萨格奈克光纤电流传感器及其电流检测方法技术

本发明专利技术属于光学电流传感技术领域，具体涉及一种萨格奈克光纤电流传感器及其电流检测方法，所述萨格奈克光纤电流传感器包括光源；光环形器，其与所述光源连接；探测器，其与所述光环形器连接；起偏分光调制装置，其与所述光环形器连接；传感光纤环，其与所述起偏分光调制装置连接，所述传感光纤环围绕待测电流；所述萨格奈克光纤电流传感器的电流电测方法简单易操作，本发明专利技术避免了光纤耦合器有一路光纤废弃带来的光功率损耗，同时光环形器高达60dB以上的隔离度对削弱偏振串音噪声对传感器精度的影响起到明显作用。

Sagnac fiber optic current sensor and current detection method

The invention belongs to the field of optical current sensing technology, in particular to a Sagnac optical fiber current sensor and current detection method, the Sagnac fiber optic current sensor includes a light source; an optical circulator, connected with the light source; the detector is connected with the optical circulator; since the partial light modulation device, its connection with the optical circulator; sensing optical fiber ring, with the partial light modulation device connected to the sensing optical fiber ring around the current to be measured; the current measuring method of the Sagnac optical fiber current sensor is simple and easy to operate, the invention avoids the power loss of a fiber coupler optical fiber from waste at the same time, circulator isolation up to above 60dB to weaken polarization crosstalk noise on the accuracy of the sensor plays a significant role in.

