專利名稱：光纖電壓傳感器及其調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖電壓傳感器及其調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
在高電壓、大電流和強功率的電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的電磁式電壓傳感器存在易受電 磁干擾、精度低、鐵芯共振和滯后效應(yīng)等一系列缺點，難以滿足使用要求。由于光纖傳感器 具有抗電磁干擾能力強、絕緣性好、動態(tài)范圍大等優(yōu)點，所以光纖傳感器在高壓電力監(jiān)測系 統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的一類光纖電壓傳感器是功能型光纖傳感器，光纖即作為感知電壓的傳感元 件，又作為傳輸光信號的傳輸線，屬于這類傳感器的有橢圓雙模光纖電壓傳感器，其基本原 理是利用石英晶體的彈光效應(yīng)，缺點是響應(yīng)速度低，不能夠快速響應(yīng)電壓的瞬變過程，使適 用范圍受到限制；另一類是傳輸型光纖傳感器，光纖的作用僅僅是完成對信號的傳輸，電壓 對于光信號的調(diào)制是由其他元件完成，比如BGO晶體、鈮酸鋰調(diào)制器等。參考圖1，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種利用BGO晶體的光纖電壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，其 工作原理是激光器1發(fā)出的連續(xù)光經(jīng)入射光纖送至自聚焦透鏡2進行準直，變成一束空間光。 這束空間光經(jīng)過起偏器3變?yōu)榫€偏振光，然后經(jīng)過一個λ/4波片4變成圓偏振光。λ/4波 片4輸出的圓偏振光進入BGO晶體5，這時其偏振方向?qū)⒃陔妶龅淖饔孟掳l(fā)生旋轉(zhuǎn)(泡克耳 斯效應(yīng))。在BGO晶體的出射端采用檢偏器6對偏振旋轉(zhuǎn)的角度進行檢測，然后再用一個自 聚焦透鏡7將空間光聚焦到光纖中。從自聚焦透鏡2到自聚焦透鏡7的部分構(gòu)成了整個傳 感器的光探頭部分，只有這個光探頭置于高壓電場內(nèi)。從光探頭輸出的光由光纖被送至光 電探測器8轉(zhuǎn)換為電信號，完成了被測電壓的檢測。由于電場正比于外界的電壓，檢測到這 個電場也就可以換算出電壓，從而它可以作為一種電壓傳感器。由于圖1示出的傳感器中在兩個自聚焦透鏡之間形成的空間光束要經(jīng)歷起偏器、 λ/4波片、BGO晶體、檢偏器等多個光學(xué)元件，調(diào)整非常困難。為了降低調(diào)整的難度，光纖通 常采用多模光纖，自聚焦透鏡常采用多模光纖的自聚焦透鏡，這將影響檢測精度。并且由于 BGO晶體不夠理想而存在殘余的自然雙折射，晶體的偏振主軸受到溫度的影響，起偏器與檢 偏器的偏振方向不能夠隨之改變，從而引起嚴重的溫度誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光纖電壓傳感器及其調(diào)節(jié)方法。一方面，本發(fā)明公開了一種光纖電壓傳感器，包括順序設(shè)置的激光器、第一偏振控 制器、光探頭、第二偏振控制器、快速偏振態(tài)檢測器和電的高通濾波器。上述光纖電壓傳感器，優(yōu)選所述第一偏振控制器設(shè)置在所述光探頭的輸入端，所 述第二偏振控制器設(shè)置在所述光探頭的輸出端；所述光探頭包括輸入自聚焦透鏡、電光晶 體和輸出自聚焦透鏡，其中，該輸入自聚焦透鏡用于將所述連續(xù)光變?yōu)橐皇鴾手钡目臻g光；該電光晶體用于使該空間光的偏振方向在所述被測電壓電場的變化的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)；該 輸出自聚焦透鏡用于將所述電光晶體出射的空間光聚焦，生成輸出光。