一種基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器制造技術

本發明專利技術公開了一種基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器，其包括依次相連接的超輻射二極管、起偏器、保偏耦合器、偏振控制器、檢偏器、光電探測器及降噪放大器、以及法拉第反射鏡。所述單模光纖電流傳感器還包括兩端分別連接所述法拉第反射鏡及所述保偏耦合器的單模光纖，所述單模光纖繞待測件的中心軸纏繞形成單模光纖環，所述待測件穿過所述單模光纖環。

A single-mode fiber optic current sensor based on polarization state modulation

The invention discloses a single-mode optical fiber current sensor based on polarization control, which comprises a superluminescent diode, polarizer, polarization maintaining coupler, polarization controller, polarizer, photoelectric detector and amplifier, noise reduction and Faraday mirror. The single-mode optical fiber current sensor also includes two ends respectively connected with the Faraday mirror and the single-mode fiber coupler is guaranteed, the center of the single-mode fiber to be measured around the axial winding formation of single-mode fiber ring, the piece to be measured through the single-mode fiber ring.

【技術實現步驟摘要】
一種基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器
本專利技術屬于光纖傳感器相關
，更具體地，涉及一種基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器。
技術介紹
傳統的電流互感器因為其體積巨大，重量驚人，造價昂貴且精度不高，使其逐漸達到發展瓶頸，上個世紀80年代光纖電流傳感器應運而生。光纖電流傳感器因其擁有體積小、重量輕、抗電磁干擾、測量范圍大、完全電隔離等優勢，在近些年發展迅速。光纖電流傳感器主要原理是利用法拉第效應將待測電流信號轉換為光纖中的光信號，再通過光電探測器和降噪放大器將待測信號還原，以實現對待測電流信號的測量。傳感光纖是現有的光纖電流傳感器中的關鍵部件，其大都采用一種名為旋轉保偏的特種光纖，然而，所述特種光纖價格昂貴(每米約60美元)，依賴進口，導致光纖電流傳感器的成本較高，不利于推廣應用。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器，其基于法拉第效應和安培環路定理，針對光纖電流傳感器的結構進行了設計。所述單模光纖電流傳感器采用單模光纖繞待測件的中心軸纏繞形成單模光纖環，所述待測件穿過所述單模光纖環；法拉第反射鏡連接于所述單模光纖的一端，降低了成本，且能夠通過增加單模光纖環的圈數來提高最小探測能力，增加單模光纖環的直徑來適配更多規格的待測對象，有利于推廣應用。此外，所述單模光纖電流傳感器不通過四分之一波片而是直接測量線偏振光的偏振態，避免了溫度的影響，提高了測量準確性。為實現上述目的，本專利技術提供了一種基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器，其包括依次相連接的超輻射二極管、起偏器、保偏耦合器、偏振控制器、檢偏器、光電探測器及降噪放大器、以及法拉第反射鏡，其特征在于：所述單模光纖電流傳感器還包括兩端分別連接所述法拉第反射鏡及所述保偏耦合器的單模光纖，所述單模光纖繞待測件的中心軸纏繞形成單模光纖環，所述待測件穿過所述單模光纖環。進一步的，所述單模光纖環的圈數為100圈。進一步的，所述超輻射二極管用于發射預定波長和半高寬的非相干光。進一步的，所述非相干光的半高寬小于100納米，功率小于等于1.5瓦。進一步的，所述待測件的電流Ix由以下公式計算獲得：式中，I為已知大小的電流；U為電流I流經所述待測件時，記錄下的所述降噪放大器的輸出電壓；Ux為電流Ix流經所述待測件時，記錄下的所述降噪放大器的輸出電壓。進一步的，所述偏振控制器的數量為兩個，兩個所述偏振控制器中的一個連接所述檢偏器及所述保偏耦合器，另一個連接所述法拉第反射鏡及所述保偏耦合器。總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，本專利技術提供的基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器，其采用單模光纖繞待測件的中心軸纏繞形成單模光纖環，所述待測件穿過所述單模光纖環；法拉第反射鏡連接于所述單模光纖的一端，應用單模光纖降低了成本，且能夠通過增加單模光纖環的圈數來提高最小探測能力，增加單模光纖環的直徑來適配更多規格的待測對象，有利于推廣應用。此外，所述單模光纖電流傳感器不通過四分之一波片而是直接測量線偏振光的偏振態，避免了溫度的影響，提高了測量準確性。附圖說明圖1是本專利技術第一實施方式提供的基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器的示意圖。