[發明專利]全光纖電流傳感器

有效

• 申請號: 200710041685.4
• 申請日: 2007-06-06
• 公開（公告）號: CN101320055A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 黃勇;張琦;周東平
• 申請（專利權）人: 上?？甸煿馔ㄐ偶夹g有限公司
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G02B6/00
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種全光纖電流傳感器，特別涉及一種由3x3保偏光纖耦合器組成的全光纖電流傳感器。

背景技術

目前交流大電流的測量一般采用電流互感器的方法，在超高壓狀態下，由于絕緣比較困難，超高壓的電流互感器制作復雜，因而價格十分昂貴。而制作光纖的石英材料本身就是非常好的絕緣體，用光纖制成的光纖電流傳感器來測量電流，理論上能夠測量所有高壓狀態下的電流。所以一般認為光纖電流傳感器是高壓電流互感器的理想替代品。

光纖電流傳感器是利用光的法拉第效應，即在被測量電流的外面繞上適當圈數的光纖，當導體內有電流流過時在其周圍就產生對應的磁場，該磁場使得繞在導體外面的光纖內傳輸的光的偏振方向變化一定角度，這就是法拉第效應。檢測出這個法拉第效應引起的角度變化量就能得到導體內對應的電流。但是由于法拉第效應非常小，直接檢測角度非常困難，所以目前通常使用干涉法。

干涉法的基本思路是先把由法拉第效應產生的偏振光偏振方向的角度變化轉換成偏振光的相位變化，即先把光波電場矢量振動的空間變化轉換成時間變化，再采用Sagnac干涉回路進行干涉檢測。具體實現的方法是在探測光纖環的兩端接上兩個1/4波片，使得注入的線偏振光通過第一個1/4波片后變成園偏振光，然后再通過第二個1/4波片后變回到線偏振光。這樣當光纖環內有電流流過時，由于法拉第效應使得環內的園偏振光的振動方向旋轉了一定的角度，而對于園偏振光來講這個變化了的角度就是光波變化了的相位。然后通過第二個1/4波片后，在把園偏振光變回到線偏振光的同時，也把園偏振光的相位變化量轉變成為線偏振光的相位變化量。這樣，假如一束線偏振光通過一個2x2保偏光纖耦合器分成兩束相干的線偏振光，再分別經過兩個1/4波片變成兩束相干的園偏振光，再分別進入光纖傳感環的兩個端口。在經過法拉第效應后這兩束園偏振光分別經過第二個1/4光波波片把攜帶著法拉第角度變化的園偏振光轉變成攜帶著相位變化的線偏振光再分別回入2x2保偏光纖耦合器進行Sagnac干涉。干涉信號的大小即對應于光纖環內導體所通過的電流的大小。

由于Sagnac干涉法檢測光波的相位差具有靈敏度高、穩定性較好的優點，所以目前對光纖電流傳感器的研究較多地集中在這一方法上。但由于2x2光纖耦合器的耦合臂和直通臂之間存在著一個固定的相位差是π/2，所以在Sagnac光路中必須添加上一個相位偏置，使得它的干涉工作點離開最不靈敏的干涉工作點，而在采用Y型平面波導時也同樣存在著這一問題。美國專利US6188811A中分別對2x2保偏光纖耦合器和Y型平面波導組成的Sagnac干涉光路中提出數種設置相位偏置的方法。

鑒于由2x2光纖耦合器組成的電流傳感器存在上述缺點，業界嘗試采用3x3光纖耦合器組成Sagnac光路來解決相位偏置的問題，但已有報道公開的技術中采用常規的3x3光纖耦合器，由于常規光纖沒有保持偏振的能力，所以使用常規光纖制備的3x3光纖耦合器組成的Sagnac干涉光路不穩定，無實用價值。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種的全光纖電流傳感器，它通過采用3x3保偏光纖耦合器，能提供穩定的Sagnac干涉光路，且不需要添加額外的相位偏置裝置。

為解決上述技術問題，本發明的全光纖電流傳感器，采用3x3保偏光纖耦合器作為整個器件的耦合器。

本發明的其中一個應用為直通式干涉型全光纖電流傳感器，其主要由光源、3x3保偏光纖耦合器、光纖偏振器、1/4光纖波片和傳感光纖環組成；光源連接到3x3保偏光纖耦合器的一端，3x3保偏光纖耦合器的其中兩個端口分別和兩個光纖偏振器連接，兩個光纖偏振器的另一端則分別通過1/4光纖波片接到傳感光纖環的兩端；3x3保偏光纖耦合器的其中一個端口空置；3x3保偏光纖耦合器的剩余兩個端口分別通過兩個光電探測器與信號處理器相連接。

本發明的又一應用為反射式干涉型全光纖電流傳感器，其主要由光源、3x3保偏光纖耦合器、光纖偏振器、1/4光纖波片、保偏光纖偏振分離器和傳感光纖環組成；光源連接到3x3保偏光纖耦合器的一端，3x3保偏光纖耦合器的兩個端口分別和兩個光纖偏振器連接，該兩個光纖偏振器通過一個保偏光纖偏振分離器與一個1/4光纖波片相連接，其中保偏光纖偏振分離器的一端和其中一個光纖偏振器的用旋轉90°焊接頭連接，保偏光纖偏振分離器的另一端通過0°焊接頭與另一光纖偏振器相接，并由1/4光纖波片連接傳感光纖環和保偏光纖偏振分離器；3x3保偏光纖耦合器的其中一個端口空置；3x3保偏光纖耦合器的剩余兩個端口分別通過兩個光電探測器與信號處理器相連接。