基于波分复用的多路光纤电流传感器及其控制方法、系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于波分复用的多路光纤电流传感器及其控制方法、系统，偏振光生成器件输出m路线偏振光，每一路线偏振光进入一支传感支路；在每一传感支路中采用反射型光纤光栅对光束进行反射。每一传感支路输出的反射光可以在偏振光生成器件中发生干涉，之后传输至光纤滤波器。光纤滤波器可以按照设定顺序将不同传感支路对应的干涉光导通，光电探测器将不同传感支路对应的干涉光强转换为电信号，可以能够根据光电探测器检测的电信号反推出对应的传感支路中所检测的电流值。本发明专利技术提供的上述方案，基于波分复用技术使同一套光纤滤波器和光电探测器连接多个传感支路，用以精确测量不同测点上的电流，极大的节省了光纤电流传感器的经济成本。

【技术实现步骤摘要】
基于波分复用的多路光纤电流传感器及其控制方法、系统
本专利技术涉及光纤电流传感
，尤其涉及一种基于波分复用的多路光纤电流传感器及其控制方法、系统。
技术介绍
光纤电流传感器通常由采集模块和光纤传感环组成，并且一个采集模块只能连接一个光纤传感环。采用数字闭环技术的光纤电流传感器，其本征频率高达数百kHz，采样率也在kHz量级，而对于部分应用场合，往往需要监测多个电流测点，且相比于光纤电流传感器的信号调制频率，待测电流信号相当于缓变量或是直流量，对测量的响应速度要求不高，甚至有时候对输出数据刷新时间的要求只在秒量级，因此可借助光纤电流传感器的技术优势实现多路复用的光纤电流传感器结构，使用同一个采集模块连接不同的光纤传感环，利用多路复用技术来实现同时对多个电流测点进行扫描式测量。目前已有的多路复用方案包含空分复用和时分复用。前者是通过光开关将一套采集模块连接多个光纤传感环，当光开关在不同通道之间切换时，即连接到了不同电流测点上的光纤传感环，从而实现多路测量，由于每一个光纤传感环都存在着固有的测量误差，因此为了保证系统测量精度，在实际运用时仍需在多路测点中增加必不可少的状态监测元件，如温度传感器等，用于对测量误差进行在线补偿；后者是通过宽带光纤耦合器将一个采集模块与多个光纤传感环连接，且在每个光纤传感环的输入光缆中加入长度不同的光纤延时环，因此不同光纤传感环返回光信号的时间不同，可通过时分复用的方法解调出各传感环中返回的电流信息，这种方案增加了对保偏光纤的需求成本，随着复用通道的增加，传感器的成本也将不断上升，而且也同样提升了需要对多路测点进行状态监测的方案成本。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于波分复用的多路光纤电流传感器及其控制方法、系统，以解决现有技术中采用多路复用技术实现对多个电流检测点进行测量时存在的结构复杂、成本高的技术问题。为解决上述问题，本专利技术提供一种基于波分复用的多路光纤电流传感器，包括m个传感支路，偏振光生成器件，光纤滤波器和光电探测器：所述传感支路包括光纤环和设置在所述光纤环两端的光纤波片及反射型光纤光栅；所述光纤环内部由通电导体穿过；其中，不同所述传感支路中的所述反射型光纤光栅用于反射不同波长的光束；所述偏振光生成器件输出m路线偏振光，每一路所述线偏振光进入一支所述传感支路；每一路线偏振光包括偏振方向相互垂直的两束线偏振光；在每一所述传感支路中，所述线偏振光经所述光纤波片、所述光纤环后由所述反射型光纤光栅反射后得到，所述反射光经所述光纤环和所述光纤波片后输出；所述反射光的波长与所述反射型光纤光栅的反射波长相对应，所述反射光包括偏振方向相互垂直且具有相位差的两束线偏振光，所述相位差根据所述通电导体中的电流产生；所述线偏振光生成器件，接收每一所述传感支路输出的所述反射光；每一所述反射光中的两束线偏振光在所述线偏振光生成器件内发生干涉，不同反射光干涉后得到的干涉光对应于不同的波长；所述光纤滤波器配置有多个光通道，不同光通道的选通波长对应于不同传感支路的干涉光；所述光纤滤波器接收所述线偏振光生成器件输出的所有干涉光，按照设定顺序依次导通各光通道输出对应传感支路的干涉光；所述光电探测器检测所述光纤滤波器输出的干涉光的光强，并得到与所述光强对应的电信号，所述电信号用于得到相应传感支路中的所述通电导体的电流值。