圖2是本專利技術第二實施方式提供的基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器的示意圖。圖3是本專利技術第三實施方式提供的基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器的示意圖。在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1-起偏器，2-超輻射二極管，3-光電探測器，4-檢偏器，5-偏振控制器，6-法拉第反射鏡，7-單模光纖，8-待測件，9-保偏耦合器。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。請參閱圖1，本專利技術第一實施方式提供的基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器100，其基于法拉第效應和安培環路定理，將待測電信號轉換為光信號，并通過光電探測器及降噪放大器還原待測電信號。所述單模光纖電流傳感器100包括起偏器1、超輻射二極管2、光電探測器3、檢偏器4、偏振控制器5、法拉第反射鏡6、單模光纖7、保偏耦合器9及降噪放大器。所述超輻射二極管2、所述起偏器1、所述保偏耦合器9、所述偏振控制器5、所述檢偏器4及所述光電探測器3依次相連接。所述單模光纖7繞待測件8的中心軸纏繞形成單模光纖環，其兩端分別連接于所述保偏耦合器9及所述法拉第反射鏡6；所述待測件8穿過所述單模光纖環。本實施方式中，所述單模光纖環的圈數為100圈，可以理解，在其他實施方式中，所述單模光纖環的圈數可以根據實際探測需要改變。所述超輻射二極管2用于產生預定波長和半高寬的非相干光。本實施方式中，所述非相干光的波長固定且半高寬小于100納米，功率小于等于1.5w。所述起偏器1用于將接受到的來自所述超輻射二極管2的光轉變為線偏振光，并將所述線偏振光傳輸到所述保偏耦合器9。本實施方式中，所述保偏耦合器9設置有入口A、出口B及出口C，所述入口A及所述出口B位于所述保偏耦合器9的一側，所述出口C位于所述保偏耦合器9的另一側。本實施方式中，所述起偏器1連接于所述入口A，所述偏振控制器5連接于所述出口B，所述單模光纖7連接于所述出口C。所述法拉第反射鏡6用于使反射后的線偏振光具有較高的消光比，提高了探測能力。對于不同的測量范圍，可以通過調節所述偏振控制器5以相應地獲得較好的探測能力。所述超輻射二極管2產生一定波長和半高寬的非相干光并將所述非相干光傳輸到所述起偏器1。所述起偏器1將接收到的所述相干光轉變為線偏振光并將所述線偏振光通過所述入口A傳輸給所述保偏耦合器9。所述線偏振光自所述保偏耦合器9的出口C進入所述單模光纖環中，所述線偏振光在所述單模光纖環中時受到待測件8的電流磁場的作用，所述線偏振光的偏振方向發生改變。偏振方向發生改變后的所述線偏振光自所述單模光纖環進入所述法拉第反射鏡6，并經所述法拉第反射鏡6反射回所述出口C后，自所述保偏耦合器9的出口B依次進入所述偏振控制器5、所述檢偏器4及所述光電探測器3，所述線偏振光的偏振方向的變化量被轉變為電信號，所述電信號經所述降噪放大器放大后以電壓形式輸出，進而根據輸出結果實現對待測件的電流信號的測量。所述單模光纖電流傳感器100工作時，首先，對所述單模光纖電流傳感器100進行標定，所述光電探測器3及所述降噪放大器選擇適當倍數，將已知大小的電流I流經所述待測件，觀察所述降噪放大器的輸出，并相應調節所述偏振控制器5，使所述降噪放大器的輸出達到最大，記錄下此時所述降噪放大器的輸出電壓U，以完成標定。使待測電流Ix流經所述待測件，記錄此時所述降噪放大器的輸出電壓Ux，基于法拉第效應，根據公式(1)即可計算獲得待測電流Ix的大小。請參閱圖2，本專利技術第二實施方式提供的基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器100與本專利技術第一實施方式提供的基于偏振態調節的單模光纖傳感器100基本相同，不同點在于本專利技術第二實施方式提供的基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器100的偏振控制器5連接所述保偏耦合器9及所述法拉第本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器，其包括依次相連接的超輻射二極管、起偏器、保偏耦合器、偏振控制器、檢偏器、光電探測器及降噪放大器、以及法拉第反射鏡，其特征在于：所述單模光纖電流傳感器還包括兩端分別連接所述法拉第反射鏡及所述保偏耦合器的單模光纖，所述單模光纖繞待測件的中心軸纏繞形成單模光纖環，所述待測件穿過所述單模光纖環。

【技術特征摘要】
1.一種基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器，其包括依次相連接的超輻射二極管、起偏器、保偏耦合器、偏振控制器、檢偏器、光電探測器及降噪放大器、以及法拉第反射鏡，其特征在于：所述單模光纖電流傳感器還包括兩端分別連接所述法拉第反射鏡及所述保偏耦合器的單模光纖，所述單模光纖繞待測件的中心軸纏繞形成單模光纖環，所述待測件穿過所述單模光纖環。2.如權利要求1所述的基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器，其特征在于：所述單模光纖環的圈數為100圈。3.如權利要求1所述的基于偏振態調節的單模光纖電流傳感器，其特征在于：所述超輻射二極管用于發射預定波長和半高寬的非相干光。4.如權利要求3所述的基于偏振態調節的單模光纖電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙斌，高昕星，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42