一種天線長(zhǎng)度可調(diào)的光電電場(chǎng)傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種天線長(zhǎng)度可調(diào)的光電電場(chǎng)傳感器，屬于電場(chǎng)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。本電場(chǎng)傳感器包括鈮酸鋰基片、光波導(dǎo)、硅基片、調(diào)制電極、接觸電極、天線等部件。鈮酸鋰基片粘接在盒體底部，硅基片粘接在鈮酸鋰基片的兩側(cè)，光波導(dǎo)附著在鈮酸鋰基片的表面，調(diào)制電極附著在鈮酸鋰基片表面光波導(dǎo)的兩側(cè)，接觸電極附著在鈮酸鋰基片表面兩個(gè)調(diào)制電極的兩側(cè)，連接電極附著在硅基片的表面，天線的一端通過(guò)天線固定套管固定在盒體上，天線的另一端伸出盒體。本電場(chǎng)傳感器將探測(cè)天線與傳感器本體相分離，提高了電場(chǎng)測(cè)量的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍；探測(cè)天線位于傳感器盒體之外，可實(shí)現(xiàn)潮濕環(huán)境下電場(chǎng)的準(zhǔn)確測(cè)量。
【專利說(shuō)明】一種天線長(zhǎng)度可調(diào)的光電電場(chǎng)傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天線長(zhǎng)度可調(diào)的光電電場(chǎng)傳感器，屬于電場(chǎng)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著輸電電壓等級(jí)的不斷增高，光電電場(chǎng)傳感器由于具有電磁兼容性強(qiáng)、對(duì)源場(chǎng)干擾小等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量的理想工具，在長(zhǎng)空氣間隙放電研究、絕緣子故障檢測(cè)研究和電磁環(huán)境研究等方面發(fā)揮著日益重要的作用。
[0003]近年來(lái)，隨著集成光學(xué)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)光電電場(chǎng)傳感器進(jìn)行了大量的研究，研發(fā)了區(qū)別于分立器件光電電場(chǎng)傳感器的集成光電電場(chǎng)傳感器。
[0004]已有基于集成共路干涉儀電場(chǎng)傳感器的電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的最小可測(cè)場(chǎng)強(qiáng)約為1000V/m。電力系統(tǒng)電場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域的幅值通常為lV/m?105V/m，該類型傳感器的靈敏度過(guò)低，限制了其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0005]為了提高光電電場(chǎng)傳感器的靈敏度，可以外加探測(cè)天線，通過(guò)加長(zhǎng)探測(cè)天線長(zhǎng)度提高傳感器靈敏度；外加探測(cè)天線長(zhǎng)度決定了管殼的大小，為了保證較小的體積，探測(cè)天線長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，這是一對(duì)矛盾； 申請(qǐng)人:曾經(jīng)提出了名稱為:“一種基于公路干涉的集成電場(chǎng)傳感器”、申請(qǐng)?zhí)枮?201210348311.8的專利申請(qǐng)，公開了一種探測(cè)單元與調(diào)制單元分離固定于管殼內(nèi)的集成電場(chǎng)傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。此電場(chǎng)傳感器采用長(zhǎng)度較為折中探測(cè)天線長(zhǎng)度，可以將傳感器的靈敏度提高到10V/m。
