實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):

電壓放大器在反射式小型光學(xué)電場(chǎng)傳感器中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電場(chǎng)、交變電場(chǎng)和瞬態(tài)電場(chǎng)的測(cè)量,通過(guò)瓊斯矩陣計(jì)算，建立基于泡克爾效應(yīng)的反射式光學(xué)電場(chǎng)傳感探頭的理論傳感模型，分析錠酸鋰晶體長(zhǎng)度、晶體切型、溫度以及封裝應(yīng)力對(duì)探頭傳感性能的影響。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:

函數(shù)發(fā)生器、電壓放大器( Aigtek,ATA-7030)、電極板、光源、保偏環(huán)形器、光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡、LabVIEW信號(hào)分析顯示軟件、探頭組成。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程:

交變電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)：

系統(tǒng)運(yùn)行原理如下，函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率和幅值可調(diào)的電壓信號(hào)，電壓放大器將該信號(hào)放大0~1000倍后導(dǎo)入電極板產(chǎn)生交變電場(chǎng)，探頭經(jīng)Pockels效應(yīng)轉(zhuǎn)換電場(chǎng)信息為光強(qiáng)，再由光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電壓，采集卡同時(shí)采集電壓放大器縮小1000倍后的參考電壓和光電探測(cè)器的輸出電壓，經(jīng)LabVIEW軟件分析后顯示電壓信號(hào)。

設(shè)置函數(shù)發(fā)生器發(fā)出頻率為10、5 000 Hz，幅值為3V的方波，電壓放大器放大1000倍，采集到的方波信號(hào)波形如圖所示。圖中，ARer為參考信號(hào)幅值，AoEs為探頭測(cè)得信號(hào)幅值。

可以看出，隨著頻率的增大，表征參考信號(hào)的波形曲線Ref出現(xiàn)失真，這是由電壓放大器性能導(dǎo)致的，而表征探頭實(shí)測(cè)信號(hào)的波形曲線OES與輸出Ref波形一致。由此可知,探測(cè)信號(hào)真實(shí)反映了實(shí)際電場(chǎng)信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

AoEs與電場(chǎng)強(qiáng)度E的關(guān)系曲線可以看出，探頭對(duì)不同頻率下電場(chǎng)的響應(yīng)幅值均隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增大而線性增大，且 10~5000 Hz范圍內(nèi)的線性趨勢(shì)基本一致。

不同頻率下測(cè)量幅值-電場(chǎng)強(qiáng)度曲線差異初步分析可能由系統(tǒng)誤差造成，包括光電探測(cè)器在不同頻率下的光電轉(zhuǎn)換效率差異、不同頻率下電壓放大器實(shí)際輸出電壓與參考電壓間的差異。

綜上所述，反射式小型光學(xué)電場(chǎng)傳感器在場(chǎng)強(qiáng)[0.7，105.0] kV/m下對(duì)ms 級(jí)交流電場(chǎng)具有較好的線性響應(yīng)。

電壓放大器ATA-7030參數(shù)指標(biāo)：

注：本實(shí)驗(yàn)文章引用自知網(wǎng)論文《反射式小型光學(xué)電場(chǎng)傳感器》