[发明专利]一种高频高精度空间电场测量系统及方法

说明书

本发明涉及空间电场测量技术，具体涉及一种高频高精度空间电场测量系统及方法，该系统包括待测电场区域，半导体激光器、第一、第二偏振控制模块、判断控制器、电光探针；半导体激光器通过保偏光纤分别与第一、第二偏振控制模块相连，第一、第二偏振控制模块通过保偏光纤与电光探针连接，第一、第二偏振控制模块均与判断控制器连接。该测量系统采用了工作频率较高的CdTe晶体作为电光探针，能够实现对高频空间电场的测量；基于电光效应的原理，不会对待测的空间电场造成影响；使用差分电路，能够减小环境随机噪声对本测量仪器的影响；在一个周期内进行两次并行检测，提高了本测量系统的准确性和可靠性。

技术领域

本发明属于空间电场测量技术领域，尤其涉及一种高频高精度空间电场测量系统及方法。

背景技术

空间电场检测在输电线路的电磁环境测量、电力设备的安全性能校核、电力系统防雷预警等电力行业中有着极为广泛的应用。

在传统的电场检测中，一般多采用电学的方法，测量时需要将检测探头放置在待测区域，通过探头将电场信号转化为电信号并经过电缆传输给后续设备进行处理。由于此种探头由导体构成，因此这种传感器本身就会使得空间电场产生畸变，导致测量结果的不准确。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种利用光学方法的高频高精度空间电场测量系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高频高精度空间电场测量系统，包括待测电场区域，包括：半导体激光器、第一、第二偏振控制模块、判断控制器、电光探针；半导体激光器通过保偏光纤分别与第一、第二偏振控制模块相连，第一、第二偏振控制模块通过保偏光纤与电光探针连接，第一、第二偏振控制模块均与判断控制器连接。

在上述高频高精度空间电场测量系统中，第一、第二偏振控制模块的内部均自上而下包括：第一透镜、分束镜、第二透镜、1/4波片、1/2波片，第一光电二极管、第三透镜、偏振分束镜、第四透镜、第二光电二极管、差分放大器；分束镜使得进入偏振控制模块的激光一部分继续在内部传播，一部分射出该偏振控制模块进入电光探针，反射后重新进入偏振控制模块；偏振分束镜可以将电光探针中反射回偏振控制模块的两束偏振方向不同且具有相位差的偏振光分离开，分别射向第一、第二光电二极管；第一、第二光电二极管将光强度信息转化为电信息；差分放大器比较第一、第二光电二极管电信息。

在上述高频高精度空间电场测量系统中，电光探针采用碲化镉CdTe晶体。

一种高频高精度空间电场测量系统的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、半导体激光器产生两束激光，分别射向第一、第二偏振控制模块；

步骤2、在其中一个偏振控制模块中，入射的激光首先经过透镜变为平行光射向分束镜，一部分经分束镜反射垂直向下传播，经过1/4波片、1/2波片延迟后射向偏振分束镜，偏振分束镜将反射光分为两个不同偏振方向的光，再分别射向第一、第二光电二极管，水平向左射出的光线为Lo，竖直向下射出的光线为Le；

步骤3、另一部分经分束镜透射后进入电光探针，通过待测电场的作用，这束光在电光探头内部发生双折射现象，从而产生两束偏振方向不同的且具有相位差的偏振光，记为Mo与Me；经电光探针后部介质膜的反射重新射向分束镜，经分束镜反射后也垂直向下传播，经过1/4与1/2波片延迟和偏振分束镜后，将带有相位差的两个不同偏振方向的Mo与Me分开，分别与步骤2中射向第一、第二光电二极管的Lo与Le两束光发生干涉；

步骤4、利用第一、第二光电二极管检测干涉光强度并将其转化为电信号，经过差分放大器后送入判断控制器；

经过理论推导可得入射到第二光电二极管上发生干涉的两束光的合成光强与外加电场与之间的关系为：