[0006]此類型天線長(zhǎng)度固定的電場(chǎng)傳感器的靈敏度仍然不能滿足電力系統(tǒng)lV/m量級(jí)的電場(chǎng)測(cè)量要求；此外，對(duì)于天線長(zhǎng)度固定的電場(chǎng)傳感器，光電電場(chǎng)傳感器的電場(chǎng)測(cè)量范圍一般為30dB，對(duì)于靈敏度為10V/m的電場(chǎng)傳感器，其電場(chǎng)測(cè)量范圍為10V/m?104V/m。為了覆蓋lV/m?105V/m，至少需要兩支天線長(zhǎng)度不同的電場(chǎng)傳感器，這將使電場(chǎng)測(cè)量的成本增加近一倍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的為提出一種天線長(zhǎng)度可調(diào)的光電電場(chǎng)傳感器，改變已有傳感器的結(jié)構(gòu)，分離探測(cè)天線與調(diào)制電極，實(shí)現(xiàn)天線的可拆卸和長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，在不增加傳感器本體尺寸的基礎(chǔ)上，將傳感器的測(cè)量范圍擴(kuò)展到lV/m?105V/m，使其滿足電力系統(tǒng)范圍內(nèi)的電場(chǎng)測(cè)量。
[0008]本發(fā)明提出的天線長(zhǎng)度可調(diào)的光電電場(chǎng)傳感器，包括盒體、盒蓋、鈮酸鋰基片、光波導(dǎo)、兩個(gè)硅基片、兩個(gè)調(diào)制電極、兩個(gè)接觸電極、兩個(gè)連接電極和兩個(gè)天線；所述的鈮酸鋰基片粘接在盒體底部的中央，兩個(gè)硅基片粘接在鈮酸鋰基片的兩側(cè)，所述的光波導(dǎo)通過(guò)金屬擴(kuò)散方法附著在鈮酸鋰基片的表面，所述的兩個(gè)調(diào)制電極通過(guò)光刻方法對(duì)稱附著在鈮酸鋰基片表面光波導(dǎo)的兩側(cè)；所述的兩個(gè)接觸電極通過(guò)光刻方法對(duì)稱附著在鈮酸鋰基片表面兩個(gè)調(diào)制電極的兩側(cè)，兩個(gè)調(diào)制電極分別通過(guò)連接導(dǎo)線與接觸電極相連接；所述的兩個(gè)連接電極分別通過(guò)光刻方法附著在兩個(gè)硅基片的表面，兩個(gè)連接電極分別通過(guò)金絲球焊與兩個(gè)接觸電極實(shí)現(xiàn)電氣連接；所述的兩個(gè)天線的一端分別固定在兩個(gè)天線固定套管上，兩個(gè)天線的另一端分別伸出盒體，兩個(gè)天線固定套管分別通過(guò)螺紋和環(huán)氧樹脂膠固定在兩個(gè)連接電極兩側(cè)的盒體上，兩個(gè)連接電極和兩個(gè)天線固定套管分別通過(guò)導(dǎo)電銅絲實(shí)現(xiàn)電氣連接；所述的盒蓋蓋在盒體上。
[0009]本發(fā)明提出的天線長(zhǎng)度可調(diào)式光電電場(chǎng)傳感器，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、本發(fā)明的電場(chǎng)傳感器，將探測(cè)天線與傳感器本體相分離，根據(jù)電場(chǎng)測(cè)量實(shí)際應(yīng)用中對(duì)靈敏度的要求，選用尺寸合適的天線與傳感器本體連接，快速簡(jiǎn)便地組裝成具有不同靈敏度和量程范圍的電場(chǎng)傳感器，保證傳感器尺寸較小的基礎(chǔ)上，顯著提高了電場(chǎng)測(cè)量的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，可實(shí)現(xiàn)對(duì)lV/m?105V/m電場(chǎng)的準(zhǔn)確測(cè)量。
[0011]2、本發(fā)明的電傳傳感器，探測(cè)天線位于傳感器盒體之外，潮濕環(huán)境下在盒體表面形成的水膜不再屏蔽內(nèi)部的調(diào)制電場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)濕度小于90%的潮濕環(huán)境下電場(chǎng)的準(zhǔn)
確測(cè)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是已有帶探測(cè)天線的光電電場(chǎng)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明提出的天線長(zhǎng)度可調(diào)式光電電場(chǎng)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是圖2的A-A剖視圖。
