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专利名称：准互易反射式光学电压传感单元及其传感系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电压互感器领域，具体涉及一种用于光学电压互感器的准互易反射式光学电压传感单元及其传感系统。
背景技术：
光学电压互感器是一种利用光信号感应电压并经过信号处理得到输出电压的互感器。相比传统的电磁感应式和电容式电压互感器有许多无法比拟的优点，已经成为电压互感器领域研究的热点，是电压互感器未来的发展趋势。其中电压传感单元是实现光电感应的关键部分。目前基于普克尔(Pockels)效应的光学电压互感器的电压传感单兀大都需要两路光电探测装置来接收携带了调制信息的两路光输出信号，使得整个光学电压互感器的结构较为复杂。

发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的之一在于提出一种抗干扰能力强、结构简单的准互易反射式光学电压传感单元。本发明的准互易反射式光学电压传感单元是通过如下技术方案实现的:一种准互易反射式光学电压传感单元，该传感单元包括传感头，还包括两个保偏环形器，每个保偏环形器上均设有第一尾纤、第二尾纤和第三尾纤；两束正交线偏振 光通过所述第一保偏环形器的第二尾纤传输至该传感单元中，所述第一保偏环形器的第三尾纤与第二保偏环形器的第一尾纤进行0°角熔接形成支路I，所述第一保偏环形器的第一尾纤与第二保偏环形器的第三尾纤进行90°角熔接形成支路
II;所述第二保偏环形器的第二尾纤与传感头的尾纤熔接。进一步地，所述传感头包括准直器和电光晶体，所述电光晶体的光入射面上镀有增透膜、与光入射面相对的另一面上镀有反射膜，所述准直器与电光晶体镀有增透膜的一面相固接，所述准直器的光入射面上连接有传感头的尾纤；所述电光晶体的上、下端面分别安装有电极。进一步地,所述传感头封装于屏蔽外壳中。进一步地，两束正交线偏振光依次经过第一保偏环形器、支路I和第二保偏环形器后进入传感头，获得2Φ的总相位差后从传感头输出；从传感头输出的两束正交线偏振光依次经过第二保偏环形器、支路II和第一保偏环形器后输出；在经过支路II时，使得两束正交线偏振光的偏振方向旋转90度，实现两束正交线偏振光的模式互换。进一步地，所述传感头在电场的作用下，使两束正交线偏振光通过传感头后产生相位差Φ ,两束线偏振光经反射再次通过传感头后，总相位差为2 Φ。所述两束线偏振光通过传感头后产生的相位差为:
权利要求
1.一种准互易反射式光学电压传感单元，该传感单元包括传感头，其特征在于:还包括两个保偏环形器，每个保偏环形器上均设有第一尾纤、第二尾纤和第三尾纤； 两束正交线偏振光通过所述第一保偏环形器的第二尾纤传输至该传感单元中，所述第一保偏环形器的第三尾纤与第二保偏环形器的第一尾纤进行0°角熔接形成支路I，所述第一保偏环形器的第一尾纤与第二保偏环形器的第三尾纤进行90°角熔接形成支路II ；所述第二保偏环形器的第二尾纤与传感头的尾纤熔接。
2.根据权利要求1所述的准互易反射式光学电压传感单元，其特征在于: 所述传感头包括准直器和电光晶体，所述电光晶体的光入射面上镀有增透膜、与光入射面相对的另一面上镀有反射膜，所述准直器与电光晶体镀有增透膜的一面相固接，所述准直器的光入射面上连接有该传感头的尾纤；所述电光晶体的上、下端面分别安装有电极。
3.根据权利要求1或2所述的准互易反射式光学电压传感单元，其特征在于: 所述传感头封装于屏蔽外壳中。
4.根据权利要求1所述的准互易反射式光学电压传感单元，其特征在于: 两束正交线偏振光依次经过第一保偏环形器、支路I和第二保偏环形器后进入传感头，获得2Φ的总相位差后从传感头输出； 从传感头输出的两束正交线偏振光依次经过第二保偏环形器、支路II和第一保偏环形器后输出；在经过支路II时，使得两束正交线偏振光的偏振方向旋转90度，实现两束正交线偏振光的模式互换。