上述光纖電壓傳感器，優(yōu)選所述光纖電壓傳感器還包括環(huán)行器；所述第一偏振控 制器設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏磁場方向上的第一端，所述光探頭設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏 磁場方向上的第二端，所述第二偏振控制器設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏磁場方向上的第三 端；所述光探頭包括自聚焦透鏡、電光晶體和反射鏡，其中，該自聚焦透鏡用于將所述連續(xù) 光變?yōu)橐皇鴾手钡目臻g光，該電光晶體用于使所述準直的空間光的偏振方向在所述被測電 壓電場的變化的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，該反射鏡用于將電光晶體出射的空間光反射回到電光晶 體并最終回到所述自聚焦透鏡，該自聚焦透鏡還用于將所述反射鏡反射的空間光聚焦，生 成輸出光并傳給所述環(huán)行器的第二端。上述光纖電壓傳感器，優(yōu)選所述光纖電壓傳感器還包括環(huán)行器；所述第一偏振控 制器設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏磁場方向上的第一端，所述光探頭設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏 磁場方向上的第二端，所述第二偏振控制器設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏磁場方向上的第三 端；所述第一偏振控制器與第一伺服系統(tǒng)組成第一電動偏振控制器，所述第二偏振控制器 與第二伺服系統(tǒng)組成第二電動偏振控制器；所述光探頭包括自聚焦透鏡、電光晶體和反射 鏡，其中，該自聚焦透鏡用于將所述脈沖光變?yōu)橐皇鴾手钡目臻g光，該電光晶體用于使所述 準直的空間光的偏振方向在所述被測電壓電場的變化的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，該反射鏡用于將 電光晶體出射的空間光反射回到電光晶體并最終回到所述自聚焦透鏡；并且，該自聚焦透 鏡還用于將所述反射鏡反射的空間光聚焦，生成輸出光并傳給所述環(huán)行器的第二端。上述光纖電壓傳感器，優(yōu)選所述電光晶體包括BGO晶體。上述光纖電壓傳感器，優(yōu)選所述快速偏振態(tài)檢測器由1 X 4耦合器與4個光探測器 組成；或所述快速偏振態(tài)檢測器由1 X4耦合器、3個偏振分束器和7個光探測器組成。上述光纖電壓傳感器，優(yōu)選所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器為為旋轉(zhuǎn) 光纖環(huán)的偏振控制器或擠壓光纖環(huán)的偏振控制器。上述光纖電壓傳感器，優(yōu)選所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器為電動旋 轉(zhuǎn)光纖環(huán)偏振控制器、壓電陶瓷擠壓光纖式電動偏振控制器或給予半導(dǎo)體光放大器非線性 偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的電動偏振控制器。另一方面，本發(fā)明公開了一種基于上述光纖電壓傳感器的調(diào)節(jié)方法，包括如下步 驟激光器發(fā)出的連續(xù)光經(jīng)過第一偏振控制器后，使用快速偏振態(tài)檢測器對該連續(xù)光進行 檢測；在所述快速偏振態(tài)檢測器的輸出邦加球上將畫出一個圓圈；調(diào)節(jié)所述第一偏振控制 器使所述輸出邦加球上的圓逐漸縮小至一點，根據(jù)該點得到光探頭中電光晶體的偏振主 態(tài)；調(diào)節(jié)第二輸出偏振控制器，使所述點移動至所述輸出邦加球兩極中的任一極；調(diào)節(jié)所 述第一偏振控制器，使所述點在輸出邦加球上逐漸擴大為圓圈，直至該圓圈達到所述輸出 邦加球的赤道上。上述調(diào)節(jié)方法，優(yōu)選還包括如下步驟使用電的高通濾波器濾除干擾信號，該干擾 信號是在所述輸出邦加球上的非赤道旋轉(zhuǎn)或者低于工頻的赤道旋轉(zhuǎn)。