【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高压电力装备强电场测量领域，尤其是一种基于光纤消逝场原理及电光效应相耦合的光纤电场传感器。
技术介绍
1、电场测量在电力系统、电磁兼容、电力装备、航空航天等领域都有广泛的应用需求。例如，在高压电力领域需要对输电线路的运行电压和各种异常过电压进行监测，对变电站环境中的各类瞬态电场进行测量，对绝缘子、均压环等各类高压设备周围或表面电场进行测量。各类型电场的强度和频率分布广泛，强度分布范围可从1v/m到10mv/m，频率范围可由直流到10ghz。
2、传统电场传感器主要是依靠金属电极来感应电场，这种传感器存在尺寸大、灵敏度低、响应慢、对被测电场扰动大等缺点，不适用当前现场测试需求。现有的基于电光效应的电场传感器以其全介质不含金属部件、结构简单、体积小、集成度高、响应迅速、灵敏度高等优点获得广泛关注并被开发运用到实际中。当前主流的基于电光效应的电场传感器主要有分离元件式和集成光波导式两种，其中分离元件式传感器含有多个分离光学元件，稳定性易受振动、温度和应力等外界因素的影响，最小尺寸受到实现明显相移所需晶体长度的限制；集成光波导式工艺复杂、成本较高且测量范围较小，最小尺寸受到y结波导辐射损耗的限制，这两种类型的电场传感器的最小尺寸均受到限制难以进一步小型化以适应现场测试需求。
3、本专利技术提出了一种基于光纤消逝场效应及电光效应相耦合的光纤电场传感器，并给出了对应的传感器校准方法。相比传统分离式及集成光波导式光纤电场传感器本专利技术所构造的传感器尺寸更小，测量电场上限值更高，位置分辨率更高，能满足严苛
技术实现思路
1、针对现有电场传感器存在的问题，本专利技术提供了一种基于光纤消逝场及电光效应相耦合的光纤电场传感器的制备方法及校准方法。
2、其中传感器制备方法包括以下步骤：
3、步骤一：d型光纤的制备及获取；
4、步骤二：平板波导的制备；
5、步骤三：平板波导与d型光纤的粘接；
6、步骤四：传感器的封装。
7、进一步，所述步骤一：d型光纤的制备及获取可以采用三种方法，其一选购成熟的d型光纤产品，其二采用常规光纤进行抛磨、去除部分包层形成d型平面，其三采用氢氟酸腐蚀部分光纤包层，形成d型平面。选用光纤侧面抛磨和氢氟酸腐蚀这两个路线均需采用辅助手段严格控制包层去除的厚度及抛磨或腐蚀平面的平整度。
8、进一步，所述步骤二：平板波导的制备，平板波导常用的材料有铌酸锂晶体、硅酸铋晶体、偏硼酸钡晶体、磷酸二氢钾、电光聚合物等，本专利技术一般选用铌酸锂晶体。根据所设计的传感器尺寸确定光纤d型抛面的长度及平板波导的尺寸，一般采用切割及抛磨的方式获得所需尺寸的平板波导。
9、进一步，所述步骤三：平板波导与d型光纤的粘接，粘接剂选用uv光胶，为了保证光纤与平板波导的最佳耦合，需要采用光谱分析仪实时监测耦合情况。先将光胶涂覆在抛磨后的d型光纤平面上，将平板波导放置在光纤平面上，边移动边监测光谱分析仪输出结果，直到实现最佳耦合时，采用紫外灯照射使其uv光胶固化从而将平板波导固定在光纤上。
10、进一步，所述步骤四：传感器的封装，因为传感器采用去除部分包层的光纤制成，其易碎，易受污染，为了便于实际应用需要将其封装起来，采取封装的措施可以在实际现场测试操作过程中保护光纤，提高传感器的可靠性，本专利技术采用fr4板材来封装传感器，首先根据传感器的尺寸在fr4板上开出深度略大于传感器厚度的凹槽，凹槽长度需保证能将传感区域及传感区域两侧的光纤都包含其中，之后采用环氧树脂浇注固化。
11、传感器的校准方法包括以下两个方面，分别是激光器的现场校准和传感器的现场校准。
12、其中激光器的现场校准主要包含以下步骤：
13、步骤一：按图2所示光纤电场传感器校准接线图将各设备连接；传感器固定于测试电极之间；
14、步骤二：调节信号发生器，在电极极板上施加一个单频正弦电压；
