述可编程逻辑器件的输入端相连，所述可编程逻辑器件与输出网口电路相连；/n感应装置，其包括第一准直器、起偏器、磁光晶体、检偏器及第二准直器，所述保偏激光器输出的线偏振激光依次经过第一准直器、起偏器、磁光晶体、检偏器及第二准直器后到达所述激光功率探测器；/n第一光纤，其连接所述保偏激光器和所述第一准直器，用于接收所述保偏激光器输出的线偏振激光并输出至所述第一准直器；/n第二光纤，其连接所述第二准直器和所述激光功率探测器，用于接收所述第二准直器输出的线偏振激光并输出至所述激光功率探测器。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学雷电流测量系统，其特征在于，包括：
信号采集处理装置，其包括可编程逻辑器件、激光功率控制电路、保偏激光器、激光功率探测器、跨阻放大电路，模数转换电路及输出网口电路，所述激光功率控制电路接收所述可编程逻辑器件发出的指令并控制所述保偏激光器输出稳定的线偏振激光，所述激光功率探测器的输出端与所述跨阻放大电路的输入端相连，所述跨阻放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端相连，所述模数转换电路的输出端与所述可编程逻辑器件的输入端相连，所述可编程逻辑器件与输出网口电路相连；
感应装置，其包括第一准直器、起偏器、磁光晶体、检偏器及第二准直器，所述保偏激光器输出的线偏振激光依次经过第一准直器、起偏器、磁光晶体、检偏器及第二准直器后到达所述激光功率探测器；
第一光纤，其连接所述保偏激光器和所述第一准直器，用于接收所述保偏激光器输出的线偏振激光并输出至所述第一准直器；
第二光纤，其连接所述第二准直器和所述激光功率探测器，用于接收所述第二准直器输出的线偏振激光并输出至所述激光功率探测器。


2.根据权利要求1所述的光学雷电流测量系统，其特征在于，所述保偏激光器输出的线偏振激光的偏振方向与所述第一光纤的快轴方向一致。


3.根据权利要求1所述的光学雷电流测量系统，其特征在于，所述起偏器的偏振化方向与所述第一光纤的快轴方向一致。


4.根据权利要求1所述的光学雷电流测量系统，其特征在于，所述检偏器的偏振化方向与所述第二光纤的快轴方向一致且与所述起偏器的偏振化方向形成一夹角。


5.根据权利要求4所述的光学雷电流测...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪亮，黄勇，彭耐，
申请(专利权)人：上海康阔光智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31