可选地，上述的基于波分复用的多路光纤电流传感器中，任意两传感支路中的反射型光纤光栅的反射波长的差值Δλ均大于Δλmax；其中，Δλmax＝MAX[Δλ1,Δλ2,……Δλm],Δλi为第i个传感支路中的反射型光纤光栅的在温度变化时的波长漂移范围。可选地，上述的基于波分复用的多路光纤电流传感器中，所述偏振光生成器件包括光源、光传输器件、起偏及耦合器件、保偏延时光纤环和分束器，其中：所述光传输器件，其第一输入端与所述光源的输出端连接，其第一输出端与所述起偏及耦合器件的第一输入端连接，所述光源发出的光信号经所述光传输器件传输至所述起偏及耦合器件；所述起偏及耦合器件的第一输出端与所述保偏延时光纤环的第一输入端连接，所述保偏延时光纤环的第一输出端与所述分束器的第一输入端连接；所述起偏及耦合器件将所述光信号转换为偏振方向相互垂直的两束线偏振光后经所述保偏延时光纤环传输至所述分束器；所述分束器配置有第二输出端、m个第一输出端和m个第二输入端，其每个第一输出端与一支传感支路的输入端连接，其每个第二输入端与一支传感支路的输出端连接所述分束器的第二输出端与所述保偏延时光纤环的第二输入端连接；所述分束器将偏振方向相互垂直的两束线偏振光分为m路线偏振光，每一路所述线偏振光经所述传感支路后得到反射光返回至所述分束器后经所述保偏延时光纤环输出；所述起偏及耦合器件的第二输入端与所述保偏延时光纤环的第二输出端连接，接收所述分束器输出的反射光，反射光在所述起偏及耦合器中发生干涉得到干涉光后输出；所述光传输器件的第二输入端与所述起偏及耦合器件的第二输出端连接，所述光传输器件的第二输出端与所述光纤滤波器的输入端连接；所述光传输器件接收所述起偏及耦合器件输出的干涉光后输出至所述光纤滤波器。可选地，上述的基于波分复用的多路光纤电流传感器中，所述光传输器件为光纤环行器；或，所述光传输器件包括光纤隔离器以及与所述光纤隔离器连接的光纤耦合器。可选地，上述的基于波分复用的多路光纤电流传感器中，所述分束器为宽带保偏光纤耦合器或保偏光纤波分复用器。可选地，上述的基于波分复用的多路光纤电流传感器中，所述起偏及耦合器件包括光纤起偏器和直波导相位调制器；所述光纤起偏器的尾纤与所述直波导相位调制器的尾纤采用45°对轴熔接。可选地，上述的基于波分复用的多路光纤电流传感器中，所述起偏及耦合器件包括Y波导相位调制器和偏振合束器；所述Y波导相位调制器的一个分支尾纤与偏振合束器的一个分支尾纤采用90°对轴熔接；所述Y波导相位调制器的另一个分支尾纤与偏振合束器的另一个分支尾纤采用0°对轴熔接。本专利技术还提供一种以上任一项所述基于波分复用的多路光纤电流传感器的控制方法，包括如下步骤：获取光纤滤波器中每一光通道的选通波长与传感支路的对应关系；根据预存的设定顺序依次导通所述光纤滤波器中的每一光通道，并且在每一光通道导通时获取光电探测器输出的电信号，解析每一所述电信号得到电流值；根据所述对应关系以及所述设定顺序，确定与所述光电探测器输出的电信号对应的传感支路，得到所述电流值与所述传感支路的对应关系。可选地，上述的基于波分复用的多路光纤电流传感器的控制方法中，还包括如下步骤：获取每一所述传感支路中的反射型光纤光栅的工作温度；根据每一所述反射型光纤光栅的工作温度得到所述反射型光纤光栅的反射波长的漂移范围；根据每一所述反射型光纤光栅的反射波长的漂移范围调整所述光纤滤波器，保证所述光纤滤波器中的每一所述光通道均使对应传感支路的干涉光通过。本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有程序指令，计算机读取所述程序指令以执行以上任一项所述的控制方法。本专利技术还提供一种所述基于波分复用的多路光纤电流传感器的控制系统，包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个所述存储器中存储有程序指令，至少一个所述处理器执行所述程序指令以执以上任一项所述的控制方法。