RO128236A0 - Senzor optic polarimetric dirijat, pe bază de niobat de litiu pentru măsurarea câmpurilor electrice ca şi cc - Google Patents
Senzor optic polarimetric dirijat, pe bază de niobat de litiu pentru măsurarea câmpurilor electrice ca şi cc Download PDFInfo
- Publication number
- RO128236A0 RO128236A0 ROA201200602A RO201200602A RO128236A0 RO 128236 A0 RO128236 A0 RO 128236A0 RO A201200602 A ROA201200602 A RO A201200602A RO 201200602 A RO201200602 A RO 201200602A RO 128236 A0 RO128236 A0 RO 128236A0
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- probe
- optical
- dielectric
- optical sensor
- crystal
- Prior art date
Links
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 29
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title 1
- 238000000711 polarimetry Methods 0.000 title 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 claims 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009795 derivation Methods 0.000 abstract 1
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003327 LiNbO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006091 Macor Substances 0.000 description 1
- 230000005697 Pockels effect Effects 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
- G01R1/02—General constructional details
- G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
- G01R1/067—Measuring probes
- G01R1/07—Non contact-making probes
- G01R1/071—Non contact-making probes containing electro-optic elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
- G01R15/241—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using electro-optical modulators, e.g. electro-absorption
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
- G01R29/0878—Sensors; antennas; probes; detectors
- G01R29/0885—Sensors; antennas; probes; detectors using optical probes, e.g. electro-optical, luminescent, glow discharge, or optical interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la un senzor optic pentru măsurarea câmpului electric de curent alternativ şi de curent continuu. Senzorul conform invenţiei este alcătuit dintr-o sursă (1) de lumină care emite o lumină depolarizată de coerenţă, care se propagă, printr-o fibră (2) optică şi printr-un cuplaj (4), până la o sondă (6), intensitatea luminii modulate de sondă (6) fiind măsurată de o fotodiodă (5) cuplată la fibra (2) optică printr-o derivaţie (3) în Y, în care sonda (6) este alcătuită dintr-un cristal (10) electrooptic de LiNbOtip "z-cut", cu axe fizice paralele cu axele cristalografice, ale cărui caracteristici de birefringenţă sunt modulate de câmpul electric cu care intră în contact, cristalul (10) fiind încadrat, pe de o parte, de un polaroid (8) şi o placă (9) de întârziere λ/4, iar de cealaltă parte, de o placă (11) de întârziere λ/8 şi o oglindă (12) dielectrică, iar pentru alinierea razei de lumină cu ansamblul analizor care formează sonda (6), o lentilă (7) GRIN, care este cuplată la fibra (2) optică, este introdusă într-un bloc (14) aliniat cu polaroidul (8).
Description
SENZOR OPTIC, POLARIMETRIC, DIRIJAT, PE BAZA DE NlOBATDE LITIU
PENTRU MĂSURAREA CÂMPURILOR ELECTRICE CA Șl CC
Invenția se referă la un senzor optic pentru detectarea câmpului electric - de curent alternativ sau continuu - și măsurarea intensității lui prin folosirea efectuluii Pockels ce constă în producerea de birefringență variabilă de către un cristal electrooptic prin intermediul unui câmp electric variabil aplicat acestuia. Senzorul propus poate fi utilizat atât în aer cât și în diferite fluide fără a afecta parametrii respectivului câmp. Destinația industrială principală a senzorului este pentru măsurarea în timp real a sănătății componentei de înaltă tensiune utilizată în linia de transport a energiei electrice de înaltă tensiune CA și CC sau în substația de transport a energiei electrice.
Defectele liniei de transport a energiei electrice sunt, în general, cauzate de defectele componentei de înaltă tensiune, prin urmare acestea vor trebui verificate periodic. De-a lungul anilor s-au dezvoltat și se aplică mai multe tehnici pentru depistarea unui defect la componenta de înaltă tensiune a liniei de transport de energie electrică:
cea mai simplă și mai directă este detectarea vizuală și acustică, care în prezența descărcării electrice sau efectului corona detectează emisiile de unde electromagnetice IR / UV sau unde acustice;
cea de a doua tehnică este cea bazată pe măsurarea câmpului electric din jurul componentei de înaltă tensiune.
