[发明专利]基于循环回路的高灵敏度光纤电流传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光电检测领域的技术，具体是一种可以应用于电力传输、智能电网、 变电控制的高性能、高可靠性的基于循环回路的高灵敏度光纤电流传感装置。

背景技术

光纤电流传感器(Fiber-OpticCurrentSensors,FOCS)，利用磁光效应(法拉第效应)测量 电流，由于其独特的优点，如固有的绝缘性，重量轻和对退化磁场免疫。但目前限制其实际应 用技术的两个主要的障碍包括：该传感器对于温度变化和振动的敏感性，以及由费尔德常数决 定的硅材料磁场的不敏感性。许多研究已经从改善光纤传媒到系统设计方面进行了改进。有研 究报道使用圆双折射纺纤维降低其敏感性环境，采用特殊纤维如燧石玻璃、稀土掺杂玻璃纤维 和大费尔德新型磁流体常数提高灵敏度。然而，这些特种纤维通常非常昂贵，非常困难捏造。 另一方面，传感系统利用Sagnac或环状结构也有报道通过有效地提高光纤和磁场的相互作用长 度，提高了灵敏度。

经过对现有技术的检索发现，ZHao等在“High-current-sensitivityall-fibercurrent sensorbasedonfiberlooparchitecture.”(《OpticsExpress》,2012,20(17):18591-9)中公开了一 种用普通石英光纤实现的新型全光纤电流传感器。但该现有技术衰荡腔结构存在较严重的损耗 问题，只能实现很少数量的脉冲循环，因此能够提高的灵敏度很有限，同时现有方法还会出现 系统不稳定，容易受外界稳定振动影响的问题。

发明内容

本发明针对现有技术采用衰荡结构因此循环损耗较高，只能实现少量次数的法拉第效应 积累从而导致对传感灵敏度的提高有限等不足，提出一种基于循环回路的高灵敏度光纤电流传 感装置，采用基于快速光开关的循环回路，可以多次实现法拉第效应积累，并且系统环路的损 耗较小，可以实现的积累次数超过10次以上，因此显著提高系统灵敏度和稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：线偏振脉冲光发生机构、控制脉冲发生机构、2×2的光开关以及传感光 纤，其中：光开关的第一输入端和第一输出端分别与线偏振脉冲光发生机构和控制脉冲发生机 构相连以接收线偏振脉冲光和控制脉冲，控制脉冲发生机构与线偏振脉冲光发生机构相连并输 出调制脉冲，光开关的第二输入端和第二输出端与传感光纤组成循环回路。

所述的线偏振脉冲光发生机构包括：依次相连的光源、调制器和起偏器，其中：起偏器 输出线偏振脉冲光至光开关的第一输入端，调制器接收来自控制脉冲发生机构的调制脉冲。

所述的控制脉冲发生机构包括：依次相连的检偏器、光电探测器、信号处理单元和脉冲 发生器，其中：信号处理单元对光电探测器得到的电压信号进行采集和处理，解析信号幅度的 变化得到脉冲受磁场影响导致的偏振变化信息并输出至脉冲发生器，脉冲发生器分别向线偏振 脉冲光发生机构输出调制脉冲以产生光脉冲，向光开关输出控制脉冲以控制光脉冲在循环回路 中的循环时间。

技术效果

与现有技术相比，本发明使用了2×2光开关来构建环路，同时用了专门的控制脉冲发 生机构分别用于信号处理和脉冲控制，在检验数据方面，本发明灵敏度和稳定性较已有技术相 比有较大提升。

本发明通过创新设计实现多次法拉第效应循环积累，从而有效降低传感光纤的使用长度， 由于传感光纤昂贵，特别是特种掺杂的高菲德尔常数传感光纤。因此，本发明可以在提高性能 的基础上间接降低成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为光开关通断示意图；

图中：低电平为1→4、2→3；高电平为1→3、2→4；

图3为脉冲控制信号示意图；

图4为偏转角度与循环次数关系图；

图5为本发明选择第8次脉冲循环时得到的时域脉冲随电流的变化；

图6为灵敏度随循环次数关系图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括：线偏振脉冲光发生机构、控制脉冲发生机构、2×2的光 开关以及传感光纤，其中：光开关的第一输入端和第一输出端分别与线偏振脉冲光发生机构和 控制脉冲发生机构相连以接收线偏振脉冲光和控制脉冲，控制脉冲发生机构与线偏振脉冲光发 生机构相连并输出调制脉冲，光开关的第二输入端和第二输出端与传感光纤组成循环回路。