【技术实现步骤摘要】
萨格奈克光纤电流传感器及其电流检测方法
本专利技术属于光学电流传感
，具体涉及一种萨格奈克光纤电流传感器及其电流检测方法。
技术介绍
近年来随着各国经济的迅速发展，对电力的需求日益增大，电力系统的额定电压等级和额定电流都有大幅度的提高，传统的电磁式电流测量设备已经越来越不能满足要求。光纤电流传感器具有无磁饱和、铁磁谐振问题、绝缘结构简单，绝缘性能好、体积小、重量轻等优点，克服了电磁式电流传感器的缺点，受到了各国的广泛关注。光纤电流传感器的传感原理是法拉第磁光效应。法拉第磁光效应的一种表现形式是线性偏振光沿外加磁场方向通过介质时其偏振面发生旋转。因此可通过测量偏振光在磁场中的角度变化来得到被测电流的大小，但是由于该角度很小，电流测量的灵敏度和精度都不高。1996年，J.N.Blake首先提出了萨格奈克干涉型光纤电流传感器的方案，将偏振角度变化的检测转变为两干涉光路相位差变化的检测，提高了光纤电流传感器测量的灵敏度和稳定性。这是利用了法拉第磁光效应的另一种表现形式，沿磁场方向传播的圆/椭圆偏振光的光速发生变化，从原光速V0变成V1，(V1>V0)或V2(V2<V0),(有V1-V0＝V0–V2)，圆/椭圆偏振光光速变成V1还是V1与圆/椭圆偏振光的旋向(左右)以及光传播方向(与磁场方向相同与否)有关。但该萨格奈克干涉型光纤电流传感器敏感电流的同时敏感Sagnac效应，因而外界振动容易对传感器精度造成影响。而且光纤光路中采用的3dB光纤耦合器有一路光纤废弃，导致往返至少6dB的光功率损耗，同时光纤耦合器的偏振串音对传感器精度也造成了影响。有的现有技术公开了的萨格奈克干涉型光纤电流传感器，削弱了对振动的敏感性，增加了传感器的系统稳定性。但仍未解决光纤光路中采用的光纤耦合器造成的光功率损耗和偏振串音噪声的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种萨格奈克光纤电流传感器，其对振动不敏感，光路功率损耗低且偏振串音小。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于，提供了一种萨格奈克光纤电流传感器，其对振动不敏感；本专利技术的又一个目的在于，提供了一种萨格奈克光纤电流传感器，其光路功率损耗低，偏振串音小。本专利技术的再一个目的在于，提供了一种萨格奈克光线电流传感器的电流电测方法，所述电流电测方法避免了光纤耦合器有一段光纤废弃带来的光功率损耗，同时提高了电流检测方法的精度。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种萨格奈克光纤电流传感器，包括：光源；光环形器，其与所述光源连接；探测器，其与所述光环形器连接；起偏分光调制装置，其与所述光环形器连接；传感光纤环，其与所述起偏分光调制装置连接，所述传感光纤环围绕待测电流。优选的是，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述光源的尾纤与所述第一端口连接，所述起偏分光调制装置与所述第二端口连接，所述探测器的尾纤与所述第三端口连接。优选的是，所述光环形器中的光从所述第一端口进入，从所述第二端口射出；所述光环形器的光从所述第二端口进入，从所述第三端口射出。优选的是，所述传感光纤环包括第一扭光纤和第二扭光纤，所述第一扭光纤和所述第二扭光纤的一端以0°或者90°熔接，所述第一扭光纤和所述第二扭光纤的另一端和所述起偏分光调制装置连接。优选的是，所述起偏分光调制装置包括第一输出端口和第二输出端口，所述第一输出端口和所述第一扭光纤以0°或90°熔接或用光纤连接器相连，所述第二输出端口和所述第二扭光纤以0°或90°熔接或用光纤连接器相连。优选的是，还包括线保偏延迟光纤，其设置在所述起偏分光调制装置和所述传感光纤环之间。优选的是，所述第一扭光纤和所述第二扭光纤均由所述线保偏光纤扭转形成，且旋转方向相反。优选的是，所述起偏分光调制装置为Y分支多功能集成光学器件。优选的是，所述起偏分光调制装置为同时具有起偏、分光及相位调制功能的器件，或者为分别具有起偏、分光及相位调制功能的多个器件组合而成，其中，起偏、分光及相位调制功能的顺序可以变换。一种萨格奈克光纤电流传感器的电流检测方法，包括以下步骤：步骤一，开启光源，光源发出的光由光环形器的第一端口进入所述光环形器，通过光环形器的第二端口射出；步骤二，通过光环形器的第二端口射出的光进入起偏分光调制装置，起偏为线偏振光，并分为两束，分别为第一束线偏振光和第二束线偏振光；步骤三，第一束线偏振光从起偏分光调制装置的第一输出端口射出，进入传感光纤环中的第一扭光纤，在第一扭光纤中由线偏振光转换为圆偏振光或者椭圆偏振光，再转换回线偏振光，然后进入传感光纤环中的第二扭光纤，在第二扭光纤中由线偏振光转换为与在第一扭光纤中旋向相反的圆偏振光或者椭圆偏振光，再转换回线偏振光后射出传感光纤环，从起偏分光调制装置的第二输出端口返回起偏分光调制装置；步骤四，第二束线偏振光从起偏分光调制装置的第二输出端口射出，进入传感光纤环中的第二扭光纤，在第二扭光纤中由线偏振光转换为圆偏振光或者椭圆偏振光，再转换回线偏振光，然后进入传感光纤环中的第一扭光纤，在第一扭光纤中由线偏振光转换为与在第二扭光纤中旋向相反的圆偏振光或者椭圆偏振光，在转换回线偏振光后射出传感光纤环，从起偏分光调制装置的第一输出端口返回起偏分光调制装置；步骤五，在上述步骤三和步骤四中，返回起偏分光调制装置的两束光在起偏分光调制装置处发生干涉，并由光环形器的第二端口进入光环形器，通过光环形器的第三端口射出，进入探测器；步骤六：由探测器检测出变化的光强，经处理后得到待测电流数值、相位、方向。本专利技术的有益效果：1、本专利技术提供的萨格奈克光纤电流传感器，其无磁饱和、铁磁谐振等问题。2、本专利技术提供的萨格奈克光纤电流传感器，其绝缘结构简单，绝缘性能好，体积小且重量轻的优点。3、本专利技术提供的萨格奈克光纤电流传感器，其对振动和转动不敏感，实用性强。4、本专利技术提供的萨格奈克光纤电流传感器，其采用光环形器，避免了光纤耦合器有一路光纤废弃带来的光功率损耗的问题。5、本专利技术提供的萨格奈克光纤电流传感器，其采用光环形器的高达60dB以上的隔离度，削弱了偏振串音噪声，明显提高了光纤电流传感器的检测精度。6、本专利技术提供的萨格奈克光纤电流传感器的电流检测方法，其操作简单快捷，解决了光纤光路中采用光纤耦合器造成的光功率损耗和偏振串音噪声的问题。附图说明图1是本专利技术所述的萨格奈克光纤电流传感器的结构示意图；图1中，1光源；2探测器；3光环形器；31第一端口；32第二端口；33、第三端口；4起偏分光调制装置；41第一输出端口；42第二输出端口；5传感光纤环；51第一扭光纤；52第二扭光纤；6线保偏延迟光纤；7待测电流。具体实施方式下面结合具体的实施例和附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它组合的存在或添加。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种萨格奈克光纤电流传感器，包括：光源1；光环形器3，所述光环形器包括第一端口31、第二端口32和第三端口33，所述光环形器3的第一端口31与所述光源1的尾纤连接；探测器2，所述光环形器3的第三端口33与所述探测器2的尾纤相连接；起偏分光调制装置4，其与所述光环形器3的第二端口32相连接，所述起偏分光调制装置4包括第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种萨格奈克光纤电流传感器，其特征在于，包括：光源；光环形器，其与所述光源连接；探测器，其与所述光环形器连接；起偏分光调制装置，其与所述光环形器连接；传感光纤环，其与所述起偏分光调制装置连接，所述传感光纤环围绕待测电流。