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本方面具有如下優(yōu)點第一、取消了價格昂貴的起偏器、檢偏器以及λ/4波片，簡化了傳感器探頭部分 (即兩個自聚焦透鏡之間的部分)的結(jié)構(gòu)，需要準直的器件由6件簡化成3件，大大降低了調(diào)整困難。第二、通過調(diào)整輸入偏振態(tài)，尋找出BGO晶體的偏振主態(tài)，并跟蹤主態(tài)的變化，可 以有效地克服由于偏振主態(tài)變化引起的誤差，并保證電場變化時引起的輸出偏振態(tài)在邦加 球上的變化始終繞著赤道旋轉(zhuǎn)，從而確保電場方向與主軸夾角誤差最小。第三、使用高速偏振態(tài)檢測技術(shù)，對偏振態(tài)的變化進行快速檢測，由于外界干擾 (如溫度的變化)引起的偏振態(tài)變化時間在秒級，其頻率大大低于交流電的變化速度，很容 易利用濾波器濾除，從而有效的規(guī)避了晶體自然雙折射的影響，有效地解決了溫度穩(wěn)定性 問題。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光纖電壓傳感器實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明光纖電壓傳感器實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明光纖電壓傳感器另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明光纖電壓傳感器另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明光纖電壓傳感器另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明光纖電壓傳感器調(diào)節(jié)方法實施例的步驟流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。請參考圖2，圖2是根據(jù)本發(fā)明的光纖電壓傳感器的一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖， 該傳感器包括激光器21、第一偏振控制器22、光探頭20、第二偏振控制器23、快速偏振態(tài) 檢測器24和電的高通濾波器25。其中，激光器21發(fā)出輸入光，并將該連續(xù)光通過第一偏振控制器22傳給所述光探 頭20 ；所述光探頭20用于感應(yīng)被測電壓電場的變化，根據(jù)該感應(yīng)到的變化將輸入光處理后 所得的輸出光通過第二偏振控制器23傳給快速偏振態(tài)檢測器24 ；快速偏振態(tài)檢測器24將 偏振態(tài)的變化轉(zhuǎn)換為電信號，然后經(jīng)過一個電的高通濾波器25濾除環(huán)境引起的偏振態(tài)變 化。本實施例與通常的光纖電壓傳感器的區(qū)別在于，在電光晶體的輸入端沒有了起偏 器和λ/4波片，在輸出端沒有了檢偏器，因此，簡化了探頭的結(jié)構(gòu)。而在光探頭20的輸入 端增加了一個廉價的第一偏振控制器22，在光探頭20輸出端增加了一個廉價的第二偏振 控制器和一個快速偏振態(tài)檢測器24。實施例一參照圖3，圖3為為本發(fā)明光纖電壓傳感器另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括激光器 31、第一偏振控制器32、光探頭30、第二偏振控制器33、快速偏振態(tài)檢測器34和電的高通濾 波器35。其中，光探頭30包括輸入自聚焦透鏡301、電光晶體302和輸出自聚焦透鏡303。其中，第一偏振控制器32設(shè)置在所述光探頭30的輸入端，第二偏振控制器33設(shè) 置在所述光探頭30的輸出端，即輸入光通過第一偏振控制器32到達光探頭30，而輸出光通 過第二偏振控制器33到達快速偏振態(tài)檢測器34。輸入自聚焦透鏡301接收經(jīng)過入射光纖
