Волоконно-оптический измеритель напряжённости электрического поля

Развитие техники, использующей высокое напряжение, потребовало более точных средств измерения напряженности электрического поля. Индуктивные и емкостные датчики вносят изменения во внешнее электрическое поле, вследствие чего появляются заметные погрешности измерений. Волоконный тракт, используемый в оптических датчиках, не взаимодействует с внешним электрическим полем, что позволяет ограничить воздействие поля только чувствительным элементом.

В лаборатории волоконной оптики был изготовлен макет датчика электрического поля с чувствительным элементом, работающим на эффекте Поккельса, возникающем в кристалле ниобата лития (LiNbO3), в котором создан оптический волновод. Датчик построен по схеме «на проход», в состав которой входят: одночастотный высоко когерентный DFB лазер Anritsu GB5A016 с рабочей длиной волны 1550 нм и линейной поляризацией выходного излучения; электрооптический модулятор и чувствительный элемент, работающие на эффекте Поккельса; волоконный тракт; фотоприёмное устройство; поляризатор; устройство для проектирования встраиваемых систем NI myRIO-1950, персональный компьютер.

Линейно поляризованное излучение лазера по двулучепреломляющему (далее ДЛП) волокну подается на вход электрооптического модулятора с поворотом поляризационных осей на 45°, из-за чего в нем возбуждаются две поляризационные моды. Модулятор осуществляет вспомогательную модуляцию сигнала, необходимую для его последующего детектирования.

Далее по ДЛП волоконному тракту длиной 10 метров излучение подается на чувствительный элемент, в котором под действием измеряемого электрического поля происходит еще один сдвиг фаз между поляризационными модами. По второму ДЛП волокну длиной 10 метров излучение возвращается обратно в оптоэлектронный блок и поступает на поляризатор-анализатор, где и происходит интерференция двух поляризационных мод. В результате формируется сигнал выходной интенсивности, который по одномодовому волокну подается на фотоприемное устройство.

Преимущества волоконно-оптического датчика поля по сравнению с традиционными индукционными датчиками:

– невосприимчивость к электромагнитной интерференции;

– пожаробезопасность;

– отсутствие помех со стороны поля на канал передачи информации;

– меньшие габариты;

– возможность гальванической развязки между объектом измерения и регистрирующей аппаратурой;

– высокая линейность.

Литература:

Жуков М. С., Козлов А. С., Косухин И. Л., Медведев А. В. Создание системы температурной стабилизации и стабилизации по току полупроводникового лазерного источника // Неделя науки СПбПУ. – СПб.: Изд. Политехн. ун-та, 2020. — 65 – 68 С.

Темкина В. С., Мязин А. С., Медведев А. С. Температурная компенсация показаний волоконно-оптического датчика напряженности электрического поля с использованием технологий National Instruments // Неделя науки СПбПУ. – СПб.: Изд. Политехн. ун-та, 2016. — 166 -168 С.

 

Михаил Жуков, магистр Высшей школы прикладной физики и космических технологий