Detectarea vizuală și acustică a cmor defecte ale liniei de înaltă tensiune poate să depisteze doar stările avansate de deteriorare și nu permite depistarea semnelor inițiale de degradare, fapt de importană extremă, lucru ușor de înțeles.
Detectarea câmpului electric din jurul componentei de înaltă tensiune permite măsurarea, prevenirea evenimentului de descărcare și detectarea variației anormale a profilului câmpului electric datorită defectelor interne invizibile. Măsurarea câmpului electric se poate realiza prin intermediul unui senzor electric sau optic.
Senzorul electric prezintă dezavantajul că, datorită componentelor sale metalice, modifică distribuția câmpului electric măsurat, este de dimensiune mare și nu poate face diferența între diferitele componente ale câmpului electric. Un senzor optic este, de regulă, complet dielectric, nu afectează câmpul măsurat, este de dimensiune mică și are un răspuns de lățime de bandă mare.
Sunt cunoscute diverse aparate de măsurare a câmpului electric prin intermediul unui cristal electro-optic, precum cel descris în documentul JP2000105256 A. Acesta ^-2012-00602-1 6 -08- 2012 prezintă un senzor polarimetric cu fibră optică și element Pockels tip cristal electrooptic, polarizor, placă de întârziere Λ/4 și analizor.
De asemenea, documentul US2009/0066952A1, fig.2, prezintă tot un senzor de măsurare a câmpului electric cu cristal· electro-optic, în particular, de niobat de litiu, care mai are în componență o sursă de lumină tip laser, o fibră optică, un polarizor, o placă de întârziere sfert de undă, o lentilă GRIN (gradient index), o oglindă dielectrică, un fotodetector și un osciloscop. Raza laser este transmisă de la blocul analizor al senzorului la capul acestuia, care include o lentilă GRIN, o placă de întârziere sfert de undă, cristalul electro-optic și o oglindă dielectrică ce reflectă fascicolul laser, modulat în interiorul cristalului electro-optic de un câmp electric extern, înapoi către blocul analizor- prin capul senzorului, unde este convertită în semnal electric prin intermediul unui fotodetector după ce trece în prealabil prin placa polarizor.
Acest aparat prezintă dezavantajul că realizează un ansamblu insuficient de compact și este mai puțin fiabil în cazul unor solicitări mecanice accidentale și mai puțin comod de utilizat în condiții neuzuale, de exemplu pentru măsurarea câmpului electric al unui conductor de curent aflat într-un mediu lichid ca uleiul sau apa.
Problema tehnică pe care o rezolvă prezentaO invenție constă în realizarea unui senzor optic polarimetric de măsurare a câmpului electric având ca material optic sensibil minim un cristal electro-optic de LiNbOs, cu sursă de lumină și fibră optică și componente dielectrice de analiză astfel alese și dispuse încât să formeze un ansamblu compact și fiabil, cu toate elementele aliniate corect, care să permită totodată realizarea reglajelor de finețe necesare în' mod simplu și facil dar, care să fie utilizabil și în condiții neuzuale, de exemplu-pentru măsurarea câmpului electric al unui conductor de curent alternativ sau continuu aflat într-un mediu lichid ca uleiul sau apa.
Senzorul optic polarimetric de măsurare a câmpului electric, având ca material optic sensibil minim un cristal electro-optic de LiNbO3 tip z-cut, conform invenției, elimină toate dezavantajele de mai sus și rezolvă această problemă tehnică prin aceea că este compus din o sursă de lumină, o fibră optică și niște componente dielectrice ale unei sonde de analiză și o fotodiodă, toate protejate de o carcasă dielectrică. în plus, senzorul conform invenției mai cuprinde o derivație în Y de transmisie a razei de lumină către sonda de analiză și de la aceasta către fotodiodă, cuplate la un cuplaj al fibrei optice. De asemenea, în interiorul Sondei de analiză, cristalul electro-optic este încadrat de un polaroid și de o placă de întârziere Λ/4 j_de o parte și de o placă de întârziere λ/8 și o oglindă dielectrică de cealaltă parte; intrarea razei de lumină în acest ansamblu analizor, este realizată prin o lentilă GRIN cu fibra optică atașată și introdusă
ί\- 2 Ο 1 2 - Ο Ο δ G 2 - 1 6 -08- 2012 într-un bloc carcasat aliniat cu polaroidul'Sondei de analiză.
