专利名称：一种光纤电场传感头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤电场传感头，主要用于变电站和高压输电线路的空间电场强度及高电压的测量。
背景技术：
为测量变电站和高压输电线路的空间电场强度及绝缘子串的电压分布，电场传感头的体积必须尽可能小、防止探头本身使被测电场畸变而引起测量误差，另外还必须满足防电磁场干扰、高压测点和地电位之间可靠隔离等多项要求。为此，国内外多采用基于Pockels电光效应的光纤传感器。如 J. C. Santos et al. Pockels high-voltage measurement system. IEEETransactions on Power Delivery,vol. 15,no. I, January 2000.及专利名称为《光纤电场传感器》、专利号为02147824. 4的中国专利，其传感器均系将准直透镜、起偏器、1/4波片、电光晶体、检偏器和耦合透镜安置在一条直线上，将其组装或固封而成。其传感器沿光轴方向的尺寸偏长，且入射光纤和出射光纤错位180度反向引出，难于制成集成化的、对被测电场畸变小的、适于现场应用的小尺寸传感器，加之透过式偏振片的稳定性和抗老化性能多有不足，用其制出工业化产品有一定困难。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是克服背景技术中所述的不足，提供一种性能稳定、体积小的集成式电场传感头。本实用新型的技术方案为在对称布置的第一偏振棱镜和第二偏振棱镜之间，平行放置1/4波片及双侧分别有透明导电膜I和透明导电膜II的电光晶体，在与第一偏振棱镜正交的准直光路上装有与入射光纤耦合的自聚焦透镜，在与第二偏振棱镜正交的准直光路上装有与出射光纤耦合的自聚焦透镜。与现有技术相比，本实用新型所产生的积极效果是(1)有效缩短了沿电光晶体光轴方向的传感头尺寸。(2)入射光纤和出射光纤同方向平行引出，便于探头的封装和集成。⑶用作起偏器和检偏器的偏光棱镜具有优良的偏光性能和高稳定性及抗老化性能，且便于精密组装，便于制出工业化产品。(4)双侧有透明导电膜的电光晶体，采用纵向调制模式，便于小尺寸应用，并有利于消除晶体自然双折射对测量精度的影响。
图I :本实用新型的第一个实施例结构示意图。图2 :本实用新型的第二个实施例结构示意图。图3 :本实用新型的第三个实施例结构示意图。图4 :本实用新型的第四个实施例结构示意图。
具体实施方式
图I表不本实用新型的第一个实施例,主要为在对称布置的第一偏振棱镜I和第二偏振棱镜2之间，依次平行放置1/4波片3及双侧分别镀有透明导电膜I 4和透明导电膜II 5的电光晶体6，在与第一偏振棱镜I正交的准直光路上装有与入射光纤7耦合的自聚焦透镜8，在与第二偏振棱镜2正交的准直光路上装有与出射光纤9耦合的自聚焦透镜10。外加电场E的方向和电光晶体6的光轴保持平行图2表示本实用新型的第二个实施例的结构示意图。主要为将第一偏振棱镜I和第二偏振棱镜2、1/4波片3及双侧分别镀有透明导电膜I 4和透明导电膜II 5的电光晶体6集成胶装在绝缘外壳11中，自聚焦透镜8同入射光纤7通过胶装在绝缘外壳11上的、位于与第一偏振棱镜I正交的准直光路上的光纤连接器12相互稱合，自聚焦透镜10同出射光纤9通过胶装在绝缘外壳11上的、位于与第二偏振棱镜2正交的准直光路上的光纤连接器13相互耦合。图3表示本实用新型的第三个实施例的结构示意图。主要为将第一偏振棱镜I和第二偏振棱镜2、1/4波片3、双侧分别镀有透明导电膜I 4和透明导电膜II 5的电光晶体
6、与入射光纤7耦合的自聚焦透镜8、以及与出射光纤9耦合的自聚焦透镜10集成胶装在绝缘外壳11之中，使传感头的体积最小化，绝缘外壳的最大边长减小到约10mm。图4表示本实用新型的第四个实施例的结构示意图。与图3实施例的不同之处是，在绝缘外壳11上安装有贯穿外壳的电极14和电极15，电极14和电极15在外壳内部分别与电光晶体6两侧的透明导电膜I 4和透明导电膜115相连，从而使光纤电场传感头变为光纤电压传感头，当在电极14和电极15上施加被测电压时，可用于电压测量。以图I为例说明该光纤电场传感头内部各部分光信号变化过程如下从光纤7入射的光信号经过自聚焦透镜8变为与第一偏光棱镜I正交的平行光束，该平行光束经过作为起偏器的第一偏光棱镜I反射90度后变为直线偏光。该直线偏光穿过1/4波片3之后变为圆偏光。当该圆偏光穿过透明导电膜I 4垂直进入电光晶体6再穿出透明导电膜II 5时，如果没有外加电场，则穿出透明导电膜II 5的光仍为圆偏光，但如果有和电光晶体6的光轴保持平行的外加电场E作用于该光纤电场传感头，则由于电光晶体6的双折射效应，内部两束光之间产生相位差，穿出透明导电膜II 5的光变为椭圆偏光。电光晶体6内两束光之间的相位差与外加电场E的电场强度成正比,则椭圆偏光的偏光度也与外加电场E的电场强度成正比。该椭圆偏光经过作为检偏器的第二偏光棱镜2反射90度后,与第二偏光棱镜2正交出射的直线偏光进入自聚焦透镜10，经其聚焦耦合到出射光纤9，则光纤9的出射光的光强度和外加电场E的电场强度成正比。从而可以利用检测光纤9出射光的光强度测量外加电场E的电场强度。对图4而言，设电光晶体的厚度为d，则外加电压U = Ed，从而可以利用检测光纤9出射光的光功率测量外加电压U。
权利要求1.一种光纤电场传感头，其特征是在对称布置的第一偏振棱镜(I)和第二偏振棱镜(2)之间，平行放置1/4波片(3)及双侧分别有透明导电膜1(4)和透明导电膜11(5)的电光晶体￠)，在与第一偏振棱镜(I)正交的准直光路上装有与入射光纤(7)耦合的自聚焦透镜(8)，在与第二偏振棱镜(2)正交的准直光路上装有与出射光纤(9)耦合的自聚焦透镜(10)。
专利摘要本实用新型涉及一种基于电光效应的光纤电场传感头，主要用于变电站和高压输电线路的空间电场强度及高电压的测量。其光纤电场传感头的起偏器和检偏器采用偏振棱镜，电光晶体两面有透明导电膜，采用纵向调制，入射光纤和出射光纤与自聚焦透镜耦合，同方向引出。传感头整体结构便于精密组装和集成，有效缩小三维尺寸，便于制出工业化产品，进一步提高了测量性能。
文档编号G01R15/24GK202362392SQ201120417319
公开日2012年8月1日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者吴琼 申请人:吴琼