6傳來的輸入光，并將激光器發(fā)出的連續(xù)光變?yōu)橐皇鴾手钡目臻g光，后進入電光晶體302。由 于電光晶體的性質(zhì)，該空間光的偏振方向在被測電壓電場的變化的影響下也會變化，其表 現(xiàn)是偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。輸出自聚焦透鏡303將從電光晶體302內(nèi)出射的空間光聚焦，生 成輸出光，并回到出射光纖中將該輸出光傳給第二偏振控制器33?？焖倨駪B(tài)檢測器34將 所述輸出光由所述被測電壓電場的變化引起偏振態(tài)變化轉(zhuǎn)換為電信號，并將該電信號發(fā)給 電學(xué)高通濾波器35。電的高通濾波器35濾除環(huán)境引起的偏振態(tài)變化。在該實施例中，電光晶體302為BGO晶體，也可以為其他類別的晶體，本發(fā)明在此 不作限定。第一偏振控制器32和第二偏振控制器33為手動偏振控制器，可以采用例如旋轉(zhuǎn) 光纖環(huán)的偏振控制器或擠壓光纖環(huán)的偏振控制器這樣的手動偏振控制器；另外，第一偏振 控制器32和第二偏振控制器33還可以為自動偏振控制器，可以采用例如電動旋轉(zhuǎn)光纖環(huán) 偏振控制器、壓電陶瓷擠壓光纖式電動偏振控制器或給予半導(dǎo)體光放大器非線性偏振旋轉(zhuǎn) 效應(yīng)的電動偏振控制器這樣的自動偏振控制器?？焖倨駪B(tài)檢測器34將所述輸出光由所述被測電壓電場的變化引起偏振態(tài)變化 轉(zhuǎn)換為電信號這一應(yīng)用在本領(lǐng)域?qū)儆诠夹g(shù)，在此不再贅述。需要說明的是，本發(fā)明中快 速偏振態(tài)檢測器34由1X4耦合器與4個光探測器組成，或者由1X4耦合器、3個偏振分束 器和7個光探測器組成。電的高通濾波器35由于外界干擾引起的偏振態(tài)變化在秒級(例 如溫度變化引起的偏振態(tài)變化)，其頻率大大小于交流電的頻率，因此使用電的高通濾波器 35可以容易地將這類外界環(huán)境引起的偏振態(tài)變化濾除。實施例二參考圖4，圖4是根據(jù)本發(fā)明的光纖電壓傳感器的另一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖， 該傳感器包括激光器41、第一偏振控制器42、環(huán)行器43、光探頭40、第二偏振控制器44、 快速偏振態(tài)檢測器45和電的高通濾波器46。激光器源41發(fā)出連續(xù)光。環(huán)行器43中，第一偏振控制器42設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏磁場方向上的第一端， 光探頭40設(shè)置在環(huán)行器43的靜偏磁場方向上的第二端，第二偏振控制器44設(shè)置在環(huán)行器 43的靜偏磁場方向上的第三端。環(huán)行器43是一種將進入其任一端口的入射波按照由靜偏 磁場確定的方向順序傳入下一個端口的多端口器件，并且環(huán)行器43是一種多端口入射波 路徑不可逆的器件，如圖示，所述連續(xù)光通過第一偏振控制器42后，進入環(huán)行器43的第一 端，由環(huán)行器43的特性可知，該連續(xù)光則從環(huán)行器43的第二端出射。光探頭40感應(yīng)被測 電壓電場的變化，根據(jù)該感應(yīng)到的變化將輸入光處理后所得的輸出光傳回環(huán)行器43，環(huán)行 器43再通過第二偏振控制器44將該輸出光傳給快速偏振態(tài)檢測器45。具體而言，光探頭40包括自聚焦透鏡401、電光晶體402和反射鏡403，其中，該自 聚焦透鏡401用于將經(jīng)過環(huán)形器43第二端的連續(xù)光變?yōu)橐皇鴾手钡目臻g光，該電光晶體 402用于使準直的空間光的偏振方向在所述被測電壓電場的變化的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)。反射 鏡403是全反射鏡，用于將電光晶體402出射的空間光反射回電光晶體402，最后通過自聚 焦透鏡401的聚焦，將該空間光聚焦生成輸出光回到光纖中，再經(jīng)由光纖回到環(huán)行器43的 第二端，由環(huán)行器43的特性可知，該連續(xù)光則從環(huán)行器43的第三端出射。輸出光從環(huán)行器 43的第三端出射后通過第二偏振控制器44傳至快速偏振態(tài)檢測器45。由于外界干擾引起 的偏振態(tài)變化在秒級(例如溫度變化引起的偏振態(tài)變化)，其頻率大大小于交流電的頻率，
