一种光纤电流互感器光学结构制造技术

本发明专利技术提供了一种光纤电流互感器光学结构，包括光源和MIOC调制器以及第一和第二保偏光纤分束器，所述光源与第一保偏光纤分束器的下输入尾纤相连，第一保偏光纤分束器的上输出尾纤和下输出尾纤分别与MIOC调制器和探测器相连，探测器连接信号处理单元；MIOC调制器的上分支输出尾纤和下分支输出尾纤分别与第二保偏光纤分束器的下输入尾纤和下输出尾纤相连接，第二保偏光纤分束器的上输出尾纤与保偏光纤相连，保偏光纤依次连接有λ/4波片、传感光纤及反射镜。本发明专利技术克服了采用传统保偏光纤耦合器存在的问题，且光路组装工艺简单，系统可靠性高。

Optical structure of optical fiber current transformer

The invention provides a fiber optical current transducer structure includes a light source and a MIOC modulator and a first and a second polarization maintaining optical fiber splitter, the light source and the first polarization maintaining optical fiber splitter input connected to the first polarization maintaining fiber pigtail, beam splitter on the output and output fiber are respectively connected with the pigtail MIOC modulator and detector, the detector is connected with the signal processing unit; branch output pigtailed MIOC modulator and branch output respectively with second polarization maintaining fiber pigtail pigtail input beam splitter and the output fiber connected to second polarization maintaining optical fiber splitter and polarization maintaining fiber pigtail output is connected in polarization maintaining fiber connected with a lambda /4 wave plate, optical fiber and reflector. The invention overcomes the problems existing in adopting the traditional polarization maintaining optical fiber coupler, and has the advantages of simple light path assembly process and high system reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤电流互感器光学结构
本专利技术涉及光纤传感
，特别是一种光纤电流互感器光学结构。
技术介绍
基于法拉第效应的全光纤电流互感器因其原理优势，被公认为是传统电磁感应式电流互感器的替代品。与传统的电磁式互感器相比，光纤电流互感器具有如下优势：安全优势：绝缘结构简单，绿色环保、无爆炸、无油气、无SF6、无二次开路危险；成本优势：220kV以上时，采用光纤，大幅降低绝缘成本；性能优势：体积小，重量轻；动态范围大，可测交流/直流，无磁饱和，频带响应宽，抗干扰能力强，适合数字化输出；适应国家智能电网发展规划要求。目前常用的2种光纤电流互感器光路结构方案：1.采用集成光学多功能调制器MIOC为核心的Sagnac干涉型光学结构，其基于Sagnac干涉仪的光纤陀螺工作原理，理论成熟，但是其光学结构插入损耗大，温度、振动等环境因素会影响系统性能。2.采用相位调制器作为偏振方向旋转开关的光学结构，其光学结构插入损耗小，温度、振动等环境因素基本不影响系统性能，但是其是基于相位调制器作为的偏振方向旋转开关的工作原理为理论基础的工作机理，尚不能被广泛理解。因此，目前采用本方案光路结构的机构虽然很多，但是系统性能仍然不如采用MIOC调制器的系统性能。对于基于采用MIOC调制器方案的电流互感器，由于同时采用传统光纤耦合器的系统插入损耗仍然相对较大，可达>20dB以上，因此有采用光纤环形器替代与光源连接的传统光纤耦合器，也有同时采用偏振分/合束器，代替与MIOC连接的传统光纤耦合器的方案。参见如下电流互感器专利：这些结构的优点：采用光纤环形器可以降低系统插入损耗5～6dB，采用偏振分/合束器也可以降低系统插入损耗5～6dB，此外，还可以优化MIOC的检偏功能3dB，二者组合可以降低系统插入损耗13～15dB，从而提高输出光功率20～30倍。理论上，根据最小测量电流与光功率的平方根成正比，这种方案可以提高最小测量电流精度～5倍。然而，光纤电流互感器传感系统必须符合以下要求：1.光源必须是宽带光源；2.系统需要保偏光纤仪保持光波的偏振特性；3.系统传输的光功率必须稳定；4.组装工艺需要适应批量化的规模生产。因此，采用上述2种方案的光纤电流互感器存在不可克服的弱点：1.光纤环形器存在弱点：由于工作机理限制，存在较大的波长相关损耗(WDL)，偏振相关损耗(PDL)，温度相关损耗(TDL)，以及各种损耗交叉影响，反而会大幅度降低系统的其他性能，如系统的线性以及系统的测量误差，所以商业系统中宁愿采用传统的光纤耦合器，而不采用光纤环形器；2.