[發明專利]反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器

無效

• 申請號: 201010291238.6
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN102023287A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 肖悅娛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032;G02B6/27
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種新型的光纖磁場傳感器，具體的說，是一種利用磁光晶體的法拉第旋光效應測量磁場的反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器。

背景技術

磁場探測應用于許多重要領域，例如在電磁兼容、電力工程、電機工程等領域都需要監測與磁信號有關的物理量。

法拉第磁光效應是指當施加外加磁場時，介質內傳輸的線偏振光的偏振方向會旋轉一個角度，其大小與磁場強度成正比。法拉第效應目前被廣泛用于光通信領域，如光隔離器、光環形器等。在傳感器系統中，也可通過直接測量偏振光在磁場中的角度變化來得到磁場強度(見專利US6404190，US6370288等)。但是由于該角度很小，直接測量靈敏度和精度都不高。采用干涉的方法，將偏振角度的變化轉變成相位的變化，可提高檢測的靈敏度。薩格奈克干涉儀的兩干涉光路完全相同，僅對非互易的磁光效應敏感，因此非常適用于磁場/電流傳感器。1996年，James?N.Blake首先提出了干涉型磁場/電流傳感器的設想(專利號：US5644397)，其中磁場傳感器的結構如附圖3所示。該專利采用電光相位調制器，信號發生器和保偏光纖延遲線一起組成有源光波相位偏置，這樣的有源相位偏置在系統的穩定性、信噪比等方面存在不足，成本也較高。另外在Blake等人的專利中，傳感器件是分立的磁光元件，增加了系統的復雜度。

本發明針對已有技術存在的不足，提出一種新的反射式干涉型全光纖磁場傳感器，采用由四分之一波片和法拉第旋轉鏡構成的穩定的無源相位偏置，并采用全光纖的結構。系統的復雜度大大降低，從而可在穩定性、信噪比方面得到提高，同時也降低了傳感器的成本。

發明內容

本發明針對已有技術的缺陷，提供了一種反射式基于薩格奈克干涉儀型全光纖磁場傳感器，可大大降低系統復雜度，提高傳感器的靈敏度和穩定性，同時降低傳感器的成本。

為了達到上述目的，本發明的構思是：

本發明主要由寬帶光源、光隔離器、3dB單模光纖耦合器、光纖起偏器、保偏傳輸光纜、四分之一波片和法拉第旋轉鏡、光電探測器及信號處理單元組成。寬帶光源發出的光通過光隔離器后，進入光纖耦合器，經過光纖起偏器后變成線偏振光，通過一個45°焊接點，將入射光分成兩路正交的偏振光，在保偏傳輸光纜的兩個主軸上傳播至磁場傳感頭。磁場傳感頭由四分之一波片和法拉第旋轉鏡組成，法拉第旋轉鏡同時提供系統的無源偏置。由旋轉鏡的反射面反射回的信號經過保偏傳輸光纜后，在起偏器上干涉后由光纖耦合器的另一個端口輸出，光電探測器將光信號轉變為電信號后進行信號處理。

根據以上構思，本發明的技術方案如下：

一種反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器，包括寬帶光源、光隔離器、3dB單模光纖耦合器、光纖起偏器、保偏傳輸光纜、四分之一波片和法拉第旋轉鏡、光電探測器及信號處理單元。其特征在于所述寬帶光源通過光隔離器后與所述3dB單模光纖耦合器的一個正向輸入端口相連，所述3dB單模光纖耦合器的一個正向輸出端口與光纖起偏器的一個端口連接，光纖起偏器的另一端口與保偏傳輸光纜的一端連接，保偏傳輸光纜的另一端與磁場傳感頭相連，所述磁場傳感頭由四分之一波片和法拉第旋轉鏡構成。所述光纖耦合器的一個反向輸出端口連接到光電探測器，光電探測器與信號處理單元相連。

上述反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器還可加入一個偏振分(合)波器和一個第二光電探測器。寬帶光源通過光隔離器后與所述光纖耦合器的一個正向輸入端口相連，所述光纖耦合器的一個正向輸出端口與所述偏振分(合)波器的一個正向輸入端口相連，再通過保偏傳輸光纜與磁場傳感頭連接。光纖耦合器的一個反向輸出端口連接到第一光電探測器，偏振分(合)波器的一個反向輸出端口連接到所述第二光電探測器，兩探測器的信號同時送入信號處理單元處理。

本發明和現有技術相比具有的顯著特點有：

1.本發明采用一個四分之一波片和法拉第旋轉鏡組成無源相位偏置系統，可以在薩格奈克干涉儀的兩干涉光路中形成90度的相位差，其靈敏度明顯優于基于法拉第效應的偏振角度檢測系統。

2.本發明采用無源相位偏置系統，在系統的性能、成本等方面優于已有技術的有源相位偏置系統。

3.本發明采用的光纖法拉第旋轉鏡，集成了相位偏置、傳感和反射的功能，大大簡化了系統。

附圖說明

圖1是本發明一個實施例的結構框圖

圖2是本發明另一個實施例的結構框圖

圖3是已有技術的反射式的干涉型光纖磁場傳感器的結構框圖

具體實施方式

具體實施實例敘述于后。