一种采用消光处理技术的克尔传感器和测量系统

摘要

本发明实施例公开了一种采用消光处理技术的克尔传感器和测量系统，包括：串联连接的克尔细胞透光体，克尔细胞透光体外周环绕设置有消光装置，消光装置包括两片叠加在一起的偏振片，偏振片的偏振方向互相垂直、且分别与克尔细胞透光体中轴线之间的夹角为45度；串联连接的克尔细胞透光体的信号输入端、沿信号输入方向依次设置有第一光纤准直器、起偏器和第一波片，串联连接的克尔细胞透光体的信号输出端、沿信号输出方向依次设置有第二波片、检偏器和第二光纤准直器；起偏器与检偏器的偏振方向正交。串联连接的克尔细胞透光体外周设置的消光装置，有效减少光照对传感器的影响，同时多个克尔细胞透光体串联连接增加了每一个克尔细胞透光体的安全性。

权利要求

1.一种采用消光处理技术的克尔传感器，其特征在于，包括：

串联连接的克尔细胞透光体(1)，所述克尔细胞透光体(1)外周环绕设置有消光装置(2)，所述消光装置(2)包括两片叠加在一起的偏振片，所述偏振片的偏振方向互相垂直、且分别与所述克尔细胞透光体(1)中轴线之间的夹角为45度；

所述串联连接的克尔细胞透光体(1)的信号输入端、沿信号输入方向依次设置有第一光纤准直器(3)、起偏器(4)和第一波片(5)，所述串联连接的克尔细胞透光体(1)的信号输出端、沿信号输出方向依次设置有第二波片(6)、检偏器(7)和第二光纤准直器(8)；其中，所述起偏器(4)与检偏器(7)的偏振方向正交；

所述偏振片设置为聚乙烯醇薄膜。

2.根据权利要求1所述的采用消光处理技术的克尔传感器，其特征在于，所述消光装置(2)包括消光板，所述消光板边缘依次连接、且环绕设置于所述克尔细胞透光体(1)外周。

3.根据权利要求2所述的采用消光处理技术的克尔传感器，其特征在于，所述消光板与所述克尔细胞透光体(1)之间的距离为0.1-5mm。

4.根据权利要求2所述的采用消光处理技术的克尔传感器，其特征在于，所述消光装置(2)包括四块消光板，所述四块消光板边缘依次垂直连接、且环绕设置于所述克尔细胞透光体(1)外周。

5.根据权利要求1所述的采用消光处理技术的克尔传感器，其特征在于，所述串联连接的克尔细胞透光体(1)的数量为两个。

6.根据权利要求1所述的采用消光处理技术的克尔传感器，其特征在于，所述克尔细胞透光体(1)设置为圆柱体结构，所述圆柱体结构的横截面直径为10mm、长度为40mm，且所述圆柱体结构的中空内腔填充克尔液。

7.根据权利要求2所述的采用消光处理技术的克尔传感器，其特征在于，所述消光板的长度为85mm。

8.根据权利要求1所述的采用消光处理技术的克尔传感器，其特征在于，所述起偏器(4)和检偏器(7)的消光比为10000:1。

9.一种基于采用消光处理技术的克尔传感器测量系统，其特征在于，包括：保偏光纤(9)、多膜光纤(10)、激光源(11)、信息采集单元(12)以及权利要求1-8任一所述的克尔传感器；

所述克尔传感器信号输入端通过所述保偏光纤(9)与所述激光源(11)连接，所述克尔传感器信号输出端通过所述多膜光纤(10)与所述信息采集单元(12)连接。

说明书

一种采用消光处理技术的克尔传感器和测量系统

技术领域

[0001] 本发明涉及克尔传感器技术领域，特别是涉及一种采用消光处理技术的克尔传感器和测量系统。

背景技术

[0002] 空气中空间电场的准确测量在科学研究和工程实践中具有广泛的应用，在电气设备中，能够测量精确的传感器可以帮助我们更好的测量设备中的空间电场，准确有效的判断出设备的绝缘状况以及线路是否异常。

[0003] 现有技术中，基于克尔效应的电场测量技术也逐步发展与成熟起来，克尔效应是指放在电场中的物质，由于其分子受到电力作用而发生取向(偏转)，呈现各向异性，结果产生双折射现象，即沿两个不同方向物质对光的折射能力有所不同，而本来有双折射性质的晶体，它的双折射性质会发生变化。对于应用克尔效应的测量系统，大多是将测量样品浸没在克尔液体中，这样可以利用液体的克尔效应测量电场，现如今将克尔液体集成到克尔细胞透光体内制造成传感器。其中，克尔液指可以引起克尔效应的液体。

