光纤电压传感器及其调节方法技术

本发明专利技术公开了一种光纤电压传感器及其调节方法。其中，该光线电压传感器包括激光器、光探头、第一偏振控制器、第二偏振控制器、快速偏振态检测器和电的高通滤波器；激光器用于将输入光通过第一偏振控制器传给光探头；光探头用于感应被测电压电场的变化，根据该感应到的变化将输入光处理后所得的输出光通过第二偏振控制器传给快速偏振态检测器；快速偏振态检测器用于将所述输出光由所述被测电压电场的变化引起偏振态变化转换为电信号，并将该电信号发给电的高通滤波器；高通滤波器用于滤除环境引起的偏振态变化。本发明专利技术利用主态原理，直接检测偏振态在邦加球赤道上的变化，有效的规避了晶体自然双折射的影响，有效地解决了温度稳定性问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电子
，尤其涉及一种。
技术介绍
在高电压、大电流和强功率的电力系统中，传统的电磁式电压传感器存在易受电 磁干扰、精度低、铁芯共振和滞后效应等一系列缺点，难以满足使用要求。由于光纤传感器 具有抗电磁干扰能力强、绝缘性好、动态范围大等优点，所以光纤传感器在高压电力监测系 统中有广泛的应用。现有的一类光纤电压传感器是功能型光纤传感器，光纤即作为感知电压的传感元 件，又作为传输光信号的传输线，属于这类传感器的有椭圆双模光纤电压传感器，其基本原 理是利用石英晶体的弹光效应，缺点是响应速度低，不能够快速响应电压的瞬变过程，使适 用范围受到限制；另一类是传输型光纤传感器，光纤的作用仅仅是完成对信号的传输，电压 对于光信号的调制是由其他元件完成，比如BGO晶体、铌酸锂调制器等。参考图1，图1是现有技术中一种利用BGO晶体的光纤电压传感器结构示意图，其 工作原理是激光器1发出的连续光经入射光纤送至自聚焦透镜2进行准直，变成一束空间光。 这束空间光经过起偏器3变为线偏振光，然后经过一个λ/4波片4变成圆偏振光。λ/4波 片4输出的圆偏振光进入BGO晶体5，这时其偏振方向将在电场的作用下发生旋转(泡克耳 斯效应)。在BGO晶体的出射端采用检偏器6对偏振旋转的角度进行检测，然后再用一个自 聚焦透镜7将空间光聚焦到光纤中。从自聚焦透镜2到自聚焦透镜7的部分构成了整个传 感器的光探头部分，只有这个光探头置于高压电场内。从光探头输出的光由光纤被送至光 电探测器8转换为电信号，完成了被测电压的检测。由于电场正比于外界的电压，检测到这 个电场也就可以换算出电压，从而它可以作为一种电压传感器。由于图1示出的传感器中在两个自聚焦透镜之间形成的空间光束要经历起偏器、 λ/4波片、BGO晶体、检偏器等多个光学元件，调整非常困难。为了降低调整的难度，光纤通 常采用多模光纤，自聚焦透镜常采用多模光纤的自聚焦透镜，这将影响检测精度。并且由于 BGO晶体不够理想而存在残余的自然双折射，晶体的偏振主轴受到温度的影响，起偏器与检 偏器的偏振方向不能够随之改变，从而引起严重的温度误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。一方面，本专利技术公开了一种光纤电压传感器，包括顺序设置的激光器、第一偏振控 制器、光探头、第二偏振控制器、快速偏振态检测器和电的高通滤波器。上述光纤电压传感器，优选所述第一偏振控制器设置在所述光探头的输入端，所 述第二偏振控制器设置在所述光探头的输出端；所述光探头包括输入自聚焦透镜、电光晶 体和输出自聚焦透镜，其中，该输入自聚焦透镜用于将所述连续光变为一束准直的空间光；该电光晶体用于使该空间光的偏振方向在所述被测电压电场的变化的作用下发生旋转；该 输出自聚焦透镜用于将所述电光晶体出射的空间光聚焦，生成输出光。上述光纤电压传感器，优选所述光纤电压传感器还包括环行器；所述第一偏振控 制器设置在所述环行器的静偏磁场方向上的第一端，所述光探头设置在所述环行器的静偏 磁场方向上的第二端，所述第二偏振控制器设置在所述环行器的静偏磁场方向上的第三 端；所述光探头包括自聚焦透镜、电光晶体和反射镜，其中，该自聚焦透镜用于将所述连续 光变为一束准直的空间光，该电光晶体用于使所述准直的空间光的偏振方向在所述被测电 压电场的变化的作用下发生旋转，该反射镜用于将电光晶体出射的空间光反射回到电光晶 体并最终回到所述自聚焦透镜，该自聚焦透镜还用于将所述反射镜反射的空间光聚焦，生 成输出光并传给所述环行器的第二端。上述光纤电压传感器，优选所述光纤电压传感器还包括环行器；所述第一偏振控 制器设置在所述环行器的静偏磁场方向上的第一端，所述光探头设置在所述环行器的静偏 磁场方向上的第二端，所述第二偏振控制器设置在所述环行器的静偏磁场方向上的第三 端；所述第一偏振控制器与第一伺服系统组成第一电动偏振控制器，所述第二偏振控制器 与第二伺服系统组成第二电动偏振控制器；所述光探头包括自聚焦透镜、电光晶体和反射 镜，其中，该自聚焦透镜用于将所述脉冲光变为一束准直的空间光，该电光晶体用于使所述 准直的空间光的偏振方向在所述被测电压电场的变化的作用下发生旋转，该反射镜用于将 电光晶体出射的空间光反射回到电光晶体并最终回到所述自聚焦透镜；并且，该自聚焦透 镜还用于将所述反射镜反射的空间光聚焦，生成输出光并传给所述环行器的第二端。上述光纤电压传感器，优选所述电光晶体包括BGO晶体。