în cadrul unui exemplu concret de realizare a invenției, lentila GRIN cu fibra optică atașată este fixată într-o sferă· dielectrică perforată axial, care poate să se rotească între două plăcuțe fixate în blocul carcasat, după atingerea aliniamentului, sfera dielectrică fiind blocată între cele două plăcuțe cu trei șuruburi. Carcasa este prevăzută cu niște suporți circulari în care sunt fixați polaroidul, placa de întârziere Λ/4, placa de întârziere λ/8 și oglinda dielectrică; toate acestea măsuri fiind luate pentru rotirea și orientarea corectă a acestor componente în timpul asamblării.
Senzorul optic, polarimetric, prevăzut cu o sondă manevrabilă și fabricat integral din material dielectric, conform invenției, prezintă următoarele avantaje principale:
- este de dimensiune mică, este dirijabil și are un răspuns de amplitudine linear;
-poate fi utilizat în aer sau în diferite fluide fără a afecta valorile câmpului electric măsurat;
- construcția dielectrică a senzorului permite utilizarea lui într-un mediu de înaltă tensiune fără a se compromite siguranța utilizării lui în prezența unui conductor de înaltă tensiune;
- directivitatea setării permite măsurarea pe rând a componentelor câmpului electric, astfel făcând posibilă trasarea distribuției câmpului electric;
- prin analizarea varierii dintre profilul câmpului componentei intacte și componentei deteriorate este posibil să se detecteze locul exact al deteriorării, ceea ce permite să se utilizeze această tehnică pentru a verifica on-line starea de sănătate a componentei de înaltă tensiune;
- directivitatea senzorului permite studierea aprofundată a efectului defectelor asupra distribuției câmpului electric;
- sondele senzorului propus sunt impermeabile, permițând măsurarea câmpului electric în lichide sau într-un mediu gazos; această funcție extinde câmpul aplicației, de exemplu, la măsurarea câmpului electric al unor componente scufundate în ulei dielectric sau gaze dielectrice;
- oferă posibilitatea de măsurare a câmpului electric al unui curent alternativ sau continuu și a măsurării câmpului electric generat de prezența încărcăturii electrice pe materiale dielectrice: această măsurătoare oferă posibilitatea de a caracteriza materialul dielectric și gradul de încărcare a lui cu electricitate statică.
Senzorul optic, polarimetric conform invenției, este prezentat pe larg în continuare, în mai multe variante de realizare, în legătură și cu figurile 1-12 care reprezintă:
^- 2 0 1 2 - 0 0 6 0 2 -- 3
6 -Ofl- 2012
Fig. 1: - reprezentare schematică a senzorului optic pentru măsurarea câmpului electric.
Fig. 2: - vedere de ansamblu asupra elementelor sondei cu orientarea componentelor ei.
Fig. 3: - vedere cu orientarea cristaluluiTJNbO3 în.interiorul sondei.
Fig. 4: - prima sondă propusă cu carcasa-celulă, vedere transversală.
Fig. 5: - vedere de ansamblu a sondei din Figura 4.
Fig. 6: a doua sondă propusă, vedere transversală, si vizualizarea capacului;
Fig. 7; secțiune longitudinală prin sondă, cu lentila montată în tub dielectric; Fig. 8: sonda din Figura 6, fără componentele de polarizare și analiză a radiației. Fig. 9: sistem de aliniere al sondei din Figura 6 și Figura 8, diferit de cel din Figura 7. Fig. 10: vedere de ansamblu a sondei din Figura 4, cu distanțiere.
Fig. 11: a treia sondă propusă, vedere transversală, fără capacul de sus și partea din stânga a carcasei.
Fig. 12: Vedere de sus a sondei din Figura 11.
