[发明专利]非侵入式电场测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种非侵入式电场测量系统及方法，用以测量电场发生装置输出的电场的电场强度，非侵入式电场测量系统包括：高能激光装置、分光装置、光电转换装置及监测处理装置；高能激光装置提供基频激光，基频激光与电场作用使得气体分子发生极化产生二倍频光；分光装置将接收的基频激光与二倍频光分隔传输；光电转换装置将基频激光与二倍频光对应地转换为基频激光信号及二倍频光信号；监测处理装置监测基频激光信号及二倍频光信号，并根据基频激光信号及二倍频光信号通过标准电极标定曲线，获得电场强度。

技术领域

本发明属于利用激光与电场作用下的气体分子极化非线性效应实现非侵入式测量领域，特别涉及一种消除背景光噪声、抗干扰性强、可实现电场分量测试系统。

背景技术

电场，作为表征自然界电磁现象的最基本物理量之一，电场的测量是众多科学与技术领域的重要研究，在高电压工程和等离子体物理领域有着广泛的应用需求。在等离子体物理领域，电场是驱动放电发展并且与等离子体放电的电离系数相关，对电场的空间和时间的演变的测量对深入理解等离子体机理和等离子体源应用非常重要。在高电压工程中，测量绝缘子表面的电场，研究电场分布规律，对于绝缘子的优化起到指导作用，保证电力系统安全稳定的运行。随着电网输电能力的提高，直流输电及交直流混合线路下的离子流场的存在使得电磁环境更加复杂，因此输电线路下方电场的测量，对于输电线路设计和电磁环境的评估提供支撑。因此，研究电场测量系统有着重要意义。

现有的电场测量技术，包括侵入式测量的电磁旋转计和利用Pockels效应的探针技术，在研究电晕放电时，Pockels光电探针的存在会改变放电电流并抑制放电本身的发生，所以说侵入式测量影响测量精度和测试对象。利用Stark效应的发射光谱也可以测量电场，它的缺陷电场诊断需要假设模型，模型的准确性有待考证；受限于发光区域的大小，在某些不发光但存在电场的区域不能实现测量，且精度较低。另一种非侵入式测量方式，即电场作用下的四波混频效应可以实现，但其测量装置相比实验装置复杂程度高难以实现，且只在氢气和氮气中测量有效，对复杂环境中的气体不具有普适性。

因此急需开发一种克服上述缺陷的非侵入式电场测量系统及方法。

发明内容

针对上述问题，本发明为解决上述技术问题提供一种非侵入式电场测量系统，用以测量电场发生装置输出的电场的电场强度，其中，包括：

高能激光装置，提供基频激光，所述基频激光与所述电场作用使得气体分子发生极化产生二倍频光；

分光装置，将接收的所述基频激光与所述二倍频光分隔传输；

光电转换装置，将所述基频激光与所述二倍频光对应地转换为基频激光信号及二倍频光信号；

监测处理装置，监测所述基频激光信号及所述二倍频光信号，并根据所述基频激光信号及所述二倍频光信号通过标准电极标定曲线，获得所述电场强度。

上述的非侵入式电场测量系统，其中，还包括：

第一透镜装置，对所述基频激光进行聚焦后输出；

第一滤光装置，对聚焦后输出的所述基频激光进行过滤，获得波长特定的一所述基频激光输出至所述电场。

上述的非侵入式电场测量系统，其中，还包括：

第二透镜装置，对所述二倍频光及所述基频激光进行会聚后输出至所述分光装置。

上述的非侵入式电场测量系统，其中，所述分光装置包括：

第一透镜单元，所述二倍频光及所述基频激光经过所述第一透镜单元时，所述二倍频光及部分所述基频激光通过所述第一透镜单元，且另一部分所述基频激光被所述第一透镜单元反射至所述光电转换装置；