[0004] 但是，将克尔液体集成到克尔细胞透光体中形成的传感器由于细胞中封装的克尔液体较少，容易受到测量时外界环境的干扰，影响测量精度。

发明内容

[0005] 本发明实施例中提供了一种采用消光处理技术的克尔传感器，以解决现有技术中的克尔传感器无法排除外界干扰，影响测量精度的问题。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

[0007] 本发明公开了一种采用消光处理技术的克尔传感器，包括：

[0008] 串联连接的克尔细胞透光体，所述克尔细胞透光体外周环绕设置有消光装置，所述消光装置包括两片叠加在一起的偏振片，所述偏振片的偏振方向互相垂直、且分别与所述克尔细胞透光体中轴线之间的夹角为45度；

[0009] 所述串联连接的克尔细胞透光体的信号输入端、沿信号输入方向依次设置有第一光纤准直器、起偏器和第一波片，所述串联连接的克尔细胞透光体的信号输出端、沿信号输出方向依次设置有第二波片、检偏器和第二光纤准直器；其中，所述起偏器与检偏器的偏振方向正交。

[0010] 优选地，所述消光装置包括消光板，所述消光板边缘依次连接、且环绕设置于所述克尔细胞透光体外周。

[0011] 优选地，所述消光板与所述克尔细胞透光体之间的距离为0.1-5mm。

[0012] 优选地，所述消光装置包括四块消光板，所述四块消光板边缘依次垂直连接、且环绕设置于所述克尔细胞透光体外周。

[0013] 优选地，所述串联连接的克尔细胞透光体的数量为两个。

[0014] 优选地，所述克尔细胞透光体设置为圆柱体结构，所述圆柱体结构的横截面直径为10mm、长度为40mm，且所述圆柱体结构的中空内腔填充克尔液。

[0015] 优选地，所述消光板的长度为85mm。

[0016] 优选地，所述偏振片设置为聚乙烯醇薄膜。

[0017] 优选地，所述起偏器和检偏器的消光比为10000:1。

[0018] 本发明公开了一种采用消光处理技术的克尔传感器测量系统，包括：保偏光纤、多膜光纤、激光源、信息采集单元以及克尔传感器；

[0019] 所述克尔传感器信号输入端通过所述保偏光纤与所述激光源连接，所述克尔传感器信号输出端通过所述多膜光纤与所述信息采集单元连接。

[0020] 本发明的有益效果包括：本发明公开的克尔传感器，通过使用将克尔细胞透光体串联连接的方式来延长光程，因为单个克尔细胞透光体的长度有限，且通过单个克尔细胞透光体来延长光程的制造难度较大。同时，串联连接的克尔细胞透光体增加了每一个克尔细胞透光体的安全性，在某一个坏了以后可以及时更换，因此，增加了克尔传感器的适应性。另外，本发明提供的克尔传感器在克尔细胞透光体的外周环绕设置有消光装置，消光装置在光照环境下可对光照进行消光处理，消光装置可大大降低环境光照的干扰，并延长工作时间，从而提高测量精度。

附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0022] 图1为本发明实施例提供的一种采用消光处理技术的克尔传感器结构示意图；

[0023] 图2为本发明实施例提供的一种采用消光处理技术的克尔传感器横截面结构示意图；

[0024] 图3为本发明实施例提供的一种基于采用消光处理技术的克尔传感器测量系统结构示意图；

[0025] 图1-图3中，符号表示：

[0026] 1-克尔细胞透光体，2-消光装置，3-第一光纤准直器，4-起偏器，5-第一波片，6-第二波片，7-检偏器，8-第二光纤准直器，9-保偏光纤，10-多膜光纤，11-激光源，12-信息采集单元。

具体实施方式

[0027] 本发明实施例提供一种采用消光处理技术的克尔传感器和测量系统，为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0028] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

[0029] 首先对本发明实施例的采用消光处理技术的克尔传感器进行说明，参见图1，为本发明实施例提供的一种采用消光处理技术的克尔传感器结构示意图，包括：串联连接的克尔细胞透光体1，克尔细胞透光体1外周环绕设置有消光装置2，消光装置2包括两片叠加在一起的偏振片，偏振片的偏振方向互相垂直、且分别与克尔细胞透光体1中轴线之间的夹角为45度。