Obiectul invenției este un senzor optic polarimetric de măsurare a câmpului electric, în care materialul optic sensibil este un cristal electro-optic LiNbO3: caracteristicile de birefringența a cristalului sunt modulate de câmpul electric cu care intră în contact și este măsurată prin configurația ilustrată în Figura 1 și Figura 2 care transduce variația de polarizare optică în intensitate optică. Cristalul LiNbO3este un cristal cu z-cut, cu axe fizice paralele cu axele cristalografice (Figura 3).
în Figura 1 este ilustrată schema sistemului: acesta este compus dintr-o sursă de lumină 1, o fibră optică 2, o derivație în Y 3 cuplat la un cuplaj optic 4 al fibrei optice 2, o fotodiodă 5 si o sondă 6. Derivația în Y, 3 are rol de transmisie a razei de lumină către sonda 6 și de la aceasta către fotodioda 5. Lumina depolarizată de coerență scăzută produsă de sursa 1 se propagă printr-un monomod standard sau printr-un monomod ce îndoaie fibra optică insensibilă 2 trecând prin cuplajul 4 și ajungând la sonda 6, ilustrată în Figura 2. Intensitatea luminii modulate de sonda 6 se întoarce prin fibra 2 și este măsurată de fotodioda 5. Sonda 6 este o sondă-senzor în care lumina este modulată de câmpul electric și direct demodulată de configurația care transformă polarizarea modulată în intensitatea semnalului măsurabil de către fotodioda 5.
Senzorul conform invenției, are sonda 6 din Figura 2 compusă din o lentilă GRIN 7 cu fibra optică 2, atașată , un polaroid 8, o placă de întârziere Λ/4,9, (inhibitor), un cristal electro-optic 10, de LiNbO3, sau două asemenea cristale, o placă de întârziere λ/8 11, și o oglindă dielectrică .12.
r\-2 ϋ ' 1 - ? 0 Ț < î 6 -08- 2(12
Lumina care pleacă din fibra 2 este colimată de lentila GRIN 7 și polarizată liniar de polaroidul 8 orientat vertical. Lumina polarizată liniar cu vectorul E vertical, care se propagă prin placa 9 orientată la 45 0 a devenit polarizată circular. Ulterior polarizarea fascicolului polarizat circular este modulată de birefringența cristalului electro-optic 10 indusă de câmpul electric. Polarizarea care pleacă din cristalul electro-optic 10 face o dublă-trecere prin placă de întârziere λ/8 11 orientată vertical și o reflecție pe oglinda
12. Placa de întârziere λ/8 11 este folosită pentru a crea o birefringență fixă pentru a forța configurația să funcționeze în zona liniară. Apoi fasciculul se propagă pentru a doua oară prin cristalul electro-optic 10 și prin placa de întârziere Ă/4 9. După a doua propagare prin placa de întârziere λ/4,9, polarizarea eliptică devine liniară și orientarea acestei polarizări liniare este modulată de birefringența cristalului electrooptic 10 indusă de câmpul electric extern.
Această orientare, de 45 0 pentru câmpul electric nul, depinde liniar de întârzierea dintre autostările proprii cristalului electrooptic 10 , care este modulată de câmpul electric.
Apoi, polarizarea modulată liniar este analizată de către polaroidul 8 orientat vertical: prin fibra 2 lumina ajunge apoi la fotodioda _5 unde îi este măsurată intensitatea.
Măsurătoarea nu este influențată de birefringența intrinsecă sau indusă a fibrei optice 2, deoarece lumina generată de sursa 1 este depolarizată și deoarece în semnalul care se întoarce informațiile sunt conținute numai în amplitudinea sa.
Formula care exprimă variația semnalului în funcție de întârzierea autostărilor proprii cristalului electro-optic 10 este:
S(r) = ^cos2(<9 + 45°) unde
4.
este faza indusă de EY, cu un cristal de LiNbO3 de lungime L și cu caracteristica dimensională DY; câmpul electric EY este câmpul ce atinge cristalul paralel cu axele cristalografice Y indicate în Figura 3. în Figura 3 este indicată orientarea cristalului electro-optic 10 cu z-cut în interiorul configurației din Figura 2: lumina propagată paralel cu axele Z cu câmp electric nul nu resimt birefringența deoarece axele cristalografice X si Y au același index de refracție. Configurația din Figura 2 este sensibilă doar la
6V 2 Ο 1 2 - Ο Ο 6 ϋ 2 - 1 6 -08- 2012 câmpul electric paralel cu axele Y, deoarece măsoară doar birefringența indusă în cristal de EY: prin urmare, sensibilitatea configurației este maximă pentru EY, este de
7% din aceasta pentru Ex, și zero pentru Ez.
