[发明专利]一种液体电介质空间电场快速测量装置及方法

摘要

本发明公开了属于高电压与绝缘测量技术领域的一种液体电介质空间电场快速测量装置及方法。本发明是基于电光Kerr效应和Mach‑Zehnder干涉仪的液体电介质空间暂态电场的快速测量技术，其快速测量装置由He‑Ne激光器、扩束镜、起偏器、四分之一波片、Kerr盒、暂态电压发生器、偏振分光棱镜、消偏振分光棱镜、全反镜、二分之一波片、CCD图像传感器构成。该方法是首先对光路进行调节，利用CCD图像传感器直接测量干涉条纹，直观反映外施电场，不受后端检测设备的限制，从而实现暂态电场的快速测量，弥补了Kerr效应交流调制法在暂态电场测量领域的不足。

主权项

1.一种液体电介质空间电场快速测量装置的空间电场快速测量方法，所述液体电介质空间电场快速测量装置是采用基于电光Kerr效应和Mach‑Zehnder干涉仪的液体电介质空间暂态电场的快速测量技术，所述液体电介质空间电场快速测量装置的光路结构为：He‑Ne激光器（1）、扩束镜（2）、起偏器（3）、四分之一波片（4）、Kerr盒（5）、偏振分光棱镜（6）、二分之一波片（7）和第一全反镜（8）顺序布置在一条直线上，形成一条光路，所述光路在偏振分光棱镜（6）后分成Ⅰ支路和Ⅱ支路；所述Ⅰ支路包括二分之一波片（7）和第一全反镜（8）；所述Ⅱ支路由布置在偏振分光棱镜（6）下方的第二全反镜（9）、布置在第一全反镜（8）下方的消偏振分光棱镜（10）和CCD图像传感器（11）构成；并且Kerr盒（5）的机壳接地；暂态电压发生器（12）同时与Kerr盒（5）和CCD图像传感器（11）电气连接；其特征在于，首先对光路进行调节：起偏器（3）的透振方向和二分之一波片（7）的光轴方向与x轴成45°，四分之一波片（4）的光轴方向与y轴重合，然后进行电气接线：暂态电压发生器（12）的输出接Kerr盒（5）的上电极，Kerr盒（5）的下电极接地；同时，暂态电压发生器（12）的点火脉冲引出接CCD图像传感器（11）的外部触发端口；其次，He‑Ne激光器发出的点光束经扩束镜变为的平行面光束，光束直径不超过后端光学镜片直径的90%；经过起偏器（3）将光的偏振方向固定在与水平方向夹角45°方向上，经过四分之一波片（4）转化为圆偏振光；其特征在于，经过Kerr盒（5）时，在暂态电压发生器（12）所施外电压作用下，将圆偏振光的S分量和P分量产生附加相位延迟变为椭圆偏振光，偏振分光棱镜（6）将S分量和P分量分离，S分量在Ⅰ支路上传输，P分量在Ⅱ支路上传输，在Ⅰ支路上放置二分之一波片（7），使Ⅰ支路上光的偏振方向与Ⅱ支路上光的偏振方向一致；两束光分别经过第一全反镜（8）、第二全反镜（9）反射后在消偏振分光棱镜（10）处汇聚，发生干涉；调节CCD图像传感器（11）处于连拍模式，根据外施电压不同调节拍摄间隔；暂态电压发生器（12）触发点火后，CCD图像传感器（11）同步触发，拍摄干涉条纹图像，并将所拍图像同步传输到PC，通过软件处理，判断和读取干涉条纹的移动量得到外施电场大小；该干涉条纹直观反映外施电场，外施电场越大，S分量与P分量之间的相位差越大，干涉条纹的移动越明显；由于CCD图像传感器（11）以至少100000fps的采样速率采集并传输干涉条纹图像，像素点距小于明暗条纹间距的1/10，外部触发延时为ns级，不受后端检测设备的限制，从而实现暂态电场的快速测量。