7因此使用電的高通濾波器46可以容易地將這類外界環(huán)境引起的偏振態(tài)變化濾除。在該實施例中，電光晶體402為BGO晶體，當所述空間光通過電光晶體時，由于電 光晶體的性質(zhì)，該空間光的偏振方向在被測電壓電場的變化的影響下也會變化，其表現(xiàn)是 偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)；當然，如上一實施例，電光晶體402也可以為其他類別的晶體，只要能 達到BGO晶體在本發(fā)明中一樣的作用即可。第一偏振控制器42和第二偏振控制器44為手動偏振控制器，可以采用例如旋轉(zhuǎn) 光纖環(huán)的偏振控制器或擠壓光纖環(huán)的偏振控制器這樣的手動偏振控制器?？蛇x地，本具體 實施方式中的第一偏振控制器42和第二偏振控制器44還可以為自動偏振控制器，可以采 用例如電動旋轉(zhuǎn)光纖環(huán)偏振控制器、壓電陶瓷擠壓光纖式電動偏振控制器或給予半導(dǎo)體光 放大器非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的電動偏振控制器這樣的自動偏振控制器。快速偏振態(tài)檢測器45將所述輸出光由所述被測電壓電場的變化引起偏振態(tài)變化 轉(zhuǎn)換為電信號這一應(yīng)用在本領(lǐng)域?qū)儆诠夹g(shù)，在此不再贅述，需要說明的是，本發(fā)明中快 速偏振態(tài)檢測器45由1X4耦合器與4個光探測器組成，或者由1X4耦合器、3個偏振分束 器和7個光探測器組成。實施例三參考圖5，圖5是根據(jù)本發(fā)明的光纖電壓傳感器的另一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖， 該傳感器包括激光器51、第一偏振控制器52、環(huán)行器53、光探頭50、第二偏振控制器54、 快速偏振態(tài)檢測器55和電的高通濾波器56。激光器源51發(fā)出脈沖光。環(huán)行器53中，第一偏振控制器52設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏磁場方向上的第一端， 光探頭50設(shè)置在環(huán)行器53的靜偏磁場方向上的第二端，第二偏振控制器54設(shè)置在環(huán)行器 53的靜偏磁場方向上的第三端。環(huán)行器53是一種將進入其任一端口的入射波按照由靜偏 磁場確定的方向順序傳入下一個端口的多端口器件，并且環(huán)行器53是一種多端口入射波 路徑不可逆的器件，如圖示，所述連續(xù)光通過第一偏振控制器52后，進入環(huán)行器53的第一 端，由環(huán)行器53的特性可知，該連續(xù)光則從環(huán)行器53的第二端出射。光探頭50感應(yīng)被測 電壓電場的變化，根據(jù)該感應(yīng)到的變化將輸入光處理后所得的輸出光傳回環(huán)行器53，環(huán)行 器53再通過第二偏振控制器54將該輸出光傳給快速偏振態(tài)檢測器55。具體而言，光探頭50包括自聚焦透鏡501、電光晶體502和反射鏡503，其中，該自 聚焦透鏡501用于將經(jīng)過環(huán)形器53第二端的連續(xù)光變?yōu)橐皇鴾手钡目臻g光，該電光晶體 502用于使準直的空間光的偏振方向在所述被測電壓電場的變化的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)。反射 鏡503是反射鏡，用于將電光晶體502出射的空間光反射回電光晶體502，最后通過自聚焦 透鏡501的聚焦，將該空間光聚焦生成輸出光回到光纖中，再經(jīng)由光纖回到環(huán)行器53的第 二端，由環(huán)行器53的特性可知，該連續(xù)光則從環(huán)行器53的第三端出射。輸出光從環(huán)行器53 的第三端出射后通過第二偏振控制器54傳至快速偏振態(tài)檢測器55。由于外界干擾引起的 偏振態(tài)變化在秒級(例如溫度變化引起的偏振態(tài)變化)，其頻率大大小于交流電的頻率，因 此使用電的高通濾波器56可以容易地將這類外界環(huán)境引起的偏振態(tài)變化濾除。在該實施例中，電光晶體502為BGO晶體，當所述空間光通過電光晶體時，由于電 光晶體的性質(zhì)，該空間光的偏振方向在被測電壓電場的變化的影響下也會變化，其表現(xiàn)是 偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)；當然，如上一實施例，電光晶體502也可以為其他類別的晶體，只要能 達到BGO晶體在本發(fā)明中一樣的作用即可。
