基于循环回路的高灵敏度光纤电流传感装置制造方法及图纸

一种基于循环回路的高灵敏度光纤电流传感装置，包括：线偏振脉冲光发生机构、控制脉冲发生机构、2×2的光开关以及传感光纤，其中：光开关的第一输入端和第一输出端分别与线偏振脉冲光发生机构和控制脉冲发生机构相连以接收线偏振脉冲光和控制脉冲，控制脉冲发生机构与线偏振脉冲光发生机构相连并输出调制脉冲，光开关的第二输入端和第二输出端与传感光纤组成循环回路。本实用新型专利技术能够实现多次法拉第效应积累，积累次数超过10次以上并且系统环路的损耗较小，因此显著提高系统灵敏度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是一种光电检测领域的技术，具体是一种可以应用于电力传输、智能电网、变电控制的高性能、高可靠性的基于循环回路的高灵敏度光纤电流传感装置。
技术介绍
光纤电流传感器(Fiber-Optic Current Sensors,FOCS)，利用磁光效应(法拉第效应)测量电流，由于其独特的优点，如固有的绝缘性，重量轻和对退化磁场免疫。但目前限制其实际应用技术的两个主要的障碍包括：该传感器对于温度变化和振动的敏感性，以及由费尔德常数决定的硅材料磁场的不敏感性。许多研究已经从改善光纤传媒到系统设计方面进行了改进。有研究报道使用圆双折射纺纤维降低其敏感性环境，采用特殊纤维如燧石玻璃、稀土掺杂玻璃纤维和大费尔德新型磁流体常数提高灵敏度。然而，这些特种纤维通常非常昂贵，非常困难捏造。另一方面，传感系统利用Sagnac或环状结构也有报道通过有效地提高光纤和磁场的相互作用长度，提高了灵敏度。
技术实现思路
本技术针对现有技术采用衰荡结构因此循环损耗较高，只能实现少量次数的法拉第效应积累从而导致对传感灵敏度的提高有限等不足，提出一种基于循环回路的高灵敏度光纤电流传感装置，采用基于快速光开关的循环回路，可以多次实现法拉第效应积累，并且系统环路的损耗较小，可以实现的积累次数超过10次以上，因此显著提高系统灵敏度和稳定性。本技术是通过以下技术方案实现的：本技术包括：线偏振脉冲光发生机构、控制脉冲发生机构、2×2的光开关以及传感光纤，其中：光开关的第一输入端和第一输出端分别与线偏振脉冲光发生机构和控制脉冲发生机构相连以接收线偏振脉冲光和控制脉冲，控制脉冲发生机构与线偏振脉冲光发生机构相连并输出调制脉冲，光开关的第二输入端和第二输出端与传感光纤组成循环回路。所述的线偏振脉冲光发生机构包括：依次相连的光源、调制器和起偏器，其中：起偏器输出线偏振脉冲光至光开关的第一输入端，调制器接收来自控制脉冲发生机构的调制脉冲。所述的控制脉冲发生机构包括：依次相连的检偏器、光电探测器、信号处理单元和脉冲发生器，其中：信号处理单元对光电探测器得到的电压信号进行采集和处理，解析信号幅度的变化得到脉冲受磁场影响导致的偏振变化信息并输出至脉冲发生器，脉冲发生器分别向线偏振脉冲光发生机构输出调制脉冲以产生光脉冲，向光开关输出控制脉冲以控制光脉冲在循环回路
中的循环时间。技术效果与现有技术相比，本技术使用了2×2光开关来构建环路，同时用了专门的控制脉冲发生机构分别用于信号处理和脉冲控制，在检验数据方面，本技术灵敏度和稳定性较已有技术相比有较大提升。本技术通过创新设计实现多次法拉第效应循环积累，从而有效降低传感光纤的使用长度，由于传感光纤昂贵，特别是特种掺杂的高菲德尔常数传感光纤。因此，本技术可以在提高性能的基础上间接降低成本。附图说明图1为本技术结构示意图；图2为光开关通断示意图；图中：低电平为1→4、2→3；高电平为1→3、2→4；图3为脉冲控制信号示意图；图4为偏转角度与循环次数关系图；图5为本技术选择第8次脉冲循环时得到的时域脉冲随电流的变化；图6为灵敏度随循环次数关系图。具体实施方式如图1所示，本实施例包括：线偏振脉冲光发生机构、控制脉冲发生机构、2×2的光开关以及传感光纤，其中：光开关的第一输入端和第一输出端分别与线偏振脉冲光发生机构和控制脉冲发生机构相连以接收线偏振脉冲光和控制脉冲，控制脉冲发生机构与线偏振脉冲光发生机构相连并输出调制脉冲，光开关的第二输入端和第二输出端与传感光纤组成循环回路。所述的线偏振脉冲光发生机构包括：依次相连的光源、调制器和起偏器，其中：起偏器输出线偏振脉冲光至光开关的第一输入端，调制器接收来自控制脉冲发生机构的调制脉冲。