[发明专利]光纤电压传感器及其调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种光纤电压传感器及其调节方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤电压传感器及其调节方法。

一方面，本发明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。