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具體地，本具體實施方式
中的第一偏振控制器52和第二偏振控制器54為自動偏 振控制器，可以采用例如電動旋轉(zhuǎn)光纖環(huán)偏振控制器、壓電陶瓷擠壓光纖式電動偏振控制 器或給予半導(dǎo)體光放大器非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的電動偏振控制器這樣的自動偏振控制器，其中，第一偏振控制器52與第一伺服系統(tǒng)57組成一個電動偏振態(tài)控制系統(tǒng)，當所 述輸入光(脈沖光)經(jīng)過該系統(tǒng)時可以按照預(yù)先設(shè)定的要求精確進行偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)，同樣，第 二偏振控制器54與第二伺服系統(tǒng)58也組成一個電動偏振態(tài)控制系統(tǒng)，當所述輸出光經(jīng)過 時精確調(diào)整其輸出偏振態(tài)。通過實施本具體實施方式
能達到通過伺服系統(tǒng)對輸入和輸出偏振態(tài)達到精確調(diào) 節(jié)的目的。實施圖3、圖4和圖5所示出的實施方式，相對于現(xiàn)有技術(shù)不僅簡化了光探頭的結(jié) 構(gòu)，降低了生產(chǎn)成本，還可以很容易地利用濾波器濾除外界干擾帶來的偏振態(tài)變化，為了更好的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，提供一種基于本發(fā)明所提供的光纖電壓傳感 器來調(diào)節(jié)所述第一偏振控制器和第二偏振控制器以找出所述電光晶體的偏振主態(tài)和偏振 態(tài)的檢測方法，請參考圖5，圖6是基于本發(fā)明的光纖電壓傳感器來調(diào)節(jié)所述第一偏振控制 器和第二偏振控制器以找出所述電光晶體的偏振主態(tài)和偏振態(tài)的檢測方法的實施方式的 流程圖，該方法包括步驟S601，使用快速偏振態(tài)檢測器檢測已通過第一偏振控制器的所述輸入光；步 驟S602，在所述偏振態(tài)檢測器的輸出邦加球上會畫出一個圓；步驟S603，調(diào)節(jié)第一偏振控 制器使得輸出邦加球上畫出的圓逐漸縮小為一點，這一點即為偏振主態(tài)；步驟S604，調(diào)節(jié) 第二偏振控制器，使得該店移動到輸出邦加球兩極中的任一極；步驟S605，調(diào)節(jié)第一偏振 控制器，使得該點逐漸擴大為一個圓直至達到輸出邦加球的赤道。具體地，結(jié)合圖2所示出的實施方式來說明，光源21輸出的連續(xù)光經(jīng)過第一偏振 控制器22后，使用快速偏振態(tài)檢測器24進行檢測，此時由于泡克耳斯效應(yīng)，在快速偏振態(tài) 檢測器24的輸出邦加球上將畫出一個圓，此時調(diào)節(jié)第一偏振控制器22使得輸出邦加球上 畫出的圓圈縮小為一點，即為偏振主態(tài)；調(diào)節(jié)第二偏振控制器23使得已經(jīng)獲得的偏振主態(tài) (所述點)移動到輸出邦加球兩極中的任一極，最后調(diào)整第一偏振控制器22，使得該點逐漸 擴大為一個達到輸出邦加球赤道的圓圈。由于此時電場的變化總是使輸出偏振態(tài)沿著所述邦加球的赤道旋轉(zhuǎn)，所以任何非 赤道旋轉(zhuǎn)或者在赤道上旋轉(zhuǎn)但是頻率低于當前交流電頻率的運動都是干擾信號，可以直接 用電的高通濾波器25直接濾除。