[发明专利]一种基于马赫‑曾德尔干涉原理的电压传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体为一种基于马赫-曾德尔干涉原理的电压传感器。

背景技术

光纤电压传感器是近年来发展起来的一种新型电压测量设备。利用光纤完成信号的传输，利用晶体的特定物理效应来敏感电压。其优点是：抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高压、防燃、防爆；测量精度高、可靠、安全，并可远离现场进行测量。尤其是可以同光纤传输网联网，实现系统的遥测及监控。易满足小型化、智能化、多功能的要求。这些都是传统电压测量设备所无法取代的。

但现有的一种基于马赫-曾德尔干涉原理的电压传感器，光纤电压互感器可分为功能型和非功能型，其中功能型的光纤既作为光的传输介质，也作为光调制的敏感元件。其主要是应用线性电压元件或电致伸缩元件作为相位调制器，在外加电压作用下，引起缠绕在压电元件或电致伸缩元件上的光纤的折射率改变，使光的相位延迟随外加电压的变化而变化，通过检测光的相位变化就可以得到待测电压的大小。功能型传感器的缺点是易受外界环境的干扰，低频工作时存在噪声。非功能型光纤电压传感器的光纤只作为光的传输介质，光调制由电光晶体完成，如泡克尔斯(Pockels)效应、电光克尔(Kerr)效应以及逆压电效应等，即晶体的折射率在外加电压作用下而发生改变，检测出射光强的变化来测量电压。但是，光强检测模式存在测量近似线性的缺点，测量范围小，制约了其实用性。

所以，如何设计一种基于马赫-曾德尔干涉原理的电压传感器，成为我们当前要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于马赫-曾德尔干涉原理的电压传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于马赫-曾德尔干涉仪的电压传感器，在光路上分别设置第一3db耦合器，马赫-曾德尔干涉仪，第二3db耦合器。

进一步的，所述的马赫-曾德尔干涉仪的一条分支上放置电光调制器

进一步的，所述的电光调制器为横向调制。

进一步的，所测的电压大小U与干涉条纹的位移距离x之间的关系为：

其中，U_π电光调制器中电光晶体的半波电压，l为干涉条纹中的一段暗条纹宽度

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种基于马赫-曾德尔干涉原理的电压传感器，本发明在马赫-曾德尔干涉仪的一臂上加入电光调制器，电光晶体在外加电压的作用下，出射光发生条纹干涉，通过测量条纹的位移情况，即可线性测量待测电压。且测量范围不受晶体半波电压的限制，原理简单易实现。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图中：1-光源；2-第一3db耦合器；3-光纤；4-马赫-曾德尔干涉仪；5-电光调制器；6-第二3db耦合器；7-CCD相机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：在光路上分别设置第一3db耦合器2，马赫-曾德尔干涉仪4，第二3db耦合器6。

进一步的，在所述的马赫-曾德尔干涉仪5的一条分支上放置电光调制器5。

进一步的，所述的电光调制器5为横向调制。

工作原理：首先，[1]为光源，光信号经过[2]第一3db耦合器，分为等强度的两束光，通过[3]光纤分别进入[4]马赫-曾德尔干涉仪的两臂，其中一侧的光进入[5]电光调制器。电光调制器的两侧接有待测电压U，其中U和电光相位延迟的关系为：

其中，L为电光调制器的通光路径；n为电光晶体的初始折射率；U为待测电压；λ为光源的中心波长；d为施加电场方向晶体的厚度；γ为电光晶体的电光效应系数；U_π为晶体的半波电压。干涉仪两臂带有不同相位延迟的光通过[6]第二3db耦合器形成干涉条纹，利用[7]CCD相机定位光斑的条纹位置，检测出光斑条纹的位移x，即可得到待测电压U：

由上公式可得，基于马赫-曾德尔干涉仪的电压传感器的测量范围不受晶体半波电压的限制，且方案原理简单，易实现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。