[发明专利]一种单模光纤引导的煤矿/地铁光纤无源电流传感器

说明书

本发明公开了一种单模光纤引导的煤矿/地铁光纤电流传感器，将SLD光源和控制单元这两种有源器件封装成信号激发处理模块并安装在监测现场的低压侧，将准直透镜、偏振片、第一1/4波片、分光器、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第三聚焦透镜、保偏光纤、第二1/4波片、传感光纤、反射镜、载流导体和偏振分束器等无源器件封装成传感模块并安装在监测现场的高压侧，信号激发处理模块和传感模块之间通过低价单模光纤引导；在本发明中，利用两个1/4波片和偏振分束器、引入正交算法，不仅拓宽了线性测量范围，也消除了光源功率波动影响，从而无需使用高价的相位调制器，在保证传感性能的前提显著降低成本，为光纤电流传感器的推广使用提出一种有效的优先方案。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种单模光纤引导的煤矿/地铁光纤无源电流传感器。

背景技术

由于光纤电流传感器具备绝缘性能好，抗电磁干扰强，结构简单、本征隔爆防爆等优点，非常适合煤矿/地铁等特殊领域中进行应用。

光纤电流传感器的工作原理基于法拉第磁光效应，即：待测电流在传感器中形成与之呈线性关系的法拉第相移，目前的主流方案均构造干涉光路，利用相位调制器并引入闭环控制算法，根据干涉光强信号对法拉第相移进行解调，再从解调结果获得待测电流。该主流方案的核心元器件通常包括：SLD光源、光纤耦合器、起偏器、相位调制器、保偏光纤环、四分之一波片、传感光纤和反射镜，通常将SLD光源、光纤耦合器、起偏器、相位调制器封装成一体并安装在监测现场的低压侧，而将四分之一波片、传感光纤和反射镜封装成一体并安装在监测现场的高压侧，低压侧和高压侧之间的元器件通过保偏光纤环连接而成。目前，制约光纤电流传感器推广应用的主要因素在于传感器的制造成本居高不下，相位调制器及其配套的控制算法能够显著提高传感器的性能，比如扩展传感器的线性测量范围、避免低频噪声影响和消除光源功率波动影响等作用，相位调制器和保偏光纤环(通常为100m)在制造成本中占据较高比例。因此，如何找到相位调制器相同功能的低价替换方案，利用低价单模光纤替换高价保偏光纤实现低压侧和高压侧之间的信号引导，是本发明专利重点解决的问题。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种单模光纤引导的煤矿/地铁光纤无源电流传感器，首先引入第一1/4波片并设计第一1/4波片与其相邻元器件的夹角，由此在用于电流传感的偏振光信号之间引入一个固定的π/2相位延迟，在此基础上引入偏振分束器及正交算法，利用这种方案拓展了传感器的线性测量范围并消除传感器的光源功率波动影响；此外，将测量光路的无源光器件封装成传感模块，将测量光路的有源光器件封装成信号激发处理模块，两个模块之间利用单模光纤进行信号引导。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种单模光纤引导的煤矿/地铁光纤无源电流传感器，包括SLD光源(1)、准直透镜(31)、偏振片(4)、第一1/4波片(5)、分光器(6)、第一聚焦透镜(32)、第二聚焦透镜(33)、第三聚焦透镜(34)、第二1/4波片(7)、传感光纤(8)、反射镜(9)、载流导体(10)、偏振分束器(11)和控制单元(12)。