專利名稱：準互易反射式光學電壓傳感單元及其傳感系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電壓互感器領域，具體涉及一種用于光學電壓互感器的準互易反射式光學電壓傳感單元及其傳感系統(tǒng)。
背景技術：
光學電壓互感器是一種利用光信號感應電壓并經(jīng)過信號處理得到輸出電壓的互感器。相比傳統(tǒng)的電磁感應式和電容式電壓互感器有許多無法比擬的優(yōu)點，已經(jīng)成為電壓互感器領域研究的熱點，是電壓互感器未來的發(fā)展趨勢。其中電壓傳感單元是實現(xiàn)光電感應的關鍵部分。目前基于普克爾(Pockels)效應的光學電壓互感器的電壓傳感單兀大都需要兩路光電探測裝置來接收攜帶了調(diào)制信息的兩路光輸出信號，使得整個光學電壓互感器的結構較為復雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提出一種抗干擾能力強、結構簡單的準互易反射式光學電壓傳感單元。本發(fā)明的準互易反射式光學電壓傳感單元是通過如下技術方案實現(xiàn)的:一種準互易反射式光學電壓傳感單元，該傳感單元包括傳感頭，還包括兩個保偏環(huán)形器，每個保偏環(huán)形器上均設有第一尾纖、第二尾纖和第三尾纖；兩束正交線偏振 光通過所述第一保偏環(huán)形器的第二尾纖傳輸至該傳感單元中，所述第一保偏環(huán)形器的第三尾纖與第二保偏環(huán)形器的第一尾纖進行0°角熔接形成支路I，所述第一保偏環(huán)形器的第一尾纖與第二保偏環(huán)形器的第三尾纖進行90°角熔接形成支路
II;所述第二保偏環(huán)形器的第二尾纖與傳感頭的尾纖熔接。進一步地，所述傳感頭包括準直器和電光晶體，所述電光晶體的光入射面上鍍有增透膜、與光入射面相對的另一面上鍍有反射膜，所述準直器與電光晶體鍍有增透膜的一面相固接，所述準直器的光入射面上連接有傳感頭的尾纖；所述電光晶體的上、下端面分別安裝有電極。進一步地,所述傳感頭封裝于屏蔽外殼中。進一步地，兩束正交線偏振光依次經(jīng)過第一保偏環(huán)形器、支路I和第二保偏環(huán)形器后進入傳感頭，獲得2Φ的總相位差后從傳感頭輸出；從傳感頭輸出的兩束正交線偏振光依次經(jīng)過第二保偏環(huán)形器、支路II和第一保偏環(huán)形器后輸出；在經(jīng)過支路II時，使得兩束正交線偏振光的偏振方向旋轉90度，實現(xiàn)兩束正交線偏振光的模式互換。進一步地，所述傳感頭在電場的作用下，使兩束正交線偏振光通過傳感頭后產(chǎn)生相位差Φ ,兩束線偏振光經(jīng)反射再次通過傳感頭后，總相位差為2 Φ。所述兩束線偏振光通過傳感頭后產(chǎn)生的相位差為:
權利要求
1.一種準互易反射式光學電壓傳感單元，該傳感單元包括傳感頭，其特征在于:還包括兩個保偏環(huán)形器，每個保偏環(huán)形器上均設有第一尾纖、第二尾纖和第三尾纖； 兩束正交線偏振光通過所述第一保偏環(huán)形器的第二尾纖傳輸至該傳感單元中，所述第一保偏環(huán)形器的第三尾纖與第二保偏環(huán)形器的第一尾纖進行0°角熔接形成支路I，所述第一保偏環(huán)形器的第一尾纖與第二保偏環(huán)形器的第三尾纖進行90°角熔接形成支路II ；所述第二保偏環(huán)形器的第二尾纖與傳感頭的尾纖熔接。
2.根據(jù)權利要求1所述的準互易反射式光學電壓傳感單元，其特征在于: 所述傳感頭包括準直器和電光晶體，所述電光晶體的光入射面上鍍有增透膜、與光入射面相對的另一面上鍍有反射膜，所述準直器與電光晶體鍍有增透膜的一面相固接，所述準直器的光入射面上連接有該傳感頭的尾纖；所述電光晶體的上、下端面分別安裝有電極。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的準互易反射式光學電壓傳感單元，其特征在于: 所述傳感頭封裝于屏蔽外殼中。
4.根據(jù)權利要求1所述的準互易反射式光學電壓傳感單元，其特征在于: 兩束正交線偏振光依次經(jīng)過第一保偏環(huán)形器、支路I和第二保偏環(huán)形器后進入傳感頭，獲得2Φ的總相位差后從傳感頭輸出； 從傳感頭輸出的兩束正交線偏振光依次經(jīng)過第二保偏環(huán)形器、支路II和第一保偏環(huán)形器后輸出；在經(jīng)過支路II時，使得兩束正交線偏振光的偏振方向旋轉90度，實現(xiàn)兩束正交線偏振光的模式互換。
5.根據(jù)權利要求4所述的準互易反射式光學電壓傳感單元，其特征在于: 所述傳感頭在電場的作用下，使兩束正交線偏振光通過傳感頭后產(chǎn)生相位差Φ，兩束線偏振光經(jīng)反射再次通過傳感頭后，總相位差為2 Φ，所述相位差通過下式求得: , Tt I 3 r r^ = V~J nO Y 乙λ a 其中，I是光傳播方向上電光晶體的長度，d是外加電場方向上電光晶體的厚度，Iitl是電光晶體的折射率，Y41是電光晶體的電光系數(shù)，U是加在電光晶體上的電壓。
