[发明专利]一种反射式光纤电场传感器的探头及其装调方法

说明书

本发明公开了一种反射式光纤电场传感器的探头及其装调方法，属于电磁场测量领域，反射式光纤电场传感器包括激光器、保偏光纤、三端口环形器和光电探测器，保偏光纤从三端口环形器的第一端口接入，光电探测器设于三端口环形器的第三端口；探头包括：固定装置，具有凹槽结构，凹槽结构内固定有依次布置的偏振片、铌酸锂晶体、1/8波片和反射片；和石英套管，其一端插设有准直透镜，另一端套封有石英圆柱体，固定装置固定在石英套管中部，准直透镜连接三端口环形器的第二端口。解决反射式光纤电场传感器中探头结构的装调问题，降低各元件本身缺陷产生的不利影响，实现各元件相对位置最优化，提高测量灵敏度和稳定性。

技术领域

本发明涉及电磁场测量领域，具体地说，涉及一种反射式光纤电场传感器的探头及其装调方法。

背景技术

随着电力系统输电容量的不断增大，传输电压等级的不断提高，远距离输电不断增多，因此对工作电压的测量精度要求也越来越高。目前已有的电压传感器包括电磁式电压传感器、电容式电压传感器和光学电压传感器。目前使用最广泛、技术相对成熟的是前两种，但由于体积过大，绝缘性复杂等原因，不能满足日益增长的电压测量要求。光学电压传感器由于其绝缘性好，封装体积小等因素，越来越受到各国科研工作者的青睐。

电场测量包括电流、电压等多种物理量的测量，用于测量电压的光纤电场传感器叫光纤电压传感器。目前大多数用于测量电场的光纤电压传感器都是基于线性电光效应的透射式结构，包括偏振片、电光晶体和四分之一波片。一种传统的透射式光纤电场传感器结构如图1所示。

公布号为CN106093599A的中国专利文献公开了一种光学探头与电磁场测量设备及它们的测量方法，探头按照准直器、起偏器、石英波片、电光晶体以及高反射率介质片的顺序依次组装在石英玻璃管中，入射光纤接到准直器并固定在玻璃管管壁上。这种反射式光学探头具有体积小、集成度高、对被测电磁场干扰小等优点，但目前仍然存在一大问题，便是稳定性较差，要如何提高稳定性，可以从特殊的装调方法入手。

透射式光纤电场传感器探头结构入射需要接光源，出射需要接光电探测器和数据采集设备，两头都要接设备导致灵活性降低，不利于探测狭小空间的电场。相比于透射式，反射式探头所需光学元件更少，集成度更高，且因采用反射结构，相同长度的电光晶体能实现两倍的有效长度，灵敏度更高。但如何调节各光学元件之间的相对角度和位置关系以实现最优性能仍然需要探索。

影响光纤电场传感器测量稳定性的一个因素是电光晶体存在自然双折射和热电效应，这两种效应都具有温度依赖性。当光束沿晶体光轴精确对准，则不会产生自然双折射，热电效应也能大大降低。但如何保证晶体光轴与光束方向精确对准则是一个难题。微小的失误便会导致传感器的温度不稳定。

影响光纤电场传感器测量稳定性的另一个因素是波片。光纤电压传感器在对大信号进行强度调制时，通过贝塞尔函数分析可以发现光强调制波会出现失真，除线性项外还会产生大量谐波分量，这和起偏置作用的波片相位有关。因此波片的质量和位置角度对光纤电场传感器探头测量精度影响较大。

发明内容

本发明的目的为提供一种反射式光纤电场传感器的探头及其装调方法，解决反射式光纤电场传感器中探头结构的装调问题，降低各元件本身缺陷产生的不利影响，实现各元件相对位置最优化，提高测量灵敏度和稳定性。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供的反射式光纤电场传感器的探头，其中，反射式光纤电场传感器包括激光器、保偏光纤、三端口环形器和光电探测器，保偏光纤从三端口环形器的第一端口接入，光电探测器设于三端口环形器的第三端口；探头包括：

固定装置，具有凹槽结构，凹槽结构内固定有依次布置的偏振片、铌酸锂晶体、1/8波片和反射片；

石英套管，其一端插设有准直透镜，另一端套封有石英圆柱体，固定装置固定在石英套管中部，准直透镜连接三端口环形器的第二端口。