需要說明的是，本檢測方法不僅適用于圖2所示出的實施方式的光纖電壓傳感 器，也適用于圖3、圖4和圖5所示出實施方式的給出的光纖電壓傳感器，其調(diào)整方法可以參 考圖2所示出的實施方式的說明，在此不再贅述。綜上所述，本發(fā)明提供的光纖電壓傳感器通過簡化光探頭的結(jié)構(gòu)，使得生產(chǎn)成本 降低；通過調(diào)整輸入偏振態(tài)，找到BGO晶體的偏振主態(tài)，并跟蹤主態(tài)的變化，可以有效地克 服由于偏振主態(tài)變化引起的誤差；通過使用高速偏振態(tài)檢測技術(shù)，對偏振態(tài)的變化進行快 速檢測，由于外界干擾(如溫度的變化)引起的偏振態(tài)變化時間在秒級，其頻率大大低于交 流電的變化速度，很容易利用濾波器濾除，從而有效的規(guī)避了晶體自然雙折射的影響，有效 地解決了溫度穩(wěn)定性問題。
以上對本發(fā)明所提供的一種光纖電壓傳感器及其調(diào)節(jié)方法進行詳細介紹，本文中 應(yīng)用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫 助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思 想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對 本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種光纖電壓傳感器，其特征在于，包括順序設(shè)置的激光器、第一偏振控制器、光探頭、第二偏振控制器、快速偏振態(tài)檢測器和電的高通濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖電壓傳感器，其特征在于，所述第一偏振控制器設(shè)置在所述光探頭的輸入端，所述第二偏振控制器設(shè)置在所述光 探頭的輸出端；所述光探頭包括輸入自聚焦透鏡、電光晶體和輸出自聚焦透鏡，其中，該輸入自聚焦透 鏡用于將所述連續(xù)光變?yōu)橐皇鴾手钡目臻g光；該電光晶體用于使該空間光的偏振方向在所 述被測電壓電場的變化的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)；該輸出自聚焦透鏡用于將所述電光晶體出射的 空間光聚焦，生成輸出光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖電壓傳感器，其特征在于，所述光纖電壓傳感器還包括 環(huán)行器；所述第一偏振控制器設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏磁場方向上的第一端，所述光探頭設(shè)置 在所述環(huán)行器的靜偏磁場方向上的第二端，所述第二偏振控制器設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏 磁場方向上的第三端；所述光探頭包括自聚焦透鏡、電光晶體和反射鏡，其中，該自聚焦透鏡用于將所述連續(xù) 光變?yōu)橐皇鴾手钡目臻g光；該電光晶體用于使所述準直的空間光的偏振方向在所述被測電壓電場的變化的作用 下發(fā)生旋轉(zhuǎn)；該反射鏡用于將電光晶體出射的空間光反射回到電光晶體并最終回到所述自聚焦透鏡；該自聚焦透鏡還用于將所述反射鏡反射的空間光聚焦，生成輸出光并傳給所述環(huán)行器 的第二端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖電壓傳感器，其特征在于，所述光纖電壓傳感器還包括 環(huán)行器；所述第一偏振控制器設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏磁場方向上的第一端，所述光探頭設(shè)置 在所述環(huán)行器的靜偏磁場方向上的第二端，所述第二偏振控制器設(shè)置在所述環(huán)行器的靜偏 磁場方向上的第三端；所述第一偏振控制器與第一伺服系統(tǒng)組成第一電動偏振控制器，所述第二偏振控制器 與第二伺服系統(tǒng)組成第二電動偏振控制器；所述光探頭包括自聚焦透鏡、電光晶體和反射鏡，其中，該自聚焦透鏡用于將所述脈沖 