上述光纤电压传感器，优选所述快速偏振态检测器由1 X 4耦合器与4个光探测器 组成；或所述快速偏振态检测器由1 X4耦合器、3个偏振分束器和7个光探测器组成。上述光纤电压传感器，优选所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器为为旋转 光纤环的偏振控制器或挤压光纤环的偏振控制器。上述光纤电压传感器，优选所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器为电动旋 转光纤环偏振控制器、压电陶瓷挤压光纤式电动偏振控制器或给予半导体光放大器非线性 偏振旋转效应的电动偏振控制器。另一方面，本专利技术公开了一种基于上述光纤电压传感器的调节方法，包括如下步 骤激光器发出的连续光经过第一偏振控制器后，使用快速偏振态检测器对该连续光进行 检测；在所述快速偏振态检测器的输出邦加球上将画出一个圆圈；调节所述第一偏振控制 器使所述输出邦加球上的圆逐渐缩小至一点，根据该点得到光探头中电光晶体的偏振主 态；调节第二输出偏振控制器，使所述点移动至所述输出邦加球两极中的任一极；调节所 述第一偏振控制器，使所述点在输出邦加球上逐渐扩大为圆圈，直至该圆圈达到所述输出 邦加球的赤道上。上述调节方法，优选还包括如下步骤使用电的高通滤波器滤除干扰信号，该干扰 信号是在所述输出邦加球上的非赤道旋转或者低于工频的赤道旋转。相对于现有技术而言，本方面具有如下优点第一、取消了价格昂贵的起偏器、检偏器以及λ/4波片，简化了传感器探头部分 (即两个自聚焦透镜之间的部分)的结构，需要准直的器件由6件简化成3件，大大降低了调整困难。第二、通过调整输入偏振态，寻找出BGO晶体的偏振主态，并跟踪主态的变化，可 以有效地克服由于偏振主态变化引起的误差，并保证电场变化时引起的输出偏振态在邦加 球上的变化始终绕着赤道旋转，从而确保电场方向与主轴夹角误差最小。第三、使用高速偏振态检测技术，对偏振态的变化进行快速检测，由于外界干扰 (如温度的变化)引起的偏振态变化时间在秒级，其频率大大低于交流电的变化速度，很容 易利用滤波器滤除，从而有效的规避了晶体自然双折射的影响，有效地解决了温度稳定性 问题。附图说明图1为现有技术中光纤电压传感器实施例的结构示意图；图2为本专利技术光纤电压传感器实施例的结构示意图；图3为本专利技术光纤电压传感器另一实施例的结构示意图；图4为本专利技术光纤电压传感器另一实施例的结构示意图；图5为本专利技术光纤电压传感器另一实施例的结构示意图；图6为本专利技术光纤电压传感器调节方法实施例的步骤流程图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本专利技术作进一步详细的说明。请参考图2，图2是根据本专利技术的光纤电压传感器的一种实施方式的结构示意图， 该传感器包括激光器21、第一偏振控制器22、光探头20、第二偏振控制器23、快速偏振态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤电压传感器，其特征在于，包括顺序设置的激光器、第一偏振控制器、光探头、第二偏振控制器、快速偏振态检测器和电的高通滤波器。

【技术特征摘要】
一种光纤电压传感器，其特征在于，包括顺序设置的激光器、第一偏振控制器、光探头、第二偏振控制器、快速偏振态检测器和电的高通滤波器。2.根据权利要求1所述的光纤电压传感器，其特征在于，所述第一偏振控制器设置在所述光探头的输入端，所述第二偏振控制器设置在所述光 探头的输出端；所述光探头包括输入自聚焦透镜、电光晶体和输出自聚焦透镜，其中，该输入自聚焦透 镜用于将所述连续光变为一束准直的空间光；该电光晶体用于使该空间光的偏振方向在所 述被测电压电场的变化的作用下发生旋转；该输出自聚焦透镜用于将所述电光晶体出射的 空间光聚焦，生成输出光。3.根据权利要求1所述的光纤电压传感器，其特征在于，所述光纤电压传感器还包括 环行器；所述第一偏振控制器设置在所述环行器的静偏磁场方向上的第一端，所述光探头设置 在所述环行器的静偏磁场方向上的第二端，所述第二偏振控制器设置在所述环行器的静偏 磁场方向上的第三端；所述光探头包括自聚焦透镜、电光晶体和反射镜，其中，该自聚焦透镜用于将所述连续 光变为一束准直的空间光；该电光晶体用于使所述准直的空间光的偏振方向在所述被测电压电场的变化的作用 下发生旋转；该反射镜用于将电光晶体出射的空间光反射回到电光晶体并最终回到所述自聚焦透镜；该自聚焦透镜还用于将所述反射镜反射的空间光聚焦，生成输出光并传给所述环行器 的第二端。4.根据权利要求1所述的光纤电压传感器，其特征在于，所述光纤电压传感器还包括 环行器；所述第一偏振控制器设置在所述环行器的静偏磁场方向上的第一端，所述光探头设置 在所述环行器的静偏磁场方向上的第二端，所述第二偏振控制器设置在所述环行器的静偏 磁场方向上的第三端；所述第一偏振控制器与第一伺服系统组成第一电动偏振控制器，所述第二偏振控制器 与第二伺服系统组成第二电动偏振控制器；所述光探头包括自聚焦透镜、电光晶体和反射镜，其中，该自聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴重庆，刘岚岚，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]