【技术特征摘要】
1.一种萨格奈克光纤电流传感器，其特征在于，包括：光源；光环形器，其与所述光源连接；探测器，其与所述光环形器连接；起偏分光调制装置，其与所述光环形器连接；传感光纤环，其与所述起偏分光调制装置连接，所述传感光纤环围绕待测电流。2.如权利要求1所述的萨格奈克光纤电流传感器，其特征在于，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述光源的尾纤与所述第一端口连接，所述起偏分光调制装置与所述第二端口连接，所述探测器的尾纤与所述第三端口连接。3.如权利要求2所述的萨格奈克光纤电流传感器，其特征在于，所述光环形器中的光从所述第一端口进入，从所述第二端口射出；所述光环形器的光从所述第二端口进入，从所述第三端口射出。4.如权利要求1所述的萨格奈克光纤电流传感器，其特征在于，所述传感光纤环包括第一扭光纤和第二扭光纤，所述第一扭光纤和所述第二扭光纤的一端以0°或者90°熔接，所述第一扭光纤和所述第二扭光纤的另一端和所述起偏分光调制装置连接。5.如权利要求4所述的萨格奈克光纤电流传感器，其特征在于，所述起偏分光调制装置包括第一输出端口和第二输出端口，所述第一输出端口和所述第一扭光纤以0°或90°熔接或用光纤连接器相连，所述第二输出端口和所述第二扭光纤以0°或90°熔接或用光纤连接器相连。6.如权利要求4所述的萨格奈克光纤电流传感器，其特征在于，还包括线保偏延迟光纤，其设置在所述起偏分光调制装置和所述传感光纤环之间。7.如权利要求6所述的萨格奈克光纤电流传感器，其特征在于，所述第一扭光纤和所述第二扭光纤均由所述线保偏光纤扭转形成，且旋转方向相反。8.如权利要求1所述的萨格奈克光纤电流传感器，其特征在于，所述起偏分光调制装置为Y分支多功能集成光学器件。9.如权利要求1所述的萨格奈克光...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛亚敏，刘庆梅，
申请(专利权)人：西安中科智晶电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61