所述的控制脉冲发生机构包括：依次相连的检偏器、光电探测器、信号处理单元和脉冲发生器，其中：信号处理单元对光电探测器得到的电压信号进行采集和处理，解析信号幅度的变化得到脉冲受磁场影响导致的偏振变化信息并输出至脉冲发生器，脉冲发生器分别向线偏振脉冲光发生机构输出调制脉冲以产生光脉冲，向光开关输出控制脉冲以控制光脉冲在循环回路中的循环时间。所述的偏振变化信息包括：控制脉冲和同步信息。所述的传感光纤设置于循环回路中，该传感光纤的长度大于等于调制脉冲的长度。所述的信号处理单元包括：任意波形发生模块和数据采集模块。如图2～图4所示，本实施例涉及上述装置的光纤电流传感方法，具体包括以下步骤：步骤1)系统组装：1.1将激光器通过光纤连接到调制器，将调制器通过光纤连接到起偏器，将起偏器通过光纤连接到光开关一个输入端口，基于光开关构建循环回路系统；1.2对于循环回路系统：光开关的第一输入端和第一输出端分别与线偏振脉冲光发生机构和控制脉冲发生机构相连，光开关的第二输入端和第二输出端组成循环回路，传感光纤设置于循环回路中；1.3采用1km长度的光纤设置于循环回路系统，同时作为延迟光纤和传感光纤，作为延迟的作用是指脉冲长度整个被包含在循环回路中，从而保证系统稳定性；1.4将循环回路输出端通过光纤连接到检偏器，通过光纤将检偏器连接至光电探测器，通过电连接线将光电探测器连接至信号处理单元中的数据采集模块。步骤2)系统初始化：2.1对激光器设置偏置电压和电流，本实施例中输出激光功率为25mW。对光电探测器设置偏置电压和电流，使得接收到的光信号可以转换为电压幅度信号输出。2.2通过命令控制信号处理单元中的任意波形发生模块产生所需的调制脉冲和控制脉冲，输出调制电脉冲信号至调制器对激光器输出的连续激光进行脉冲调制以产生光脉冲，输出控制脉冲至光开关以控制光脉冲在循环回路中的循环时间。本实施例采用了5微秒的调制脉冲宽度，而控制脉冲的长度根据所需的循环次数选取，在10次循环的情况下，选取控制脉冲长度为55微秒。2.3)光电探测器得到的光信号将转换为电压信号输入到信号处理单元的数据采集模块，图5显示了所采集到的脉冲幅度在8次循环之后的时域信号在不同电流情况下的幅度变化。如图6所示，本技术创新地使用了激光器、调制器、起偏器、2×2光开关、检偏器和光电探测器来构建循环回路，并且采用了专门设计的信号处理单元和脉冲信号控制单元。图中所示，最终得到的光纤电流传感系统具有高稳定性和高灵敏度的性能优势，灵敏度随循环次数提升，其中传感光纤部分可以根据需要更换光纤类型。上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本技术原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本技术的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本技术之约束。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于循环回路的高灵敏度光纤电流传感装置，其特征在于，包括：线偏振脉冲光发生机构、控制脉冲发生机构、2×2的光开关以及传感光纤，其中：光开关的第一输入端和第一输出端分别与线偏振脉冲光发生机构和控制脉冲发生机构相连，控制脉冲发生机构与线偏振脉冲光发生机构相连，光开关的第二输入端和第二输出端与传感光纤组成循环回路。

【技术特征摘要】
1.一种基于循环回路的高灵敏度光纤电流传感装置，其特征在于，包括：线偏振脉冲光发生机构、控制脉冲发生机构、2×2的光开关以及传感光纤，其中：光开关的第一输入端和第一输出端分别与线偏振脉冲光发生机构和控制脉冲发生机构相连，控制脉冲发生机构与线偏振脉冲光发生机构相连，光开关的第二输入端和第二输出端与传感光纤组成循环回路。2.根据权利要求1所述的基于循环回路的高灵敏度光纤电流传感装置，其特征是，所述的线偏振脉冲光发生机构包括：依次相连的光源、调制器和起...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜江兵，何祖源，马麟，张文甲，樊昕昱，刘庆文，陶冶梦，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：新型
国别省市：上海;31