一种电场测量装置的制作方法

本发明涉及电场测量技术领域，具体涉及一种电场测量装置。

背景技术：

电场是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场。电场是高电压技术中非常重要的参数，而对该电场测量装置是测量电场参数的重要设备，在电力行业，通过电场测量装置有利于电力系统状态的监测、电力设备的维护以及有利于高压输电线路的绝缘距离的选择。在电气设备中，通过对电场的测量，可以有效判别设备的绝缘情况。因此，研究电场的测量以及测量电场的装置具有重要意义。

目前现有技术中传统的电场测量装置一般使用电光晶体或双电极传感器或电容传感器与测量介质直接进行接触获取测量参数，由于测量传感器的电极与测量介质直接接触，会受到测量传感器本身所产生的电磁干扰，导致测量介质所在位置的电场发生畸变，影响测量精度。

技术实现要素：

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的电场测量装置，其容易受到电磁干扰，导致测量精度较差。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例提供一种电场测量装置，包括：

信号源，用于提供电场测量信号；

激光器，用于在所述信号源的作用下产生第一激光信号；

第一聚光器件，用于对所述第一激光信号进行聚光；

电场产生设备，设置在所述第一聚光器件对所述第一激光信号进行聚光所产生的焦点处，用于在所述信号源的作用下产生介质电场使得所述第一激光信号发生倍频效应转变为第二激光信号，并产生所述介质电场的电场信号；

分光器件，用于分别将所述第一激光信号和所述第二激光信号分配到各自对应的分光支路上；

测量设备，用于通过调整所述第一激光信号或所述第二激光信号与所述电场信号的时差得到所述第一激光信号或所述第二激光信号位于所述电场信号的波形区域的不同时刻的所述介质电场的电场参数，并将所述电场参数进行显示。

可选地，所述的电场测量装置，还包括：

光功率计，用于测量所述第一激光信号的光功率；

第一滤光器件，位于所述电场产生设备与所述光功率计之间，用于对所述第一激光信号和所述第二激光信号进行一次滤光，并将所述一次滤光后的所述第一激光信号传输给所述光功率计。

可选地，所述的电场测量装置，还包括：

第二滤光器件，用于对所述一次滤光后的所述第一激光信号和所述第二激光信号进行二次滤光；

光截止片，用于吸收所述二次滤光后的所述第一激光信号。

可选地，所述的电场测量装置，还包括：

第二聚光器件，用于对所述分光器件传输出的所述第二激光信号进行聚光；

第三聚光器件，用于对所述第二聚光器件聚光后的所述第二激光信号进行聚光。

可选地，所述的电场测量装置，还包括：

光电倍增管，用于接收所述第三聚光器件传输出的所述第二激光信号，并将其传输给所述测量设备；

光电二极管，用于接收所述分光器件传输出的所述第一激光信号，并将其传输给所述测量设备。

可选地，所述的电场测量装置，所述第一聚光器件、所述第二聚光器件和所述第三聚光器件为凸透镜。

可选地，所述的电场测量装置，所述测量设备为示波器。

可选地，所述的电场测量装置，所述分光器件为棱镜。

可选地，所述的电场测量装置，所述介质电场为气态电场或固态电场或液态电场。

可选地，所述的电场测量装置，所述第一激光信号的波长为所述第二激光信号的波长的2倍。

本发明实施例技术方案，具有如下优点：

本发明提供一种电场测量装置，包括：信号源，激光器，用于在信号源的作用下产生第一激光信号；第一聚光器件，电场产生设备，设置在第一聚光器件对第一激光信号进行聚光所产生的焦点处，用于在信号源的作用下产生介质电场使得第一激光信号发生倍频效应转变为第二激光信号，并产生介质电场的电场信号；分光器件，用于分别将第一激光信号和第二激光信号分配到各自对应的分光支路上；测量设备，用于通过调整第一激光信号或第二激光信号与电场信号的时差得到第一激光信号或第二激光信号位于电场信号的波形区域的不同时刻的介质电场的电场参数，并将电场参数进行显示。。本发明利用激光器和电场产生设备在信号源的作用下产生二次谐波测量当前介质电场的电场参数，可以提高测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例中电场测量装置的结构框图；

图2为本发明实施例中电场测量装置的测量波形示意图；

图3为本发明实施例中电场测量装置的示意图。

附图标记：

111-信号源；112-激光器；113-第一聚光器件；

114-电场产生设备；115-分光器件；116-测量设备；

117-第一滤光器件；118-光功率计；119-第二滤光器件；

120-光截止片；121-第二聚光器件；122-第三聚光器件；

123-光电倍增管；124-光电二极管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明公开一种电场测量装置，电场是电气测量中非常重要的物理量，该物理量通常利用电场测量装置进行测量，电场参数通常可以为电压参数，如图1所示，本实施例中的电场测量装置包括：信号源111、激光器112、第一聚光器件113、电场产生设备114、分光器件115和测量设备116，其中，