[0015]圖1-圖3中，I是鈮酸鋰(LiNbO3)基片，2是光波導(dǎo)，3是調(diào)制電極，4是接觸電極，5是連接電極，6是連接導(dǎo)線，7是天線，8是硅基片，9是金屬焊點(diǎn)，10是導(dǎo)電銅絲，11是盒體，12是天線固定套管，13是盒蓋。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明提出的天線長(zhǎng)度可調(diào)的光電電場(chǎng)傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，包括盒體11、盒蓋13、鈮酸鋰基片1、光波導(dǎo)2、兩個(gè)硅基片8、兩個(gè)調(diào)制電極3、兩個(gè)接觸電極4、兩個(gè)連接電極5和兩個(gè)天線7。鈮酸鋰基片I粘接在盒體11底部的中央，兩個(gè)硅基片8粘接在鈮酸鋰基片I的兩側(cè)，光波導(dǎo)2通過(guò)金屬擴(kuò)散方法附著在鈮酸鋰基片I的表面。兩個(gè)調(diào)制電極3通過(guò)光刻方法對(duì)稱附著在鈮酸鋰基片I表面光波導(dǎo)2的兩側(cè)。兩個(gè)接觸電極5通過(guò)光刻方法對(duì)稱附著在鈮酸鋰基片I表面兩個(gè)調(diào)制電極3的兩側(cè)，兩個(gè)調(diào)制電極分別通過(guò)連接導(dǎo)線6與接觸電極4相連接。兩個(gè)連接電極5分別通過(guò)光刻方法附著在兩個(gè)硅基片8的表面，兩個(gè)連接電極5分別通過(guò)金絲球焊9與兩個(gè)接觸電極4實(shí)現(xiàn)電氣連接。兩個(gè)天線7的一端分別固定在兩個(gè)天線固定套管12上，兩個(gè)天線7的另一端分別伸出盒體，兩個(gè)天線固定套管12分別通過(guò)螺紋和環(huán)氧樹脂膠固定在兩個(gè)連接電極5兩側(cè)的盒體上，兩個(gè)連接電極5和兩個(gè)天線固定套管12分別通過(guò)導(dǎo)電銅絲10實(shí)現(xiàn)電氣連接。盒蓋13蓋在盒體11上。
[0017]本發(fā)明提出的天線長(zhǎng)度可調(diào)式光電電場(chǎng)傳感器的一個(gè)實(shí)施例中，(加入)，盒體的長(zhǎng)寬高分別為50mm, 15mm和8mm ;銀酸鋰基片的長(zhǎng)寬高分別為20mm、5.6mm和Imm ;調(diào)制電極的長(zhǎng)度為寬度為15 u m-30 u m,兩個(gè)調(diào)制電極之間的間距為15 u m-30 u m。娃基片的長(zhǎng)度為1mm，寬度為2cm,厚度為Imm,連接電極的厚度為15iim-30iim。天線固定套管通過(guò)螺紋和環(huán)氧樹脂膠固定與管殼上，天線固定套管材料為不銹鋼，外環(huán)直徑為5.5mm,內(nèi)環(huán)直徑為4mm,天線預(yù)留槽螺紋寬度為Imm,深度為3.5mm,導(dǎo)電銅絲預(yù)留槽寬度為0.4mm,深度為1.3mm。導(dǎo)電銅絲直徑為0.3mm，長(zhǎng)度為2.5mm。盒體壁厚度為2mm，材料為玻璃鋼。
[0018]本發(fā)明電場(chǎng)傳感器中的天線為可拆卸式天線，天線可通過(guò)螺紋固定于盒體體的天線固定套管的天線預(yù)留槽中。天線有不同長(zhǎng)度的5對(duì)，直徑都為1mm，長(zhǎng)度分別為8cm、16cm、32cm、64cm、和72cm (不含螺紋段)，螺紋長(zhǎng)度為3mm，材料為不銹鋼，測(cè)量過(guò)程中，可以根據(jù)不同的測(cè)量靈敏度要求，選擇不同長(zhǎng)度的天線。
【權(quán)利要求】
1.一種天線長(zhǎng)度可調(diào)的光電電場(chǎng)傳感器，其特征在于該光電電場(chǎng)傳感器包括盒體、盒蓋、鈮酸鋰基片、光波導(dǎo)、兩個(gè)硅基片、兩個(gè)調(diào)制電極、兩個(gè)接觸電極、兩個(gè)連接電極和兩個(gè)天線；所述的鈮酸鋰基片粘接在盒體底部的中央，兩個(gè)硅基片粘接在鈮酸鋰基片的兩側(cè)，所述的光波導(dǎo)通過(guò)金屬擴(kuò)散方法附著在鈮酸鋰基片的表面，所述的兩個(gè)調(diào)制電極通過(guò)光刻方法對(duì)稱附著在鈮酸鋰基片表面光波導(dǎo)的兩側(cè)；所述的兩個(gè)接觸電極通過(guò)光刻方法對(duì)稱附著在鈮酸鋰基片表面兩個(gè)調(diào)制電極的兩側(cè)，兩個(gè)調(diào)制電極分別通過(guò)連接導(dǎo)線與接觸電極相連接；所述的兩個(gè)連接電極分別通過(guò)光刻方法附著在兩個(gè)硅基片的表面，兩個(gè)連接電極分別通過(guò)金絲球焊與兩個(gè)接觸電極實(shí)現(xiàn)電氣連接；所述的兩個(gè)天線的一端分別固定在兩個(gè)天線固定套管上，兩個(gè)天線的另一端分別伸出盒體，兩個(gè)天線固定套管分別通過(guò)螺紋和環(huán)氧樹脂膠固定在兩個(gè)連接電極兩側(cè)的盒體上， 兩個(gè)連接電極和兩個(gè)天線固定套管分別通過(guò)導(dǎo)電銅絲實(shí)現(xiàn)電氣連接；所述的盒蓋蓋在盒體上。
【文檔編號(hào)】G01R29/12GK103605006SQ201310571582
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】曾嶸, 李嬋虓, 牛犇, 俞俊杰, 余占清 申請(qǐng)人:清華大學(xué)