[发明专利]一种高精度谐振式光学电压传感及检测方法

说明书

本发明公开了一种高精度谐振式光学电压传感及检测方法，属于光学电压传感技术领域。所述的光学电压传感器，包括通过保偏光纤依次连接的窄线宽激光光源、Y波导、BGO晶体、双探测器和信号检测电路；且在BGO晶体前后通光面镀膜构成高清晰度谐振腔，使得光在谐振腔内的多次传输增大Pockels效应；光学电压传感器的检测方法通过双路追踪的谐振式光路，同步检测两束光的谐振频差，使得同一时刻两束光所处温度变化引起的干扰一致，使得两束光传播过程中的干扰量相互抵消，而增大的Pockels效应保留。本发明提高了光学电压传感器的测量精度、温度稳定性及环境适应能力，解决了电压传感器高精度与小型化的矛盾，减少了光路器件，结构简单可靠。

技术领域

本发明属于光学电压传感器技术领域，涉及一种高精度谐振式光学电压传感及检测方法。

背景技术

随着电力系统向着高电压、大电容和数字化等方向发展，电力系统对电力测量系统提出了更高的性能要求。作为电压测量设备，传统的电压传感器因其固有的缺陷越来越不适应电力系统的发展，促进了光学电压传感器的出现和发展。

光学电压传感器是以光信号的变化传感待测电压信息的电压测量设备，光学电压传感器以其体积小、绝缘性好、安全可靠等一系列优点获得了广泛研究和飞速发展。

光学电压传感器作为高电压测量设备，工作环境难免恶劣，因而需要较强的抗干扰能力和环境适应能力。可靠、稳定是对电力测量系统的基本要求，作为高电压测量重要设备的光学电压传感器理应具备较高的运行稳定性。所以，对于从机理上抵消温度误差并实现小型化的光学电压传感器，对提高测量精度、运行稳定性、抗干扰能力及环境适应能力至关重要，是实现高精度光学电压传感器实用化的关键。

传统的基于Pockels效应的光学电压传感器通常采用较长的锗酸铋(Bi₄Ge₃O₁₂，BGO)晶体，以保证其所敏感的Pockels相差足够大，但是晶体长度越大，传感器小型化越困难；同时，BGO晶体作为敏感器件，其测量精度受到晶体温度稳定性影响，即使在某些改进型结构中，其改进效果也有限，并且在改进结构中增加了光学器件也就引入新的误差因素，并没有完全消除温度引起的误差。

可见，现有的基于Pockels效应的电压传感器由于受到晶体长度的制约，难以同时兼顾测试系统的高精度和小型化。同时，传感器受温度影响造成的误差，导致电压测量性能的一致稳定性难以保证。

发明内容

本发明为了提高光学电压传感器的测量精度，解决高精度与小型化之间的矛盾，通过检测两路等能量线偏振光的谐振频差抵消了温度变化对电压测量结果的影响，提出了一种高精度谐振式光学电压传感以及检测方法。

所述的高精度谐振式光学电压传感器，包括：窄线宽激光光源、Y波导、BGO晶体、双探测器和信号检测电路。

窄线宽激光光源、Y波导、BGO晶体和双探测器通过保偏光纤依次连接，双探测器再连接信号检测电路；选用带有自聚焦透镜的准直器对入射和出射BGO晶体的光进行准直，准直器共有4个，其中2个熔接在BGO晶体与Y波导之间的保偏光纤尾部，另外2个熔接在BGO晶体与双路探测器之间的保偏光纤头部，且4个准直器均与BGO晶体连接。

光在高精度谐振式光学电压传感器中的传递过程为：由窄线宽激光光源发出的光经Y波导完成起偏和分束，成为两束沿y方向振动的等能量线偏振光E_U和E_T；两束线偏振光E_U和E_T沿保偏光纤分别经准直器传播进入BGO晶体，经BGO晶体谐振腔透射后，转换成两束干涉光，再经过准直器进入双探测器，双探测器将两束干涉光的光强信号转换为电信号，再送入信号检测电路，通过检测两路线偏振光的谐振频差，抵消了温度变化对电压测量结果的影响。