信号源111，用于提供电场测量信号。此处的信号源111通常为信号发生器，主要用于产生一定频率的电场测量同步信号，从而触发激光器112和电场产生设备114保持同步，即信号源111可以同时给激光器112和电场产生设备114施加一定的电压，即信号源111可以给激光器112和电场产生设备提供5v的方波信号。使其同时进行工作。在信号源111的作用下，激光器112和电场产生设备114被通上电源，即会形成一定的介质电场，例如：当测量空气中的电场，即气体电场，介质电场就为空间气体电场，当测量液体中的电场，即液体电场，介质电场就为液体电场，当测量固体中的电场，即为固体电场。所以，本实施例中的介质电场可以为气体或液体或固体。

激光器112，用于在信号源111的作用下产生第一激光信号。激光器112就是在信号源111的通电触发的作用下，可以产生具有一定波长的激光脉冲信号，即为上述中的第一激光信号。通常第一激光信号的波长为1064nm，其脉宽为10ns。当然，作为其它可替换的实施方式，使得激光器112产生其它频段波长的激光信号也可以，第一激光信号就是通常的泵浦激光。

第一聚光器件113，用于对第一激光信号进行聚光。此处的第一聚光器件113为凸透镜，因为凸透镜对光线具有聚焦作用，当激光器112发出的第一激光信号经过第一聚光器件113，对第一激光信号进行会聚，当会聚到一点就会产生第一聚光器件113的焦点。

电场产生设备114，设置在第一聚光器件113对第一激光信号进行聚光所产生的焦点处，用于在信号源111的作用下产生介质电场使得第一激光信号发生倍频效应转变为第二激光信号，并产生介质电场的电场信号。此处的电场产生设备114可以为sdbd激励器，当其通上电源后，即受到信号源111的触发，就会与激光器112所产生的第一激光信号在介质环境下产生介质电场。具体地，该电场产生设备114放置在第一聚光器件113的焦点处，即光学中的瑞利区域，由于在瑞利区域的倍频效应较强，故产生第二激光信号强度较强，所以，将电场产生设备114放置在第一聚光器件113的焦点处形成的瑞利区域中，可以更好增强电场测量效果。电场产生设备114位于瑞利区域中，在信号源111的作用下，使得透过第一聚光器件113的第一激光信号产生倍频效应，所谓的倍频效应是指第一激光信号在瑞利区域中发生非线性光学效应，将第一激光信号转变为第二激光信号，第二激光信号的波长为第一激光信号波长的1/2，即第一激光信号的波长是第二激光信号的波长的2倍，例如：第一激光信号的波长为1064nm，则第二激光信号的波长就为532nm。第二激光信号的强度通常与介质电场和第一激光信号的强度的平方成正比。光学非线性方程为：

p＝ε0χ(1)e+ε0χ(2)e2+ε0χ(3)e3+...ε0χ(n)en+...，

其中p(1)＝ε0χ(1)e，p(2)＝ε0χ(2)f2，p(3)＝ε0χ(3)e3，…，p(n)＝ε0χ(n)，en分别为线性以及2,3，…，n阶非线性极化强度，χ(n)为n阶极化率。正是这些非线性极化项的出现，导致了各种非线性光学效应的产生。而倍频效应，就是由其中的二阶极化强度p(2)所导致产生的。因此，第二激光信号可认为是第一激光信号所转变的二次谐波信号。上述中的电场信号为方波信号，具有一定电压幅值。

分光器件115，用于分别将第一激光信号和第二激光信号分配到各自对应的分光支路上，此处的分光器件115可以为三棱镜或四棱镜等不同且具有分光作用的棱镜，由于棱镜是一种由两两相交但彼此均不平行的平面围成的透明物体，用以分光或使光束发生色散，由于不同的光的折射率不同，所以棱镜可以对具有不同波长的光进行分光。因为第一激光信号的波长为1064nm，第二激光信号的波长为532nm,透光分光器件115的第一激光信号和第二激光信号分别被分配到各自的分光支路上，完全可将两种不同波长的激光信号分离开来。