光變?yōu)橐皇鴾手钡目臻g光，該電光晶體用于使所述準直的空間光的偏振方向在所述被測電 壓電場的變化的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，該反射鏡用于將電光晶體出射的空間光反射回到電光晶 體并最終回到所述自聚焦透鏡；并且，該自聚焦透鏡還用于將所述反射鏡反射的空間光聚 焦，生成輸出光并傳給所述環(huán)行器的第二端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的光纖電壓傳感器，其特征在于所述電光晶體包 括BGO晶體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖電壓傳感器，其特征在于，所述快速偏振態(tài)檢測器由1X4耦合器與4個光探測器組成；或所述快速偏振態(tài)檢測器由1X4耦合器、3個偏振分束器和7個光探測器組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖電壓傳感器，其特征在于，所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器為為旋轉(zhuǎn)光纖環(huán)的偏振控制器或擠壓光 纖環(huán)的偏振控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖電壓傳感器，其特征在于，所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器為電動旋轉(zhuǎn)光纖環(huán)偏振控制器、壓電陶瓷 擠壓光纖式電動偏振控制器或給予半導(dǎo)體光放大器非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的電動偏振控制ο
9.一種基于如權(quán)利要求1所述的光纖電壓傳感器的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括如下 步驟激光器發(fā)出的連續(xù)光經(jīng)過第一偏振控制器后，使用快速偏振態(tài)檢測器對該連續(xù)光進行 檢測；在所述快速偏振態(tài)檢測器的輸出邦加球上將畫出一個圓圈；調(diào)節(jié)所述第一偏振控制器使所述輸出邦加球上的圓逐漸縮小至一點，根據(jù)該點得到光 探頭中電光晶體的偏振主態(tài)；調(diào)節(jié)第二輸出偏振控制器，使所述點移動至所述輸出邦加球兩極中的任一極；調(diào)節(jié)所述第一偏振控制器，使所述點在輸出邦加球上逐漸擴大為圓圈，直至該圓圈達 到所述輸出邦加球的赤道上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟使用電的高通濾波器濾除干擾信號，該干擾信號是在所述輸出邦加球上的非赤道旋轉(zhuǎn) 或者低于工頻的赤道旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖電壓傳感器及其調(diào)節(jié)方法。其中，該光線電壓傳感器包括激光器、光探頭、第一偏振控制器、第二偏振控制器、快速偏振態(tài)檢測器和電的高通濾波器；激光器用于將輸入光通過第一偏振控制器傳給光探頭；光探頭用于感應(yīng)被測電壓電場的變化，根據(jù)該感應(yīng)到的變化將輸入光處理后所得的輸出光通過第二偏振控制器傳給快速偏振態(tài)檢測器；快速偏振態(tài)檢測器用于將所述輸出光由所述被測電壓電場的變化引起偏振態(tài)變化轉(zhuǎn)換為電信號，并將該電信號發(fā)給電的高通濾波器；高通濾波器用于濾除環(huán)境引起的偏振態(tài)變化。本發(fā)明利用主態(tài)原理，直接檢測偏振態(tài)在邦加球赤道上的變化，有效的規(guī)避了晶體自然雙折射的影響，有效地解決了溫度穩(wěn)定性問題。
文檔編號G02F1/095GK101968507SQ201010285668
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者劉嵐嵐, 吳重慶 申請人:北京交通大學(xué)