偏振分/合束器存在弱点：工作机理：基于光波在双折射晶体中传播，偏离光轴方向传播，o光和e光走离，从而实现2偏振光束分开；或者采用格兰棱镜、沃拉斯顿棱镜，偏振分束棱镜等实现2偏振光束分开。由于体积限制，商业的偏振分束器大多采用双折射晶体方案，由于光波传播限制，2偏振态光束在空间分离部分仍然有部分重叠，从而大幅降低性能，特别是用于模拟的光纤传感系统。此外，理论方面，光路不能满足Sagnac效应在物理学观念上的互易原则，从而会降低温度、振动相关的性能；所以商业系统中宁愿采用传统的光纤耦合器，也不采用光纤偏振分/合束器；与光纤环形器、偏振分/合束器相比，采用传统的光纤耦合器，包括保偏光纤耦合器，能够获得相对较好的WDL，PDL，TDL，以及满足Sagnac效应物理学客观规律的互易性，所以是传统方案的最佳选择。然而，传统方案所制作的保偏光纤耦合器也具有各种不可克服的弱点。由于必须采用匹配型保偏光纤，与常规的保偏光纤应力区域不兼容，保偏光纤熔接机几乎不能正确识别匹配型保偏光纤的应力轴，无论0度对准熔接，还是90度对准熔接，均会大幅度增加光路熔接的复杂程度，降低系统性能。除此之外，还具有普通单模耦合器具有的各种弱点，如与专利的保偏光纤分束器相比，具有较差的波长相关损耗WDL，温度相关损耗TDL，很差的偏振相关损耗PDL，以及较差的长期可靠性等。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术提供了一种光纤电流互感器光学结构，解决了现有保偏光纤耦合器存在的必须采用匹配型保偏光纤，光路熔接复杂程度高及长期可靠性差等问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种光纤电流互感器光学结构，包括光源和MIOC调制器，其特征在于，还包括第一保偏光纤分束器和第二保偏光纤分束器，所述光源与第一保偏光纤分束器的下输入尾纤相连，第一保偏光纤分束器的上输出尾纤和下输出尾纤分别与MIOC调制器和探测器相连，探测器连接信号处理单元；MIOC调制器的上分支输出尾纤和下分支输出尾纤分别与与第二保偏光纤分束器的下输入尾纤和下输出尾纤相连接，第二保偏光纤分束器的上输出尾纤与保偏光纤相连，保偏光纤依次连接有λ/4波片、传感光纤及反射镜。优选的，所述第一保偏光纤分束器及第二保偏光纤分束器的应力轴均为0度对准，MIOC调制器的上分支输出尾纤与第二保偏光纤分束器的下输入尾纤0度熔接，下分支输出尾纤与第二保偏光纤分束器的下输出尾纤90度熔接。优选的，所述第一保偏光纤分束器的应力轴为0度对准，第二保偏光纤分束器的应力轴为90度对准，MIOC调制器的上分支输出尾纤和下分支输出尾纤分别与与第二保偏光纤分束器的下输入尾纤和下输出尾纤0度熔接。本专利技术的积极效果：1.克服了采用传统保偏光纤耦合器存在的具有较大偏振相关损耗PDL的弱点，可以提高系统的最小测量电流精度(3～5倍)；2.克服了采用传统光纤耦合器存在的波长相关损耗WDL、温度相关损耗TDL的弱点，由于该光学结构基于Sagnac效应的光纤陀螺机理，基于光纤陀螺理论，可以提高系统测量的线性到十万分之一(<10ppm)；采用传统的耦合器的方案，一般>100ppm；3.此外，第2个保偏光纤分束器巧妙地解决了偏振合束问题，而采用传统的保偏光纤耦合器，会引入较大的偏振相关损耗，劣化系统的性能。采用偏振分束器，不能满足系统的互易原则。4.光路组装工艺简单，保偏光纤熔接机几乎不能识别用于保偏光纤耦合器的匹配型保偏光纤，使得光路熔接失败，保偏光纤分束器的光纤类型与光源、调制器相同，不会存在这种问题；5.大幅提高系统可靠性，包括器件可靠性，以及光路熔接的可靠性。附图说明图1是本专利技术实施例1的结构示意图；图2是本专利技术实施例2的结构示意图；图3是本专利技术所述保偏光纤分束器的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细说明。实施例1参照图1和图3，本专利技术优选实施例1提供一种光纤电流互感器光学结构，包括光源和MIOC调制器2，其特征在于，还包括第一保偏光纤分束器1和第二保偏光纤分束器3，所述光源与第一保偏光纤分束器1的下输入尾纤相连，第一保偏光纤分束器1的上输出尾纤和下输出尾纤分别与MIOC调制器2和探测器相连，探测器连接信号处理单元；MIOC调制器的上分支输出尾纤和下分支输出尾纤分别与与第二保偏光纤分束器3的下输入尾纤和下输出尾纤相连接，第二保偏光纤分束器3的上输出尾纤与保偏光纤4相连，保偏光纤4依次连接有1/4λ波片、传感光纤5及反射镜6。其中所述第一保偏光纤分束器1及第二保偏光纤分束器3的应力轴均为0度对准，MIOC调制器的上分支输出尾纤与第二保偏光纤分束器3的下输入尾纤0度熔接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤电流互感器光学结构，包括光源和MIOC调制器，其特征在于：还包括第一保偏光纤分束器和第二保偏光纤分束器，所述光源与第一保偏光纤分束器的下输入尾纤相连，第一保偏光纤分束器的上输出尾纤和下输出尾纤分别与MIOC调制器和探测器相连，探测器连接信号处理单元；MIOC调制器的上分支输出尾纤和下分支输出尾纤分别与与第二保偏光纤分束器的下输入尾纤和下输出尾纤相连接，第二保偏光纤分束器的上输出尾纤与保偏光纤相连，保偏光纤依次连接有λ/4波片、传感光纤及反射镜。

【技术特征摘要】
1.一种光纤电流互感器光学结构，包括光源和MIOC调制器，其特征在于：还包括第一保偏光纤分束器和第二保偏光纤分束器，所述光源与第一保偏光纤分束器的下输入尾纤相连，第一保偏光纤分束器的上输出尾纤和下输出尾纤分别与MIOC调制器和探测器相连，探测器连接信号处理单元；MIOC调制器的上分支输出尾纤和下分支输出尾纤分别与与第二保偏光纤分束器的下输入尾纤和下输出尾纤相连接，第二保偏光纤分束器的上输出尾纤与保偏光纤相连，保偏光纤依次连接有λ/4波片、传感光纤及反射镜。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿凡，向美华，薛挺，毛健，
申请(专利权)人：北京浦丹光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11