Pentru a deduce faza ^(r)și a calcula EY utilizând semnalul S(t) este posibil să se folosească următorul raport:
5(()=
-45° unde A/2 este valoarea semnalului cu EY nul. Senzorul prezentat nu este influențat de temperatură, deoarece nu are o componentă care depinde de temperatură. Fascicolul de lumină propagat prin axele Z ale cristalului electrooptic 10 nu măsoară variația birefringenței în funcție de temperatură, deoarece axele cristalografice X și Y au același indice de refracție: cei doi indici de refracție sunt egali și își modifică valoarea în raport cu variația de temperatură . Celelalte componente ale configurației din Figura 2 care ar putea fi sensibile la temperatură sunt plăcile de întârziere Ă/4 , 9 și Ă/8, 11: efectul temperaturii este limitat de folosirea plăcii de întârziere zero order.
Carcasa propusă a sondei trebuie să fie de asemenea insensibilă la temperatură, deoarece alinierea între lentila 7 și oglinda 12 trebuie să fie menținută pentru temperaturi diferite: din acest motiv, carcasa 13 trebuie să fie făcută dintr-un material dielectric cu un coeficient de dilatare termică foarte scăzut ca MACOR(machinable glass-ceramic), alumină sau cuarț.
Este element inventiv al invenției, de asemenea, propunerea unui alt tip de carcasă, 13’, pentru sondă. Figura 4 și Figura 5 conțin desenul unei prime carcase 13 propuse pentru configurația din Figura 2: este utilizată o celulă de cuarț.
în Figura 4 sonda este închisă și componentele sunt introduse secvențial: toate componentele trebuiesc dimensionate respectând dimensiunea celulei interne a carcasei 13 și orientarea necesară pentru setarea din Figura 2. Schița Figurii 5 este vederea descompusă a Figurii 4: elementul lentila 7 cu fibra 2 atașată, este introdus într-un bloc carcasat 14 care se poate mișca ușor pentru a ajuta aliniamentul: dacă se obține aliniamentul, lentila 7 și blocul carcasat 14 sunt fixate împreună în celula carcasei 13.
Element inventiv, cu caracter inventiv, al invenției este și utilizarea unei componente cu un singur bloc carcasat 14 în schița Figurii 4, obținută prin fixarea împreună a tuturor componentelor într-un mod adecvat.
Element inventiv al invenției este și o a doua variantă de carcasă 13’ propusă, din Figura 6, Figura 8 și Figura 9. Această carcasă 13’ simplifică construcția sondei, c\- 2 O 1 1 - O O 8 i l - / 6 -08- 2012 permițând introducerea în interiorul ei a tuturor componentelor, inclusiv a blocului carcasat 14 din Figura 8. Schița din Figura 9 prezintă sistemul propus de aliniament dintre lentile 7 și oglinda 12 a setării Figurii 6: elementul lentilă 7 cu fibra 2 atașată, este introdus într-o sferă dielectrică 15 perforată axial, care poate să se rotească între două plăcuțe 16 și 17, fixate în blocul carcasat 14. După atingerea aliniamentului, sfera dielectrică 15 poate fi blocată între cele două plăcuțe 16 și 17 cu trei șuruburi a .
în Figura 6, carcasa 13’ trebuie să fie din același material ca și șasiul, iar etanșarea trebuie să fie impermeabilă.
Element inventiv al invenției este și utilizarea unei componente masive pentru a preveni o eroare posibilă la orientarea dintre plăcuța polaroid 8 și plăcuța de întârziere λ/4, 9, (inhibitor). Această componentă masivă este formată dintr-o plăcuță polaroid și o plăcuță inhibitor aliniate corect și fixate împreună.
