[发明专利]一种抑制电压传感器温度误差的光学传感装置

摘要

本发明公开了一种抑制电压传感器温度误差的光学传感装置，属于光学电压传感器领域；包括光学传输单元和Pockels相位敏感单元；两晶体中温度场、应力场的不一致性，会导致Pockels相位敏感单元的互易性退化；光学传输单元的熔接角度、对轴角度非理想对干涉光强大小及反馈相位产生影响，导致光学电压传感器测量误差的产生。通过建立光学传输单元和Pockels相位敏感单元的温度误差模型，设计了能够抵消两晶体中附加应力双折射的新型光学基座结构并提出了角度误差补偿方法，提高了光学电压传感器的测量精度及温度稳定性。

主权项

1.一种抑制电压传感器温度误差的光学传感装置，其特征在于，所述光学传感装置包括：光学传输单元和Pockels相位敏感单元两部分；Pockels相位敏感单元包括法拉第旋光器和互易性双晶体结构；光学传输单元的保偏延迟光缆末端连接法拉第旋光器，将Pockels相位敏感单元单独置于智能电网中；互易性双晶体结构包括BGO晶体A、半波片和BGO晶体B：晶体B为电压敏感单元，晶体A和半波片组成温度误差补偿模块；只对晶体B加电，且电场方向垂直于晶体B的001面；通过将晶体A的001面和晶体B的001面作为底面粘结在电极上，并将电极固定在光学基座上，保证影响电压传感器温度稳定性的关键参数在两晶体中分布的对称性，有效抑制Pockels相位敏感单元的温度误差；具体是指温度变化使参数(σy‑σz)在晶体A和晶体B中分布不对称，导致双晶体结构的互易性退化，影响光学电压传感器温度稳定性；具体计算公式如下：两束正交线偏振光在Pockels相位敏感单元中传播的麦克斯韦方程表示为：其中，E为电场强度，ω为角频率，μ为BGO晶体的磁导率，ε₀为真空中的介电常数；当没有外界场作用于BGO晶体时，BGO晶体相对介电张量为其中ε_r为BGO晶体的相对介电常数；[Δε_P]为温变环境下的Pockels效应所导致的晶体相对介电张量的变化量，[Δε_T]为温变环境下的热光效应所导致的晶体相对介电张量的变化量，[Δε_S]为温变环境下弹光效应所导致的晶体相对介电张量的变化量；根据公式E＝U/d，得到外加电压U和Pockels相位延迟δ之间的关系为：其中，d为平行于外加电场方向BGO晶体的宽度，γ41为BGO晶体的电光系数；l为沿光传播方向互易性双晶体结构的长度；p₁₁，p₁₂和p₄₄分别为BGO晶体三个弹光系数；τ_yz为作用于BGO晶体的剪切应力；(σ_y‑σ_z)为作用于BGO晶体的正应力之差；σ_y为作用于BGO晶体110面的正应力；σ_z为作用于BGO晶体面的正应力；当晶体A的001面和晶体B的001面作为底面同电极相接触，并固定在光学基座上时，(σy‑σz)在晶体A和晶体B中的应力分布最小，且对称性最好；光学传输单元包括顺次通过保偏光纤连接的：超辐射发光二极管，单模环形器，起偏器，相位调制器和保偏延迟光缆；起偏器的输出尾纤同相位调制器的输入尾纤之间进行45°对轴熔接，相位调制器输出尾纤与保偏延迟光缆之间有一个0°熔接点；多处熔接角度及对轴角度误差的存在都会影响光学电压传感器的性能，通过分析角度误差对电压传感器的影响机理并提出角度误差补偿方法，根据角度误差补偿方法，调整各光学器件之间的对轴角度、熔接角度，减小角度误差对光学电压传感器测量精度的影响。