本专利技术提供一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波分复用的多路光纤电流传感器，其特征在于，包括m个传感支路，偏振光生成器件，光纤滤波器和光电探测器：所述传感支路包括光纤环和设置在所述光纤环两端的光纤波片及反射型光纤光栅；所述光纤环内部由通电导体穿过；其中，不同所述传感支路中的所述反射型光纤光栅用于反射不同波长的光束；所述偏振光生成器件输出m路线偏振光，每一路所述线偏振光进入一支所述传感支路；每一路线偏振光包括偏振方向相互垂直的两束线偏振光；在每一所述传感支路中，所述线偏振光经所述光纤波片、所述光纤环后由所述反射型光纤光栅反射后得到，所述反射光经所述光纤环和所述光纤波片后输出；所述反射光的波长与所述反射型光纤光栅的反射波长相对应，所述反射光包括偏振方向相互垂直且具有相位差的两束线偏振光，所述相位差根据所述通电导体中的电流产生；所述线偏振光生成器件，接收每一所述传感支路输出的所述反射光；每一所述反射光中的两束线偏振光在所述线偏振光生成器件内发生干涉，不同反射光干涉后得到的干涉光对应于不同的波长；所述光纤滤波器配置有多个光通道，不同光通道的选通波长对应于不同传感支路的干涉光；所述光纤滤波器接收所述线偏振光生成器件输出的所有干涉光，按照设定顺序依次导通各光通道输出对应传感支路的干涉光；所述光电探测器检测所述光纤滤波器输出的干涉光的光强，并得到与所述光强对应的电信号，所述电信号用于得到相应传感支路中的所述通电导体的电流值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于波分复用的多路光纤电流传感器，其特征在于，包括m个传感支路，偏振光生成器件，光纤滤波器和光电探测器：所述传感支路包括光纤环和设置在所述光纤环两端的光纤波片及反射型光纤光栅；所述光纤环内部由通电导体穿过；其中，不同所述传感支路中的所述反射型光纤光栅用于反射不同波长的光束；所述偏振光生成器件输出m路线偏振光，每一路所述线偏振光进入一支所述传感支路；每一路线偏振光包括偏振方向相互垂直的两束线偏振光；在每一所述传感支路中，所述线偏振光经所述光纤波片、所述光纤环后由所述反射型光纤光栅反射后得到，所述反射光经所述光纤环和所述光纤波片后输出；所述反射光的波长与所述反射型光纤光栅的反射波长相对应，所述反射光包括偏振方向相互垂直且具有相位差的两束线偏振光，所述相位差根据所述通电导体中的电流产生；所述线偏振光生成器件，接收每一所述传感支路输出的所述反射光；每一所述反射光中的两束线偏振光在所述线偏振光生成器件内发生干涉，不同反射光干涉后得到的干涉光对应于不同的波长；所述光纤滤波器配置有多个光通道，不同光通道的选通波长对应于不同传感支路的干涉光；所述光纤滤波器接收所述线偏振光生成器件输出的所有干涉光，按照设定顺序依次导通各光通道输出对应传感支路的干涉光；所述光电探测器检测所述光纤滤波器输出的干涉光的光强，并得到与所述光强对应的电信号，所述电信号用于得到相应传感支路中的所述通电导体的电流值。2.根据权利要求1所述的基于波分复用的多路光纤电流传感器，其特征在于：任意两传感支路中的反射型光纤光栅的反射波长的差值Δλ均大于Δλmax；其中，Δλmax＝MAX[Δλ1,Δλ2,……Δλm],Δλi为第i个传感支路中的反射型光纤光栅的在温度变化时的波长漂移范围。3.根据权利要求1所述的基于波分复用的多路光纤电流传感器，其特征在于，所述偏振光生成器件包括光源、光传输器件、起偏及耦合器件、保偏延时光纤环和分束器，其中：所述光传输器件，其第一输入端与所述光源的输出端连接，其第一输出端与所述起偏及耦合器件的第一输入端连接，所述光源发出的光信号经所述光传输器件传输至所述起偏及耦合器件；所述起偏及耦合器件的第一输出端与所述保偏延时光纤环的第一输入端连接，所述保偏延时光纤环的第一输出端与所述分束器的第一输入端连接；所述起偏及耦合器件将所述光信号转换为偏振方向相互垂直的两束线偏振光后经所述保偏延时光纤环传输至所述分束器；所述分束器配置有第二输出端、m个第一输出端和m个第二输入端，其每个第一输出端与一支传感支路的输入端连接，其每个第二输入端与一支传感支路的输出端连接所述分束器的第二输出端与所述保偏延时光纤环的第二输入端连接；所述分束器将偏振方向相互垂直的两束线偏振光分为m路线偏振光，每一路所述线偏振光经所述传感支路后得到反射光返回至所述分束器后经...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建光，肖浩，刘东伟，刘博阳，雷军，廉幸刚，吴喆珺，白东亮，
申请(专利权)人：北京世维通光智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11