[發(fā)明專利]高靈敏度柱狀回音壁模式光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710377994.2
• 申請(qǐng)日: 2017-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN107238745A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于長(zhǎng)秋;錢正洪;白茹;朱華辰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R19/00
• 分類號(hào): G01R19/00;G01R23/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種高靈敏度的光學(xué)諧振腔電流傳感系統(tǒng)，具體涉及的是一種基于含磁致伸縮介質(zhì)的柱狀回音壁模式(Whispering gallery mode，WGM)光學(xué)諧振腔和線圈的交變電流傳感系統(tǒng)，屬于光學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

WGM光學(xué)諧振腔相比普通光學(xué)諧振腔相比，光學(xué)品質(zhì)因數(shù)更高。同時(shí)兼具光學(xué)諧振腔的高集成度及低功耗的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于磁場(chǎng)、溫度和折射率等物理量的監(jiān)測(cè)。同時(shí)，它可與光纖系統(tǒng)集成，適用于強(qiáng)電磁干擾環(huán)境和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)之中。目前電力和繼電保護(hù)系統(tǒng)等各種系統(tǒng)中對(duì)于電流的檢測(cè)能力要求都很高，由于光學(xué)諧振腔具有高探測(cè)精度和寬頻帶、的優(yōu)點(diǎn)，可用于高精度的電流測(cè)量。我們?cè)O(shè)計(jì)了一種柱狀WGM光學(xué)諧振腔交變電流傳感系統(tǒng)，能夠精確測(cè)量交變電流信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種高靈敏度柱狀回音壁模式光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)。

高靈敏度柱狀回音壁模式光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光器、隔離器、衰減器、電光調(diào)制器、偏振控制器、光纖錐、內(nèi)含磁致伸縮介質(zhì)的諧振腔、盒子、探測(cè)器、穩(wěn)頻系統(tǒng)和譜儀；

所述的磁致伸縮介質(zhì)通過膠水固定在諧振腔內(nèi)，激光器的發(fā)射端與隔離器的輸入端連接，隔離器的輸出端與衰減器的輸入端連接，衰減器的輸出端與電光調(diào)制器的輸入端連接，電光調(diào)制器的輸出端與光纖錐輸入端之間的光纖上設(shè)置有偏振控制器；光纖錐中的光場(chǎng)通過倏逝波耦合的方式進(jìn)入諧振腔，在諧振腔內(nèi)形成回音壁模式，腔內(nèi)光場(chǎng)經(jīng)光纖錐耦合輸出至探測(cè)器的接收端；所述的光纖錐、內(nèi)含磁致伸縮介質(zhì)的諧振腔、線圈設(shè)置在盒子內(nèi)；

探測(cè)器輸出的信號(hào)進(jìn)入穩(wěn)頻系統(tǒng)，穩(wěn)頻系統(tǒng)輸出反饋電壓將激光器的輸出波長(zhǎng)鎖定在諧振腔的諧振波長(zhǎng)上；同時(shí)，探測(cè)器輸出的交流信號(hào)送入譜儀的接收端。傳感系統(tǒng)中激光器、隔離器、衰減器、電光調(diào)制器、偏振控制器、光纖錐、探測(cè)器之間的連接均采用光纖連接；電光調(diào)制器與穩(wěn)頻系統(tǒng)、探測(cè)器與穩(wěn)頻系統(tǒng)、穩(wěn)頻系統(tǒng)與激光器、探測(cè)器與譜儀之間均使用兩端口通用的電學(xué)線纜連接；待測(cè)電流設(shè)置在磁致伸縮介質(zhì)內(nèi)；待測(cè)電流的變化導(dǎo)致磁場(chǎng)發(fā)生形變，磁致伸縮介質(zhì)感受到的磁場(chǎng)發(fā)生形變，導(dǎo)致諧振腔的腔長(zhǎng)發(fā)生變化，因而譜儀測(cè)得的功率譜強(qiáng)度發(fā)生變化，借此可解調(diào)輸入交變電流的強(qiáng)度和頻率；

所述的光纖錐的錐區(qū)部分的截面直徑小于輸入光波長(zhǎng)，保證光場(chǎng)可以耦合進(jìn)入諧振腔即可；

所述的諧振腔結(jié)構(gòu)與光纖錐始終處于耦合狀態(tài)；

所述的諧振腔的外表面存在倏逝波。

作為優(yōu)選，所述的待測(cè)電流由電流-磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)，電流-磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化裝置包括內(nèi)含鐵芯的線圈和導(dǎo)線，內(nèi)含鐵芯的線圈設(shè)置在盒子內(nèi)，含鐵芯的線圈通過導(dǎo)線與電源連接，電流變化導(dǎo)致線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化。

所述的線圈是電流感知單元，將感知的電流轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)。

所述的諧振腔結(jié)構(gòu)是磁場(chǎng)傳感單元，感知電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的變化。

所述的激光器的波段選用通訊波段，與探測(cè)器的接收波段相匹配。

所述的磁致伸縮介質(zhì)為Terfenol-D或其它的在磁場(chǎng)作用下能夠伸縮的介質(zhì)。

所述的電光調(diào)制器的工作頻率為將激光器輸出波長(zhǎng)鎖定在諧振腔的諧振波長(zhǎng)處；所述的偏振控制器的偏振狀態(tài)要保證光學(xué)模式的光學(xué)品質(zhì)因數(shù)最高；所述的衰減器要保證到達(dá)探測(cè)器的光強(qiáng)在探測(cè)器的工作范圍內(nèi)；所述的穩(wěn)頻系統(tǒng)要保證獲得滿足器件要求的穩(wěn)頻效果；所述的譜儀的探測(cè)頻帶選擇覆蓋需探測(cè)的交變電流的頻帶。

諧振腔固定在盒子內(nèi)，利用光纖錐將光耦合進(jìn)入諧振腔內(nèi)，在光纖錐與盒子接觸位置滴入紫外固化膠，繼續(xù)調(diào)整光纖錐的位置至最佳的耦合狀態(tài)，利用紫外燈照射使膠水固化，進(jìn)而固定光纖錐的位置。

本發(fā)明中的傳感系統(tǒng)在進(jìn)行交變電流傳感時(shí)具有很高的靈敏度。同時(shí)，該系統(tǒng)主要由光纖構(gòu)建，體積小，易于集成，可進(jìn)行遠(yuǎn)程探測(cè)所需的電流信息。

附圖說明

圖1為發(fā)明的高靈敏度柱狀WGM光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式進(jìn)一步闡明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施方式：