Scopul invenției prevede utilizarea unei componente masive care include toate componentele aliniate și fixate împreunași introduse în carcasa din Figura 6.
Pentru a măsura un câmp electric de curent continuu CC este obligatoriu ca cristalul 10 din LiNbO3să aibă o valoare mare a timpului de relaxare:
G unde G este volumul conductivității electrice a cristalului, iar ε0 și εΓ este constanta dielectrică de vacuum și respectiv constanta dielecțrică relativă de cristal. Valoarea nominală a timpului de relaxare pentru cristalul LiNbO3 este 7x106 secunde.
Deoarece valoarea τ a cristalului electro-optic 10, din LiNbO3, este de obicei mai mică decât valoarea nominală așteptată, un subiect al invenției este și tratamentul termal al cristalului pentru a recăpăta valoarea sa nominală τ. Tratamentul termic al cristalului de LiNbO3 , de recoacere, este realizat în cuptor prin încălzire cu cca. 27min până la 400°C cu menținere 6 ore și răcire cu cuptorul, în cca. 2 ore.
Carcasa 13 din Figura 6 și Figura 7 permite extragerea cristalului 10 fără abatere de la aliniamentul setării pentru efectuarea tratamentului termal.
Valoarea τ a cristalului LiNbO3 este influențată de expunerea prelungită la radiații IR sau de manipularea prevăzută de asamblarea carcasei 13. Element inventiv al invenției este utilizarea unei benzi de film în jurul cristalului pentru a menține caracteristica nominală a timpului de relaxare, protejându-l de radiația IR.
Este element inventiv al invenției și utilizarea unui distanțier găurit 18.d, d’ între componentele sondei 6, precum în desenul din Figura 7 și 10 pentru a elimina eventuale interferențe cauzate de reflecții ale diferitelor componente. Această c\~2 Ο 1 2 - Ο Ο 6 Ο 2 - Î 6 -08- 2012 caracteristică poate fi utilizată, de asemenea, pentru a insera un spațiu între componente atunci când sunt îmbinate.
Este element inventiv al invenției și o carcasă 13’ din Figura 11 și din vederea de sus din Figura 12 unde polaroidul 8, placa de întârziere 9 , placa de întârziere 11 și oglinda 12 sunt montate într-un suport circular 19.b, c, d și respectiv e, care poate fi rotit asigurând orientarea corectă a tuturor componentelor în timpul asamblării.
Alte probleme legate de senzorul optic conform invenției sunt următoarele: Sensibilitatea-, senzorul optic propus este proiectat pentru măsurarea câmpului electric ridicat, generat de componenta de înaltă tensiune. Pentru a mări sensibilitatea este indispensabil să se modifice configurația, sistemul optic de recepție și construcția sondei.
Temperatura cristalului: în cazul în care cristalul LiNbO3 este expus la temperaturi ridicate, acesta îsi pierde caracteristicile de a măsura câmpul electric de curent continuu; pentru a-si redobândi caracteristicile este nevoie de un tratament termic. Totuși, în intervalul de temperatură prevăzut nu are loc acest fenomen.
Instalare: senzorul trebuie să lucreze aproape de componenta de înaltă tensiune pentru a putea monitoriza. Pentru ca o măsurătoare automatizată să fie posibilă este necesar însă ca un sistem automatizat să mute senzorul.
Claims (6)
- Revendicări1. Senzor optic polarimetric de măsurare a câmpului electric, având ca material optic sensibil minim un cristal electro-optic (10) de LiNbOs tip z-cut al unei sonde (6) , cu axe fizice paralele cu axele cristalografice, ale cărui caracteristici de birefringență sunt modulate de câmpul electric cu care intră în contact, precum și o sursă (1) de lumină , o fibră optică (2) și niște componente dielectrice de analiză, incluzând o lentilă GRIN (7), un polaroid (8), o placă de întârziere Λ/4 , (9), o oglindă dielectrică (12) și o fotodiodă (5) protejate de o carcasă (13, 13’) dielectrică, caracterizat prin aceea că, mai cuprinde, o derivație în Y (3) de transmisie a razei de lumină către sonda T (6) și de la aceasta către fotodioda (5), cuplată la un cuplaj (4) al fibrei optice (2), iar în interiorul sondei (6) cristalul electro-optic (10) este încadrat de polaroidul (8) și placa de întârziere Λ/4, (9), de o parte și de placa de întârziere A/8 , (11) și oglinda dielectrică (12) de cealaltă parte, pentru alinierea razei de lumină cu acest ansamblu analizor, lentila GRIN (7) cu fibra optică (2) atașată, fiind introdusă într-un bloc carcasat (14) aliniat cu polaroidul (8).
