[发明专利]基于条形径向偏振光栅实现的电压测量方法

说明书

本发明涉及一种基于条形径向偏振光栅实现的电压测量方法，属于电力系统高电压测量技术领域。采用光源和起偏器产生线偏振光，经过电光晶体与四分之一波片，使得线偏振光偏振面发生旋转，再经条形径向偏振光栅和检偏器转换为具有暗纹的条形光斑，最后通过PSD位移传感器或CCD图像传感器测量光斑暗条纹的位移量，即可实现电光相位延迟角的线性测量。优点在于：可以实现对电光晶体相位延迟的直接线性测量，测量范围不受晶体半波电压的限制；且测量模式与光功率无关，消除了光源功率波动和光路损耗等对互感器测量稳定性的影响。

技术领域

本发明涉及电力系统高电压测量技术领域，特别涉及一种基于条形径向偏振光栅实现的电流测量方法。

背景技术

随着电力系统向高电压等级和大容量的不断发展，传统电压互感器因自身传感机理的缺陷，逐渐暴露出体积大、绝缘难度大、线性范围小、无数字接口等问题，难以适应电力系统智能化发展的要求。光学电压互感器指利用光学材料特定的物理效应敏感电压，并通过光纤传输信号的电压互感器。与传统电压互感器相比，光学互感器具有以下优势：(1)无铁磁谐振、磁饱和等问题。(2)绝缘简单可靠。(3)具有良好的抗干扰能力。(4)体积小、重量轻、经济性好。

虽然光学电压互感器优势明显，但仍存在许多问题亟待解决，如测量范围小、受应力线双折射和温漂的影响严重等。对于基于电光晶体Pockels效应的光学电压互感器，上述问题的症结在于偏光干涉测量模式的局限性。由于无法实现对晶体电光相位延迟的直接测量，通常采用偏光干涉测量模式，将相位延迟转变为光强调制，通过对光强的检测实现电压测量。这种测量模式反映光功率的大小，仅能近似线性地测量有限的电光相位延迟，其稳定性与可靠性受到温漂、晶体附加相位延迟、半波电压等问题的限制，无法满足电力系统的实用要求。发明内容

本发明的目的在于提供一种基于条形径向偏振光栅实现的旋光度测量方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明采用光源和起偏器产生线偏振光，经过电光晶体与四分之一波片，使得线偏振光偏振面发生旋转，再经条形径向偏振光栅和检偏器转换为具有暗纹的条形光斑，最后通过PSD位移传感器或CCD图像传感器测量光斑暗条纹的位移量，即可实现电光相位延迟角的线性测量。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

基于条形径向偏振光栅实现的电压测量方法，激光源1设置在起偏器2的一侧，起偏器2的另一侧设置电光晶体3，四分之一波片4置于电光晶体3和条形径向偏振光栅5之间，PSD位移传感器或CCD图像传感器6设置在条形径向偏振光栅5的另一侧；所述激光源1出射的激光通过起偏器2得到线偏振光，电光晶体3在电场调制下变成双轴晶体，线偏振光进入电光晶体3后沿z轴方向分解为两个偏振方向正交的线偏振光o光和e光，由于两个偏振方向的折射率不同，o光和e光在电光晶体3内传播产生电光相位延迟，大小与待测电压成正比；o光和e光入射四分之一波片4并在其作用下合成线偏振光，将相位延迟转化为线偏振光偏振面的旋转；出射的线偏振光进入条形径向偏振光栅5形成条形光斑，当偏振面沿z轴方向逐渐转动时，条形光斑同步位移，并且保持原有的强度分布；经PSD位移传感器或CCD图像传感器6对光强图像定位得到最小光强的位置，检测光斑位移量，从而得到待测的电压值。

与条形径向偏振光栅5振透方向一致的线偏振光能透过光栅，而与振透方向垂直的线偏振光透过率为零，因此在条形径向偏振光栅5上透射光强由最大递减到最小，形成一个形状固定的条形光斑；随着待测电场的变化，条形光斑发生水平位移，位移量与电光相位延迟成线性关系。

所述的条形径向偏振光栅5的光栅周期10为200nm，槽宽11为100nm，铝金属栅条线宽12为100nm，光栅脊厚度13为200nm，占空比为0.5。

所述的PSD位移传感器或CCD图像传感器6对透过条形径向偏振光栅5的光斑图像进行定位，得到电光相位延迟的大小和待测电压值。

本发明的有益效果在于：