[發明專利]偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器

在審

• 申請號: 201910194734.0
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109752581A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 劉澤;薛挺
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器，其特征在于，包括：寬帶光源、探測器、保偏光纖分束偏振器、相位調制器、λ/4波片、傳感光纖、反射鏡、探測器和控制電路；

所述的寬帶光源，用于發出寬譜光，將該寬譜光傳輸給保偏光纖分束偏振器；

所述的保偏光纖分束偏振器，用于將寬帶光源輸出光波的功率分束，并且實現起偏，該光波以45度角入射進入相位調制器；將從相位調制器返回的光波檢偏，光功率分束，并且將入射到探測器的光功率實現二次檢偏，使得被檢偏光波的偏振消光比倍增；

所述的相位調制器，作為偏振方向旋轉開關，用于將接收到的光波的偏振方向通過外加電信號旋轉，將所輸出的偏振光經過保偏光纖延遲線圈傳輸到λ/4波片；

所述的λ/4波片，用于將接收到的偏振光分解為左旋圓偏振光和右旋圓偏振光，將所述左旋圓偏振光和右旋圓偏振光傳輸給傳感光纖；

所述的傳感光纖，用于當傳感光纖內有電流流過時，則電流產生的磁場通過法拉第效應引起光波偏振態旋轉，在傳感光纖的末端經反射鏡反射的左旋圓偏振光和右旋圓偏振光經過λ/4波片后，合成為線偏振光，所述線偏振光的偏振角度疊加了法拉第效應的電流感生磁場引起的偏轉角度；所述線偏振光經過相位調制器再次回到保偏光纖分束偏振器，該保偏光纖分束偏振器對所述線偏振光進行檢偏處理；

所述的探測器，用于檢測所述保偏光纖分束偏振器檢偏處理后的線偏振光的光功率，將光功率轉換為電信號，將電信號輸出給控制電路；

所述的控制電路，用于對所述探測器傳輸過來的電信號進行模數轉換采樣、數字濾波和解調處理，得到數字信號，將所述數字信號輸出；并將所述數字信號作為開環數字量反饋給所述相位調制器，以實現閉環反饋。

2.根據權利要求1所述的偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器，其特征在于，當所述寬帶光源為保偏光纖輸出的SLD光源時，SLD光源的輸出保偏尾纖與保偏光纖分束偏振器的輸入保偏尾纖為0度或者90度對準，保偏光纖分束偏振器的起偏為單一偏振光；

當所述寬帶光源為普通單模光纖輸出的SLD光源或者ASE光源，單模光纖與保偏光纖分束偏振器的輸入保偏尾纖的角度對準方向不限，保偏光纖分束偏振器實現起偏功能。

3.根據權利要求1所述的偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器，其特征在于，所述保偏光纖分束偏振器的保偏尾纖與所述相位調制器輸入端的保偏尾纖以45度角熔接，將所述相位調制器作為可調節光波偏振方向的λ/2波片。

4.根據權利要求1所述的偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器，其特征在于，所述相位調制器的輸出保偏尾纖與所述保偏光纖延遲線圈的保偏光纖的雙折射主軸0度角對準熔接，所述保偏光纖延遲線圈的尾纖與λ/4波片的尾纖角度成45角，光波以45度角入射進入λ/4波片。

5.根據權利要求1至4任一項所述的偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器，其特征在于，當傳感光纖環有電流流過時，在保偏光纖分束偏振器輸出的方波信號的每個半周期內進行采樣，將相鄰兩個半周期的采樣值相減得到光纖電流互感器的開環數字量，并將所述開環數字量反饋給所述相位調制器；

所述相位調制器根據所述開環數字量產生數字階梯波，所述數字階梯波與所述保偏光纖分束偏振器輸出的方波信號同步疊加，所述數字階梯波的持續時間等于光纖在保偏光纖延遲環中往返的傳輸時間。

6.根據權利要求5所述的偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器，其特征在于，所述保偏光纖分束偏振器的偏振消光比高于60dB。

7.根據權利要求6所述的偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器，其特征在于，所述相位調制器為鈮酸鋰相位調制器，該鈮酸鋰相位調制器實現光波偏振面π/2偏轉角度。

8.根據權利要求1至7任一項所述的偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器，其特征在于，所述的方法還包括：

通過控制電路將電壓V_π施加到用于偏振旋轉開關的相位調制器上，光波偏轉角以45度入射進入相位調制器，通過改變相位調制器的電壓，改變光波的相位，實現調節相位調制器輸出的光波的偏振角度，使得所述相位調制器實現可調節光波偏振方向的λ/2波片的功能；

實現光波偏振方向π弧度偏轉的電壓V_π的計算公式如下：

由可得：

因此實現π/2弧度偏轉，需要施加的電壓Vπ/2為