测量设备116，用于通过调整第一激光信号或第二激光信号与电场信号的时差得到第一激光信号或第二激光信号位于电场信号的波形区域的不同时刻的介质电场的电场参数，并将电场参数进行显示。。此处的测量设备116可以是示波器，示波器可以显示不同的波形信号，所以，通过示波器可以显示第一激光信号和第二激光信号的波形。由于激光器112和电场产生设备114同时受信号源111的作用，所以在示波器上会同时显示不同的波形信号，电场信号通常为方波脉冲信号，第一激光信号为尖峰脉冲信号，第二激光信号由于发生了倍频效应，通常为二次谐波信号，由于第一激光信号和第二激光信号同时产生，所以，测量设备116显示的波形一般会重叠，通过调整第一激光信号或第二激光信号的与电场信号的时差得到第一激光信号或第二激光信号位于电场信号的波形区域的不同时刻的介质电场的电场参数，并将电场参数进行显示。此处的电场参数一般为电压信号。例如：如图2所示，通过改变第一激光信号或第二激光信号位于电场信号的波形的不同时刻，可以得到介质电场在激光器112发出第一激光信号的不同时刻的电场参数。

本发明实施例中的电场测量装置，通过激光器112与电场信号产生设备在信号源111的作用下，通过将激光器112所产生的第一激光信号转变为第二激光信号，使其发生倍频效应，可快速测量出介质电场的电场参数，并且可以进一步降低电磁干扰，可以提高介质电场的测量精度。

本发明实施例中的电场测量装置，如图3所示，还包括：

光功率计118，用于测量第一激光信号的光功率，光功率计118通常用来测量第一激光信号的光能量。

第一滤光器件117，位于电场产生设备114与光功率计118之间，用于对第一激光信号和第二激光信号进行一次滤光，并将一次滤光后的第一激光信号传输给光功率计118。此处的第一滤光器件117通常为二相色镜，当第一激光信号的波长为1064nm，第二激光信号的波长为532nm，长波长的第一激光信号通过第一滤光器件117进行高透射，短波长的第二激光信号通过第一滤光器件117进行高反射。因此，第一滤光器件117是为了对第一激光信号与第二激光信号进行一次滤波，避免存在过多的干扰信号。经过第一滤光器件117进行一次滤光的第一激光信号，将其传输给光功率计118测量第一激光信号的光能量。

本发明实施例中的电场测量装置，在图2中，还包括：

第二滤光器件119，用于对一次滤光后的第一激光信号和第二激光信号进行二次滤光。此处的第二滤光器件119也为二相色镜，对第一滤光器件117进行一次滤光后的第一激光信号和第二激光信号进行二次滤波。发生倍频效应所产生的第二激光信号形成二次谐波分量被第二滤光器件119再次全反射，此时第二滤光器件119还对残存的第一激光信号进行二次滤光，可进一步降低信号的干扰。

光截止片120，用于吸收二次滤光后的第一激光信号。此处的光截止片120是为了将经过第二滤光器件119二次滤光后的杂波信号进行吸收，避免杂波信号对测量结果干扰，所以，本实施例可以在很大程度上提高测量精度。

本发明实施例中的电场测量装置，在图2中，还包括：

第二聚光器件121，用于对分光器件115传输出的第二激光信号进行聚光。此处的第二聚光器件121为凸透镜，第二聚光器件121对第二激光信号进行会聚，可以使得第二激光信号会聚一点，便于二次谐波的光信号的收集。

第三聚光器件122，用于对第二聚光器件121聚光后的第二激光信号进行聚光。此处的第三聚光器件122也为凸透镜，第三聚光器件122与第二聚光器件121的作用基本相同，都是为了很好的收集二次谐波的光信号。

本发明实施例中的电场测量装置，在图2中，还包括：

光电倍增管123，用于接收第三聚光器件122传输出的第二激光信号，并将其传输给测量设备116。光电倍增管123为了收集第二激光信号，采集通过倍频效应所产生的二次谐波分量，并将该二次谐波分量传输给测量设备116进行显示。

光电二极管124，用于接收分光器件115传输出的第一激光信号，并将其传输给测量设备116。光电二极管124为了得到激光器112在信号源111的作用下产生的第一激光信号的方波分量，并将其传输给测量设备116进行显示。

上述中的光电倍增管123与光电二极管124都是作为信号采集设备，进行采集不同波长的激光信号，得到与测量介质形成的介质电场发生倍频效应的电场参数。

本发明实施例中的电场测量装置，由于利用激光器112产生的第一激光信号通过电场产生设备114产生介质电场，产生倍频效应将第一激光信号转变为第二激光信号，基于二次谐波的测量原理，得到介质电场的电场参数，由于可以避免电磁信号的干扰，可以提高测量精度，也可以避免测量电场发生畸变，并且可以应用于不同的测量环境。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。