[发明专利]一种光纤电流传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤电流传感器领域，具体涉及一种基于偏振干涉和法拉第旋镜FP腔的反射式萨格奈克型光纤电流传感器。

背景技术

电流是电力系统的基本参数，电流传感器是测量电流的重要器件。一直以来，电磁感应式电流传感器在电力系统中的电流计量、电力分配、继电保护、控制盒监视等方面起着非常关键的作用。随着继电保护、电气设备自动化程度和电力系统绝缘等级的提高，传统的基于电磁感应的电流传感器由于其存在绝缘、磁饱和及电磁干扰、动态范围小、不易运输和安装等问题，已经不能满足日益发展的电力系统的需要。针对这些问题，人们作了多方面的努力，其中最有竞争力和应用前景的当数充分发挥光纤传感技术的优势，以实现对电流的检测和有效保护整个系统的光纤电流传感器。光纤电流传感器(Fiber-optical Current Sensor)因为采用光纤作为传感介质，所以在绝缘性、抗电磁干扰、可靠性等方面比传统的电磁式电流传感器有很大的优势。而且它不含交流线圈，不存在开路危险，体积小、重量轻、成本低、安装方便，因此作为传统电磁式电流传感器的换代产品，近年来备受国内外研究人员的重视。

在光纤电流传感器结构中，反射式萨格奈克型光纤电流传感器由于具有良好的互易结构以及较强的抗外界干扰能力，是一个具有实用价值的全光纤电流传感器方案。但是由于光纤电流传感器是基于法拉第磁光效应，在对小电流进行测量时，由于电流产生的法拉第相移较小，影响了电流传感器的准确性，也限制了其测量范围。针对此种情形，若从光路提高其产生的法拉第相移，通常有两种方法。一种是增加传感光纤匝数，这样确实可以增大法拉第相移，但是在传感光纤匝数增加的同时，传感光纤引入的线性双折射和圆双折射也随之增加，这些引入的线性双折射和圆双折射会增大整个传感系统的误差。虽然近年来先后提出了“高圆双折射光纤”、“旋制光纤”、“扭转光纤”、“退火光纤”、“低双折射光纤”等，线性双折射仍是影响光纤电流传感器的偏振误差的一个很重要的因素。另一种提高法拉第相移的方法是采用费尔德常数较大的传感光纤，如CdSe掺杂光纤等，这类光纤往往成本较高，离产品化还有一定的距离。因此，寻求一种方法能增加微弱电流产生的法拉第相移，对光纤电流传感器的广泛应用有着十分重要的意义。

公开号为CN103197119A的中国发明专利申请公开了一种基于磁光调制的干涉型光纤电流传感器，其包括宽带光源、光纤耦合器、光纤“圆”起偏器、“圆”保偏光纤耦合器、光纤磁光调制器、“圆”保偏传输光缆、传感光纤环、光电探测器和信号处理单元，其中宽带光源通过光纤耦合器后，与光纤“圆”起偏器的输入端相连，“圆”起偏器的输出端与“圆”保偏光纤耦合器的一输入端相连；“圆”保偏光纤耦合器的一输出端与“圆”保偏传输光缆的一端连接，“圆”保偏传输光缆的另一端与传感光纤环连接；“圆”保偏光纤耦合器的另一输出端与磁光调制器的输入端相连；磁光调制器的输出端与传感光纤环相连；信号处理单元中的一个调制信号发生器与磁光调制器相连；探测器与信号处理单元中的一个光电转换单元相连，将光信号变为电信号输出或进行进一步处理。虽然该光纤电流传感器具有降低调制速度、不需要在焊接时进行偏振主轴的对准以及可大大降低干涉型光纤电流传感器有源调制方案的技术难度等优点，但由于其测量精度还不够精准，抗环境干扰能力难以满足要求，工艺复杂、成本高等因素，因此不利于进行光纤电流传感器的电流测量工程化。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提出一种反射式萨格奈克型光纤电流传感器。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种光纤电流传感器，包括通过保偏光纤连接的光路单元和FP腔，所述保偏光纤与FP腔之间连接有四分之一波片，所述光路单元包括依次连接的光源、光学环行器、光纤起偏器和光学相位调制器，所述光学环行器还通过光电探测器与信号处理单元连接，其特征在于：

所述FP腔包括保偏耦合器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜以及连接有待测电流导线的传感光纤，所述传感光纤的一端与第一法拉第旋转镜连接、另一端与保偏耦合器一侧上的一个端口连接，所述保偏耦合器另一侧上的两个端口分别与第二法拉第旋转镜和四分之一波片连接。

进一步地，所述光纤起偏器的尾纤主轴与光学相位调制器的入纤主轴成45°熔接，所述保偏光纤的尾纤主轴与四分之一波片的入纤主轴成45°熔接。

进一步地，所述信号处理单元包括A／D转换器、中央处理器和D／A转换器。