15、步骤三：把激光器调节到所需波长范围内的一个固定波长，示波器采集传感器输出信号；
16、步骤四：重复测量n次，计算输出信号幅值的平均值，确定为此波长下的信号输出幅值λ1；
17、步骤五：按步长m调整激光器波长，按前述步骤重复测量并确定对应波长下的输出信号幅值，直至达到所需波长范围内波长的最大值。
18、步骤六：对比所需波长范围内各个波长对应的信号输出幅值，选取输出幅值最大的波长作为激光器的最佳波长。
19、其中传感器的现场校准主要包含以下步骤：
20、步骤一：按传感器校准接线图，将各设备连接；传感器固定于测试电极之间；
21、步骤二：将激光器调谐到最佳波长；
22、步骤三：测试电极上不加电压，示波器采集并记录无外施电场下传感器的输出信号幅值，重复测量n次，取平均值，记作v0；
23、步骤四：调节函数发生器输出特定频率的正弦电压，通过示波器采集并记录输出信号的幅值，重复测量n次，取平均值，记作v；
24、步骤五：计算外施电场e＝u/d，u为经放大器后的函数发生器输出值，d为电极两极板之间的间距；
25、步骤六：计算传感器传感系数c＝(v-v0)/e
26、相比现有技术，本专利技术的有益效果是：本专利技术制备的基于光纤消逝场及电光效应相耦合的光纤电场传感器相比传统分离式及集成光波导式光纤电场传感器理论尺寸更小，无复杂光学器件、构造及装配更为简单，平板波导可根据具体需求更换不同类型的电光晶体或电光聚合物，理论电场测量上限更高，位置分辨率更高，经封装后可靠性强，环境适应性更强能够满足严苛环境场景下的强电场测量，具有广阔的应用场景。
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1.一种基于光纤消逝场原理及电光效应相耦合的光纤电场传感器。其特征在于，主要包含消逝场型光纤电场传感器制备方法和消逝场型光纤电场传感器校准方法，其中消逝场型光纤电场传感器校准方法又包含激光器现场校准及传感器现场校准。
2.如专利要求1所示的消逝场型光纤电场传感器校准方法包含一套消逝场型光电电场传感器现场校准系统，其特征在于，包含函数发生器、放大器、激光器、电缆、测试用平板电极、光电探测器、跨阻抗放大器、示波器、光纤等。其中函数发生器经放大器后与测试平板电极的上下极板相连，平板电极采用铜板制成，为校准提供外施电场；激光器通过光纤与传感器相连，传感器输出连接光电探测器再连接跨阻抗放大器从而将光信号转化为电压信号，最后接入示波器。另一路将函数发生器的信号直接示波器，便于传感器输入与输出信号的对比。
3.如专利要求1所述的一种基于光纤消逝场原理及电光效应相耦合的光纤电场传感器，包含一种消逝场型光纤电场传感器的激光器现场校准方法，其特征在于，包含以下具体步骤：
4.如专利要求1所述的一种基于光纤消逝场原理及电光效应相耦合的光纤电场传感器，包含一种消逝场型
...【技术特征摘要】
1.一种基于光纤消逝场原理及电光效应相耦合的光纤电场传感器。其特征在于，主要包含消逝场型光纤电场传感器制备方法和消逝场型光纤电场传感器校准方法，其中消逝场型光纤电场传感器校准方法又包含激光器现场校准及传感器现场校准。
2.如专利要求1所示的消逝场型光纤电场传感器校准方法包含一套消逝场型光电电场传感器现场校准系统，其特征在于，包含函数发生器、放大器、激光器、电缆、测试用平板电极、光电探测器、跨阻抗放大器、示波器、光纤等。其中函数发生器经放大器后与测试平板电极的上下极板相连，平板电极采用铜板制成，为校准提供外施电...
【专利技术属性】
技术研发人员：马雪娟，尚鹏辉，简贤，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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