[0030] 其中克尔细胞透光体1设置为圆柱体结构，圆柱体结构的横截面直径为10mm、长度为40mm，且所述圆柱体结构的中空内腔填充克尔液。克尔细胞透光体1的细胞壁为光学玻璃通过特殊工艺烧制、且无气泡密封。本发明实施例提供的克尔传感器采用串联的克尔细胞透光体1的形式延长光程的同时减小单个克尔细胞的制造难度，通过改变克尔细胞的尺寸可调节测量的精度。克尔细胞透光体1内填充有克尔液，克尔液选用去离子纯净水，这种克尔液的克尔系数高，而且对细胞壁的损伤小。

[0031] 消光装置2环绕设置于克尔细胞透光体1外周，所以消光装置2可以设置为与克尔细胞透光体1外表面匹配的圆柱形，也可以设置为多块消光板边缘依次连接、且环绕设置在克尔细胞透光体1外周的形式。上述两种形式不应该作为本发明保护范围的限制，本领域技术人员可根据实际情况选择其他形式的消光装置2，只要能够起到消光作用，其均应当落入本发明的保护范围。

[0032] 如图2，为本发明实施例提供的一种采用消光处理技术的克尔传感器横截面结构示意图；

[0033] 本实施例提供的消光装置2设置为四块消光板，四块消光板边缘依次连接、且环绕设置于克尔细胞透光体1的外周，此时相邻消光板之间可为垂直关系，也可以是相邻消光板之间的夹角大于90度，本领域技术人员可根据实际需要选择。图2所示的相邻消光板之间是垂直关系，每块消光板与克尔细胞透光体1之间的最小距离和最大距离均相等。

[0034] 另外，消光板与克尔细胞透光体1之间的距离设置为0.1-5mm，当消光板为圆柱形时，消光板与克尔细胞透光体1之间的距离相同，当消光板为四块连接的形式时，消光板与克尔细胞透光体1之间的最小距离为0.1mm，最大距离为5mm。本实施例提供的四块消光板中，每块消光板的横截面积为3×12mm2，长度为85mm，在现实情况下克尔细胞透光体1的长度依据克尔传感器中克尔细胞的个数而定。本实施例提供的克尔传感器中克尔细胞透光体1的个数为2个。

[0035] 消光装置2是由叠加在一起的偏振片构成，偏振片的偏振方向互相正交，且两个偏振片的偏振方向分别与克尔细胞透光体中轴线之间的夹角为45度，可以对外界环境中的光强造成最大程度的衰减，减少外界光照以及因光照产生的温度变化对克尔传感器灵敏度的影响。

[0036] 两个偏振片胶装在一起组合成消光板，偏振片使用高分子化合物聚乙烯醇薄膜为基片制作而成，不含有金属颗粒。

[0037] 在串联连接的克尔细胞透光体1的信号输入端、沿信号输入方向设置有第一光纤准直器3、起偏器4和第一波片5，串联连接的克尔细胞透光体1的信号输出端、沿信号输出方向依次设置有第二波片6、检偏器7和第二光纤准直器8，起偏器4与检偏器7的偏振方向正交。

[0038] 其中，起偏器4和检偏器7的消光比为10000:1，偏振方向正交，起偏器4为我们提供了测量所需要的偏振光，检偏器7用来检查平面线偏振光，第一波片5和第二波片6的目的是用于增加两偏振分量之间的相位差，起到测量精度的作用。光线准直器可以将光纤内的传输光转变成准直光(平行光)，或将外界平行(近似平行)光耦合至单模光纤内。

[0039] 参见图3，为本发明实施例提供的一种基于采用消光处理技术的克尔传感器测量系统结构示意图，测量系统包括：保偏光纤9、多膜光纤10、激光源11、信息采集单元12和克尔传感器。

[0040] 其中克尔传感器信号输入端通过保偏光纤9与激光源11连接，克尔传感器信号输出端通过多膜光纤10与信号采集单元12连接，克尔传感器采用有机玻璃封装。

[0041] 由上述实施例可见，本发明公开的克尔传感器，包括串联连接的克尔细胞透光体1，串联连接的克尔细胞透光体1增加了每个克尔细胞透光体1的细胞安全性，在某一个坏了以后可以及时更换，另外，串联设置的克尔细胞透光体1的光程可控性强，可以通过增加或减少串联的克尔细胞透光体1个数来调节测量精度。另外，在克尔细胞透光体1外周环绕设置有消光装置2，消光装置2减少外界环境光照对克尔传感器的影响，并且排除了环境光照对克尔细胞透光体1的影响，具有较高的准确性。对于一般的克尔细胞透光体1，由于细胞较小，容易因为环境光强出现温度变化，在对环境光照进行消光处理后，可以大大降低环境光照的干扰，延长工作时间。

[0042] 需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0043] 以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。