[发明专利]一种基于少模光纤的温度应变补偿型光纤电流传感器

说明书

本发明公开了一种基于少模光纤的温度应变补偿性光纤电流传感器，包括：激光器输出的光经过光纤耦合器分为第一束光和第二束光，第一束光经过光纤耦合器再次分为第三束光和第四束光，第三束光经过所述强度调制器形成连续探测光，经过模式调制器调制光纤中传播的空间模式，进入少模光纤；而第四束光经过由波形产生器控制的声光调制器形成泵浦光，经过模式调制器调制光纤中传输的空间模式，经过光纤环形器从相反的方向进入少模光纤；第二束光作为振荡光进入信号处理模块，提供相干检测，由输出单元得到测量的电流值。本发明通过消除温度和应变误差对光纤电流传感器的影响，提高电流的测量精度；对电流的测量能够满足标准0.2级精度。

技术领域

本发明属于电流测量技术领域，更具体地，涉及一种基于少模光纤的温度应变补偿性光纤电流传感器。

背景技术

随着电力系统的不断发展，传统的电磁式电流传感器暴露出越来越多的问题，不能满足高电压、大电流的应用环境，因此光纤电流传感器是目前的研究重点。光纤电流传感器是根据法拉第效应的原理工作的，电流通过电导体(导线)产生感应磁场，感应磁场通过法拉第效应使缠绕在传导电流的导线上的光纤中传播的偏振面旋转。当传感光纤沿电流形成闭合回路时，偏振面的旋转角度F等于：此处V表示光纤材料的费尔德常数，I表示电流，H表示此处由电流I产生的感应磁场，N表示传感光纤线圈匝数。

尽管光纤电流传感器存在测量动态范围大、抗电磁干扰能力强、成本低等诸多优势，在工程应用中仍面临一些问题，如系统依赖温度等环境因素和光纤受到应变等因素的影响，阻碍了光纤电流传感器的实用化进程。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于少模光纤的温度应变补偿性光纤电流传感器，旨在解决现有技术中由于误差的影响导致电流测量精度低的技术问题；其目的在于，通过消除温度和应变误差对光纤电流传感器的影响，提高电流的测量精度。

本发明提供了一种基于少模光纤的温度应变补偿性光纤电流传感器，包括：激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、强度调制器、模式调制器、少模光纤、波形产生器、声光调制器、模式调制器、光纤环形器、相位调制器、1/4波片、传感光纤环、导线、反射镜、光电探测器和输出单元；所述激光器输出的光经过第一光纤耦合器分为第一束光和第二束光，其中第一束光经过所述第二光纤耦合器再次分为第三束光和第四束光，第三束光经过所述强度调制器形成连续探测光，连续探测光经过所述模式调制器调制光纤中传播的空间模式，进入所述少模光纤；而第四束光经过由波形产生器控制的声光调制器形成泵浦光，泵浦光经过模式调制器调制光纤中传输的空间模式，经过光纤环形器从相反的方向进入少模光纤；光从少模光纤传出后，经过光纤环形器，进入相位调制器，两束正交的线偏振光经过1/4波片后转变成两束旋向相反圆偏振光，进入传感光纤环，受到导线中电流产生的电磁作用，产生法拉第旋转角，产生了2F经过反射镜后，两束圆偏振光模式互换，在回程时再次受到法拉第效应，相位差加倍为4F；经过1/4波片后恢复成线偏振光，通过相位调制器进行二次相位调制后返回光纤环形器后，进入信号处理模块；第二束光作为振荡光进入信号处理模块，提供相干检测，由输出单元得到测量的电流值。

更进一步地，相位调制器与主轴45°熔接。

更进一步地，模式调制器包括：准直透镜、偏振分束器、反射镜、空间光调制器、反射镜、偏振分束器和准直透镜；泵浦光通过准直透镜扩束后进入偏振分束器分为两束光，一束光通过反射镜反射后与另一束光一起射入空间光调制器上受到调制，一束输出光通过反射镜进入偏振分束器，另一束输出光直接进入偏振分束器，再次经过准直透镜，并耦合进少模光纤。

更进一步地，空间光调制器用于对光波的空间分布进行调制，通过成像在空间光调制器的像素平面上，光的像素与空间光调制器的像素一一对应，光受到调制器上像素的调制，输出的光具有特定的空间模式。

更进一步地，通过控制所述空间光调制器上的相位模式来调制相应的光空间模式。