- 2. Senzor optic polarimetric, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, lentila GRIN (7) cu fibra optică (2) atașată este fixată într-o sferă dielectrică (15) perforată axial, care poate să se rotească între două plăcuțe (16) și (17) fixate în blocul carcasat (14), după atingerea aliniamentului, sfera dielectrică (15) fiind blocată între cele două plăcuțe (16 și 17) cu trei șuruburi (a).
- 3. Senzor optic polarimetric, conform revendicării' 1 sau 2, caracterizat prin aceea că, carcasa (13, 13’) are niște suporți circulari (19.b, c, d și respectiv e) în care sunt fixați polaroidul (8), placa de întârziere Λ/4 (9), placa de întârziere Λ/8 (11) și oglinda (12) , pentru rotirea și orientarea corectă a acestor componente în timpul asamblării.3. Senzor optic polarimetric, conform revendicării 1 , 2 sau 3, caracterizat prin aceea că, între componentele sondei (6), estedispus un disțanțier găurit (18.d, d’).
- 4. Senzor optic polarimetric, conform revendicării 1 , 2 sau 3, caracterizat prin aceea că, carcasa (13, 13’) este din material dielectric cu coeficient de dilatare termică foarte scăzut.
- 5. Senzor optic polarimetric, conform revendicării 1 ; 2, 3 sau 4, caracterizat prin aceea că, are cristalul electro-optic (10) de LiNbOs tratat termic prin recoacere cu 2°/min la 400°C cu menținere 6 ore și răcire lentă în 2 ore.
- 6. Senzor optic polarimetric, conform revendicării 1 , 2, 3, 4 sau 5, caracterizat prin aceea că, are cristalul electro-optic (10) înconjurat de o bandă de film protector față de radiația IR.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201200602A RO128236A0 (ro) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Senzor optic polarimetric dirijat, pe bază de niobat de litiu pentru măsurarea câmpurilor electrice ca şi cc |
| PCT/RO2012/000026 WO2014081326A2 (en) | 2012-08-16 | 2012-09-21 | Guided optical polarimetric sensor based on lithium niobate for measuring the ac/dc electric fields |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201200602A RO128236A0 (ro) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Senzor optic polarimetric dirijat, pe bază de niobat de litiu pentru măsurarea câmpurilor electrice ca şi cc |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO128236A0 true RO128236A0 (ro) | 2013-03-29 |
Family
ID=47998621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201200602A RO128236A0 (ro) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Senzor optic polarimetric dirijat, pe bază de niobat de litiu pentru măsurarea câmpurilor electrice ca şi cc |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO128236A0 (ro) |
| WO (1) | WO2014081326A2 (ro) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6603634B2 (ja) * | 2016-08-24 | 2019-11-06 | 日本電信電話株式会社 | 電界センサ |
| NL2020586B1 (en) * | 2018-03-14 | 2019-09-26 | Dare!! B V | Probe with antenna |
| CN110014227B (zh) * | 2019-04-25 | 2021-08-20 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种用于切割偏光片的激光切割方法以及激光切割系统 |
| CN114236882A (zh) * | 2021-08-17 | 2022-03-25 | 重庆大学 | 一种基于双折射电光调制晶体的非扫描相关解调系统 |
| CN115655445A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-01-31 | 浙江工业大学 | 一种分布式光纤振动监测装置 |
| CN119827854B (zh) * | 2025-01-08 | 2025-10-24 | 昆明理工大学 | 反射式高灵敏度电场传感器 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5111135A (en) * | 1989-07-12 | 1992-05-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for optically measuring electric field and optical voltage/electric-field sensor |
