[發明專利]一種單偏振型環形全光纖電流傳感器及其檢測方法

有效

• 申請號: 201710407295.8
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107247170B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 張昊;劉雙;張禹;陳書明;王堯
• 申請（專利權）人: 福建江夏學院
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

1.一種單偏振型環形全光纖電流傳感器，其特征在于：包括光源、第一單偏振耦合器、第二單偏振耦合器、第一傳感光纖環、第二傳感光纖環以及光電探測器；所述第一單偏振耦合器雙端口側的其中一個端口經光纖與所述光源連接，所述第一單偏振耦合器單端口側與所述第二單偏振耦合器的單端口側相連，所述第二單偏振耦合器的雙端口側的其中一個端口依次經所述第一傳感光纖環、所述第二傳感光纖環連接至所述第一單偏振耦合器雙端口側的另一個端口，所述第二單偏振耦合器的雙端口側的另一個端口經光纖與所述光電探測器相連；所述第一傳感光纖環與所述第二傳感光纖環均環繞在同一通電導體上且繞制結構鏡像對稱；

其中，所述的單偏振型環形全光纖電流傳感器的檢測方法包括以下步驟：

步驟S1：所述光源發出脈沖光信號；

步驟S2：所述光信號經過連接光纖進入第一單偏振耦合器雙端口側的其中一個端口中，所述第一單偏振耦合器將脈沖光信號轉換為線偏振光輸出到單端口側，所述線偏振光再由第二單偏振耦合器單端口側進入，第二單偏振耦合器將線偏振光分為兩部分，一部分光經第二單偏振耦合器雙端口側的一個端口進入第一傳感光纖環，再進入第二傳感光纖環，從第二傳感光纖環出來的光再經由第一單偏振耦合器雙端口側的另一個端口再次進入第一單偏振耦合器，另一部分光經第二單偏振耦合器雙端口側的另一個端口進入光電探測器；

步驟S3：重復步驟S2，光信號在傳感器結構中多次循環，直到光強衰減為零；每次循環都有一部分光經由第二單偏振耦合器進入光電探測器形成一個脈沖信號，在光源的一周期內，光電探測器輸出一串逐漸衰減的脈沖信號；

其中，每次循環，光源發出的脈沖光信號都經第一單偏振耦合器起偏，通過傳感光纖環，電流引起的法拉第旋光將使光偏振面發生角度Ω旋轉，再經過第二單偏振耦合器時，在第二單偏振耦合器的檢偏作用下，光強將衰減為原來的(cosΩ)²，經過K次循環后，輸出光強J為：

J＝J₀(cosΩ)^2K(e^α)^K；

其中，J₀是系統輸出的第一個脈沖信號，由于不經過傳感光纖環，等同于光源光強，能夠直接用于歸一化，以消除光源波動，e^α是環形腔自身損耗，所述環形腔為由第一單偏振耦合器、第二單偏振耦合器、第一傳感光纖環以及第二傳感光纖環共同構成；

歸一化的輸出光強變化量為：

其中，V是光纖材料費爾德常數，N是光纖的匝數，I是電流大小；

由光強大小得到電流大小：

2.根據權利要求1所述的一種單偏振型環形全光纖電流傳感器，其特征在于：所述第一單偏振耦合器與第二單偏振耦合器均為單軸工作耦合器。

3.根據權利要求1所述的一種單偏振型環形全光纖電流傳感器，其特征在于：所述第一傳感光纖環與所述第二傳感光纖環的匝數相同，繞制方向相反，為對稱結構。