[发明专利]一种分布式全光电压测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种分布式全光电压测量系统，其特征在于：包括宽带激光光源、光放大器、光环形器、传输光纤、电压传感系统、分光器、择光系统、光电转换系统和末端信号显示处理系统，所述宽带激光光源输出一定波长范围内的激光，通过光放大器对光源信号进行放大，通过传输光纤将光信号送入电压传感系统的输入端，电压传感系统输出多路光信号，所述的多路光信号通过光环行器依次进入分光器、择光系统和光电转换系统，通信光信号通道的分离、选择和光电转换，在末端信号处理系统中显示相应有变化传感器的回送光信号，并对有变化传感器的外加电压的位置和数值进行分析和计算。

2.如权利要求1所述的分布式全光电压测量系统，其特征在于：所述电压传感系统包括多个串联连接的电压传感单元，所述电压传感单元包括传感器光栅和压电陶瓷，传感器光栅与相应压电陶瓷直接粘接。

3.如权利要求2所述的分布式全光电压测量系统，其特征在于：所述传感器光栅为C波段反射型布拉格光栅；所述压电陶瓷的两侧镀有作为电压输入端口的银电极层。

4.如权利要求2所述的分布式全光电压测量系统，其特征在于：所述择光系统包括压电陶瓷和透射光栅或压电陶瓷和反射光栅；择光系统中的压电陶瓷尺寸与电压传感系统中的压电陶瓷相同，择光系统中透射光栅或反射光栅的中心波长与电压传感系统中的传感器光栅中心波长之差不大于择光系统或电压传感系统光栅中最大带宽的二分之一。

5.如权利要求4所述的分布式全光电压测量系统，其特征在于：所述光电转换系统中的光电探测器将获得电压传感系统输出的如下光强信号：

上式中，A是光放大器的放大倍数，X是分光系统中所具有的分离出的光路数，k是光经过传感器光栅反射后其光强的损失比率，积分范围下限aa和上限bb由宽带光源所入射的激光波长范围确定，S(λ_B)为宽带激光光源的出射频谱，F₁(λ)为传感器光栅的反射率，F₂(λ)为择光系统中对应反射光栅的反射率或透射光栅的透射率。

6.如权利要求5所述的分布式全光电压测量系统，其特征在于：所述末端信号显示处理系统通过下式获得电场强度：

上式中，ΔU为待测电压，

M_PD(λ)代表择光系统中，光电探测器所获得的光强强度；

I_peak代表光源峰值功率；

λ_B代表传感光纤光栅的中心波长；

λ₀代表光源输出中心波长；

R₀代表光纤光栅最大反射率；

λ₁代表参考光纤光栅中心波长；

Δλ₀代表光源输出谱的半峰值全脉宽；

Δλ₁代表参考光纤光栅的半峰值全脉宽；

Δλ₂代表传感光纤光栅的半峰值全脉宽；

λ为积分变量，代表波长，在波长从aa到bb的范围内对光谱信号进行积分，获得光谱能量值。

7.一种分布式全光电压测量系统的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)宽带激光光源输出激光，通过传输光纤输送至光放大器的输入端；

2)经过放大后的光信号从光放大器输出，通过传输光纤和光环行器进入电压传感系统；

3)电压的作用间接使得光纤光栅中心波长发生变化，激光光束在电压传感系统中经过在不同中心波长的光栅中反射，输出光强信号通过传输光纤传送至分光器；

4)光强信号在分光器中进行分离，分别进入择光系统中的对应不同中心波长光路，择光系统每路输出信号单独进入每路对应的光电探测器；

5)光电转换系统中的光电探测器将光强信号转换为电压信号；

6)末端信号显示处理系统通过电压信号判断是否本路所对应传感器是否具有待测电压，若具有待测电压的施加，通过此电压信号计算待测电压强度。