[實用新型]基于雙折射實時測量的光纖電流傳感裝置

有效

• 申請號: 201720729824.1
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN206818784U
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 何祖源;馬麟;劉銀萍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所31201
• 代理人: 王毓理,王錫麟

技術領域

本實用新型涉及的是一種光纖電流傳感領域的技術，具體是一種基于雙折射實時測量的光纖電流傳感裝置。

背景技術

傳統的基于電磁效應的電流傳感器在實際使用中存在一些問題，諸如磁飽和、鐵磁諧振、動態范圍小、體積大重量重、成本高、安裝不便、易爆炸等安全性方面的問題。光纖電流傳感器因其傳感原理并不會存在上述問題，因而成為了電流傳感領域的一個重要研究方向。實現全光纖磁場傳感器的原理有多種，如法拉第效應、磁致伸縮效應和磁流體材料等，其中基于法拉第效應的光纖電流傳感器因其對于電流變化的直觀性和易檢測性而成為研究領域中的一個熱點。

基于法拉第效應的光纖電流傳感器在實際應用中主要面臨兩個難題：一是傳統單模光纖的費爾德常數很低，限制了電流傳感器的靈敏度，常用的解決方法是采用高費爾德常數的摻雜光纖。二是光纖電流傳感器的穩定性和可靠性低。單模光纖的線性雙折射很容易受到外界一些不可預測因素的影響，譬如溫度，應力，彎曲和扭曲，這將會減弱法拉第效應。由于光纖的線性雙折射受各種環境擾動而隨機變化并且不易測量，傳統光纖電流傳感器在解調法拉第偏轉角時假設光纖不存在線性雙折射，因而忽略了線性雙折射對法拉第旋光角的退化作用，導致所測得的靈敏度失真。

實用新型內容

本實用新型針對現有技術無法實時補償雙折射受環境隨機擾動的影響的問題，提出一種基于雙折射實時測量的光纖電流傳感裝置，通過對待測傳感光纖輸入偏振態和輸出偏振態的測量，得到待測傳感光纖的雙折射大小，再根據快慢軸的光強信號補償法拉第偏轉角的退化，可準確測量法拉第偏轉角。

本實用新型是通過以下技術方案實現的：

本實用新型涉及一種基于雙折射實時測量的光纖電流傳感裝置，包括：偏振分束器、依次相連的保偏激光器、空間偏振控制器、光纖器、光耦合器、偏振分析器和數據采集器，其中：保偏激光器、空間偏振器和光纖器依次連接，在磁場作用下信號光的偏振態發生變化，光纖器的輸出端與光耦合器相連，光耦合器的輸出端分別與偏振分析器和偏振分束器相連，數據采集器的輸入端分別與偏振分析器和偏振分束器的輸出端相連。

所述的空間偏振控制器包括：同軸設置的λ/2波片、兩個λ/4波片和兩個準直鏡，其中：兩個準直鏡對稱設置于λ/2波片的兩側，兩個λ/4波片分別對稱設置于λ/2波片和準直鏡之間。

所述的光纖器包括：直流源和待測傳感光纖，其中：直流源的正負極分別與待測傳感光纖相連。

所述的偏振分析器包括：1分4分束器、λ/4波片、0°起偏器、45°起偏器和四個平衡光電探測器，其中：1分4分束器輸出四路光，一路直接輸入平衡光電探測器；一路依次輸入0°起偏器和平衡光電探測器；一路依次輸入45°起偏器和平衡光電探測器；一路依次輸入λ/4波片、45°起偏器和平衡光電探測器。

所述的偏振分束器包括：偏振分束器和兩個光電轉換器，其中：偏振分束器的輸出端輸出兩路相互垂直的正交偏振光并分別輸入至兩個光電轉換器。

所述的數據采集器包括：6通道數據采集卡和兩個平衡光電探測器。

所述的數據采集器通過偏振分束器得到待測傳感光纖快慢軸的光強強度信號。

所述的待測傳感光纖為50～2000m標準單模光纖。

所述的偏振分析器直接測得保偏激光器的輸出的偏振態，通過空間偏振控制器的傳輸矩陣得到待測傳感光纖的輸入偏振態，與振分析器測得的待測傳感光纖輸出端的輸出偏振態進行對比，即可得到待測傳感光纖的線性雙折射大小；待測傳感光纖的線性雙折射結合偏振分束器得到的待測傳感光纖快慢軸的兩個光強度信號，即可得到待測傳感光纖雙折射補償后的法拉第偏轉角。

所述的輸入偏振態通過空間偏振控制器的瓊斯矩陣計算得到。

所述的法拉第偏轉角的計算公式為：其中：P₁和P₂分別為待測傳感光纖快慢軸的光強，θ為法拉第偏轉角，Δδ為待測傳感光纖的線性雙折射。

技術效果

與現有技術相比，本實用新型通過在待測傳感光纖末端添加偏振分析器實時監測待測傳感光纖的輸出偏振態，得到待測傳感光纖的實時雙折射用以補償法拉第偏轉角，實現對法拉第偏轉角的準確測量，提高光纖電流傳感器的可靠性。

附圖說明

圖1為光纖電流傳感裝置示意圖；

圖2為偏振分析器示意圖；

圖3為光纖雙折射較小狀態下雙折射補償前后法拉第偏轉角與電流大小的關系示意圖；