5.根据权利要求4所述的准互易反射式光学电压传感单元，其特征在于: 所述传感头在电场的作用下，使两束正交线偏振光通过传感头后产生相位差Φ，两束线偏振光经反射再次通过传感头后，总相位差为2 Φ，所述相位差通过下式求得: , Tt I 3 r r^ = V~J nO Y 乙λ a 其中，I是光传播方向上电光晶体的长度，d是外加电场方向上电光晶体的厚度，Iitl是电光晶体的折射率，Y41是电光晶体的电光系数，U是加在电光晶体上的电压。
6.根据权利要求1所述的准互易反射式光学电压传感单元，其特征在于: 所述两个保偏环形器的第一尾纤、第二尾纤和第三尾纤以及传感头的尾纤均采用保偏光纤。
7.—种准互易反射式光学电压传感系统,其特征在于,该传感器包括权利要求1-6任一所述的传感单元，还包括置于二次机箱中的光路部分和电路部分； 从光源发出的光经过光路部分分成两束正交线偏振光、并通过保偏光纤传至传感单元；所述传感单元在电场的作用下并经过反射产生总相位差为2炉，并且两束线偏振光的振动方向分别旋转90°，实现其模式互换；从所述传感单元返回的两束线偏振光通过保偏光纤传回至光路部分进行干涉，再由电路部分探测干涉光强信号并进行信号处理后，形成数字信号输出。
8.根据权利要求7所述的准互易反射式光学电压传感系统，其特征在于: 所述光路部分包括光源、环形器、Y波导调制器和偏振光分束器，从所述光源发出的光经过环形器进入Y波导调制器，将光分成两束偏振光，其中一束旋转90°后与另一束一同进入偏振光分束器，将两束偏振光调整成两束正交线偏振光后通过保偏光纤传至传感单元；经过传感单元返回的两束正交线偏振光携带有待测电压信息，再次经过偏振光分束器后进入Y波导调制器中发生干涉，经过干涉的干涉光强信号经过环形器后，进入电路部分进行信号处理。
9.根据权利要求7或8所述的准互易反射式光学电压传感系统，其特征在于，所述电路部分包括: 光电转换器，用于探测光路部分发出的干涉光强信号、并将该信号转换为模拟电压信号，送至模数转换器； 模数转换器，用于将模拟电压信号转换为离散的数字量信号后送入数字信号处理单元; 数模转换器，将数字信号处理单元产生的数字阶梯波转换为模拟阶梯波； 驱动电路，驱动模拟阶梯波施加给光路部分的Y波导调制器；以及数字信号处理单元，用于对数字量信号进行数据解调，通过积分处理后，产生阶梯波台阶高度，经过累加形成数字阶梯波，并送至数字模拟转换器转换为模拟阶梯波，经过驱动电路施加给光路部分的Y波导调制器，实现闭环控制；所述数字信号处理单元还用于产生调制方波，该调制方波经过方波驱动电路转换成模拟方波，再与模拟阶梯波进行叠加，然后施加给光路部分的Y波导调制器；所述数字信号处理单元还用于对数字量信号进行平滑滤波后，形成数字信号输出。
10.根据权利要求9所述的准互易反射式光学电压传感系统，其特征在于，所述数字信号处理单元包括数字信号处 理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)。
全文摘要
本发明提出了一种准互易反射式光学电压传感单元及其传感系统，该传感单元包括传感头和两个保偏环形器，每个保偏环形器上均设有第一尾纤、第二尾纤和第三尾纤；两束正交线偏振光通过第一保偏环形器的第二尾纤传输至该传感单元中，第一保偏环形器的第三尾纤与第二保偏环形器的第一尾纤进行0°角熔接形成支路I，第一保偏环形器的第一尾纤与第二保偏环形器的第三尾纤进行90°角熔接形成支路II；第二保偏环形器的第二尾纤与传感头的尾纤熔接；该传感系统包括传感单元、光路部分和电路部分。该传感单元及其系统利用两个保偏环形器实现了两束正交偏振光的模式互换，提高了光路的抗干扰能力，具有体积小、重量轻，结构简单，不受电磁干扰等优点。
文档编号G01R15/24GK103197113SQ20131005625
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月20日 优先权日2013年2月20日
发明者张朝阳, 荆平, 雷林绪, 温海燕, 孙海江, 侯继彪, 刘占元, 叶志奇 申请人:国网智能电网研究院, 国家电网公司