| FR2661003B2 (fr) * | 1989-12-26 | 1992-06-12 | Commissariat Energie Atomique | Capteur de champ electrique a effet pockels. |
| IT1248820B (it) * | 1990-05-25 | 1995-01-30 | Pirelli Cavi Spa | Sensore polarimetrico direzionale di campo |
| JP2000105256A (ja) | 1998-09-29 | 2000-04-11 | Nissin Electric Co Ltd | 光電圧センサ |
| FR2902522B1 (fr) * | 2006-06-16 | 2008-09-05 | Inst Nat Polytech Grenoble | Sonde electro-optique de mesure de temperature et de champ electromagnetique |
| US7920263B2 (en) | 2007-09-06 | 2011-04-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus and system for electro magnetic field measurements and automatic analyses of phase modulated optical signals from electrooptic devices |
-
2012
- 2012-08-16 RO ROA201200602A patent/RO128236A0/ro unknown
- 2012-09-21 WO PCT/RO2012/000026 patent/WO2014081326A2/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2014081326A3 (en) | 2014-09-12 |
| WO2014081326A2 (en) | 2014-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RO128236A0 (ro) | Senzor optic polarimetric dirijat, pe bază de niobat de litiu pentru măsurarea câmpurilor electrice ca şi cc | |
| Zhao et al. | Study on the performance of polarization maintaining fiber temperature sensor based on tilted fiber grating | |
| CN203811669U (zh) | 一种基于一次电光效应的光纤电压测量试验装置 | |
| Zhang et al. | Design of a lithium niobate electric field sensor with improved sensitivity | |
| Passard et al. | Design and optimization of a low-frequency electric field sensor using Pockels effect | |
| CN105425020A (zh) | 基于双铌酸锂晶体的非接触式过电压光电传感器 | |
| Wang et al. | An optical voltage sensor based on wedge interference | |
| CA3084063C (en) | ELECTRIC FIELD DETECTION DEVICE AND ASSOCIATED METHODS OF USE | |
| Nakatani et al. | Linear electro‐optic effect in barium metaborate | |
| RU83340U1 (ru) | БЕСКОНТАКТНЫЙ ТЕРМОСТАБИЛЬНЫЙ ДАТЧИК НАПРЯЖЕННОСТИ ПОСТОЯННЫХ И ПЕРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В КРИСТАЛЛЕ Bi12SiO20 (BSO) | |
| Huang et al. | AC zero crossing compensation for thermal stress linear birefringence in optical voltage transducer | |
| Li | Optical voltage sensors: principle, problem and research proposal | |
| CN102967734A (zh) | 基于角度光偏置的偏硼酸钡晶体电场传感器的制备方法 | |
| Garzarella et al. | Effects of crystal-induced optical incoherence in electro-optic field sensors | |
| RU164126U1 (ru) | Устройство для определения электрооптических коэффициентов электрооптического кристалла | |
| Gutierrez-Martinez et al. | Modeling and experimental electro-optic response of dielectric lithium niobate waveguides used as electric field sensors | |
| CN109001517B (zh) | 一种基于掺锰石英光纤的全光纤电压传感装置 | |
| Wojtanowski et al. | Optical design and numerical modelling of all-dielectric optoelectronic sensor for high power electric fields measurements | |
| Wolinski et al. | Prototype fiber optic liquid crystalline sensor for pressure monitoring | |
| Ye et al. | Influence of temperature and stress field on optical voltage sensor | |
| Kniazkov | Estimation of electrooptic coefficients of LiNbO3 and Sr x Ba (1− x) Nb2O6 crystals by modulation of light reflection coefficient | |
| Kim et al. | Device-under-test Jones matrix extraction algorithm with device TE/TM reference frame | |
| Garcia et al. | A simple and efficient off-optical axis electro-optic voltage sensor | |
| Liu et al. | A double-ring Mach-Zehnder interferometer for highly sensitive temperature sensing | |
| Liu et al. | A comparative analysis for the intermodal interference of elliptical core fiber, panda fiber and two-hole PCF |