6.根據(jù)權利要求1所述的準互易反射式光學電壓傳感單元，其特征在于: 所述兩個保偏環(huán)形器的第一尾纖、第二尾纖和第三尾纖以及傳感頭的尾纖均采用保偏光纖。
7.—種準互易反射式光學電壓傳感系統(tǒng),其特征在于,該傳感器包括權利要求1-6任一所述的傳感單元，還包括置于二次機箱中的光路部分和電路部分； 從光源發(fā)出的光經(jīng)過光路部分分成兩束正交線偏振光、并通過保偏光纖傳至傳感單元；所述傳感單元在電場的作用下并經(jīng)過反射產(chǎn)生總相位差為2爐，并且兩束線偏振光的振動方向分別旋轉90°，實現(xiàn)其模式互換；從所述傳感單元返回的兩束線偏振光通過保偏光纖傳回至光路部分進行干涉，再由電路部分探測干涉光強信號并進行信號處理后，形成數(shù)字信號輸出。
8.根據(jù)權利要求7所述的準互易反射式光學電壓傳感系統(tǒng)，其特征在于: 所述光路部分包括光源、環(huán)形器、Y波導調(diào)制器和偏振光分束器，從所述光源發(fā)出的光經(jīng)過環(huán)形器進入Y波導調(diào)制器，將光分成兩束偏振光，其中一束旋轉90°后與另一束一同進入偏振光分束器，將兩束偏振光調(diào)整成兩束正交線偏振光后通過保偏光纖傳至傳感單元；經(jīng)過傳感單元返回的兩束正交線偏振光攜帶有待測電壓信息，再次經(jīng)過偏振光分束器后進入Y波導調(diào)制器中發(fā)生干涉，經(jīng)過干涉的干涉光強信號經(jīng)過環(huán)形器后，進入電路部分進行信號處理。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的準互易反射式光學電壓傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述電路部分包括: 光電轉換器，用于探測光路部分發(fā)出的干涉光強信號、并將該信號轉換為模擬電壓信號，送至模數(shù)轉換器； 模數(shù)轉換器，用于將模擬電壓信號轉換為離散的數(shù)字量信號后送入數(shù)字信號處理單元; 數(shù)模轉換器，將數(shù)字信號處理單元產(chǎn)生的數(shù)字階梯波轉換為模擬階梯波； 驅動電路，驅動模擬階梯波施加給光路部分的Y波導調(diào)制器；以及數(shù)字信號處理單元，用于對數(shù)字量信號進行數(shù)據(jù)解調(diào)，通過積分處理后，產(chǎn)生階梯波臺階高度，經(jīng)過累加形成數(shù)字階梯波，并送至數(shù)字模擬轉換器轉換為模擬階梯波，經(jīng)過驅動電路施加給光路部分的Y波導調(diào)制器，實現(xiàn)閉環(huán)控制；所述數(shù)字信號處理單元還用于產(chǎn)生調(diào)制方波，該調(diào)制方波經(jīng)過方波驅動電路轉換成模擬方波，再與模擬階梯波進行疊加，然后施加給光路部分的Y波導調(diào)制器；所述數(shù)字信號處理單元還用于對數(shù)字量信號進行平滑濾波后，形成數(shù)字信號輸出。
10.根據(jù)權利要求9所述的準互易反射式光學電壓傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號處理單元包括數(shù)字信號處 理器(DSP)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種準互易反射式光學電壓傳感單元及其傳感系統(tǒng)，該傳感單元包括傳感頭和兩個保偏環(huán)形器，每個保偏環(huán)形器上均設有第一尾纖、第二尾纖和第三尾纖；兩束正交線偏振光通過第一保偏環(huán)形器的第二尾纖傳輸至該傳感單元中，第一保偏環(huán)形器的第三尾纖與第二保偏環(huán)形器的第一尾纖進行0°角熔接形成支路I，第一保偏環(huán)形器的第一尾纖與第二保偏環(huán)形器的第三尾纖進行90°角熔接形成支路II；第二保偏環(huán)形器的第二尾纖與傳感頭的尾纖熔接；該傳感系統(tǒng)包括傳感單元、光路部分和電路部分。該傳感單元及其系統(tǒng)利用兩個保偏環(huán)形器實現(xiàn)了兩束正交偏振光的模式互換，提高了光路的抗干擾能力，具有體積小、重量輕，結構簡單，不受電磁干擾等優(yōu)點。
文檔編號G01R15/24GK103197113SQ20131005625
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月20日 優(yōu)先權日2013年2月20日
發(fā)明者張朝陽, 荊平, 雷林緒, 溫海燕, 孫海江, 侯繼彪, 劉占元, 葉志奇 申請人:國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國家電網(wǎng)公司