【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电气测量，尤其是一种线性测量的全光纤电流传感器。
技术介绍
1、电流互感器是“感知”电网运行状态的重要工具，是电网保护、控制、监测与计量的基础。目前在线运行的电流互感器以电磁式油绝缘和sf6气体绝缘为主，绝缘成本高，存在油气泄漏、开路与燃烧爆炸的危险，运行维护工作量大，谐波测量能力差。全光纤电流传感器(fiberoptic currenttransducer,foct)以光纤为传感和传输介质，绝缘可靠，无油气泄漏、开路与燃烧爆炸的危险，安装方便，免维护，代表了新一代电流互感器的发展方向。
2、但是现有foct多基于malus定律实现对光强的非线性解调，由此衍生出若干难以解决的问题，包括：光功率直接相关、线双折射难以消除、无法测量谐波、信号调制与解调机理复杂等问题。因此实现线性测量是克服foct实用化失败的关键。线性测量避开了基于malus定律的非线性解调，可以直接得到法拉第磁致旋光角，因此测量结果与光功率无关，foct中与光功率相关的问题均迎刃而解。线性测量得到的磁致旋光角与线双折射相互独立，有利于线双折射的分离补偿。由于光功率无关，可以采用温度不敏感、寿命长的led(light-emittingdiode)光源。基于线性叠加原理，可以将谐波分量真实地分离出来，实现无失真谐波测量。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种线性测量的全光纤电流传感器，即线性全光纤电流传感器(linerfiber optical current transducer，lfoct)
2、本专利技术采用以下技术方案。
3、一种线性测量的全光纤电流传感器，所述传感器的探测端包括传感光纤；所述传感光纤形成光纤环结构，传感器在对穿过光纤环结构的待测线路进行线性测量时，包括以下步骤；
4、步骤s1、向传感光纤的始端输入左旋圆偏振光、右旋圆偏振光，使光纤环基于sagnac效应、法拉第磁光效应输出用于表述测量结果的偏振光信号；
5、步骤s2、以传感器的调制器对该偏振光信号处理，再使光信号偏振面依次通过传感器的耦合器、扩束器、径向偏振光栅，将其光偏振面的旋转量转换为偏振光信号的光斑同步平移量；
6、步骤s3、以图像传感器对光斑定位得到相位差，再通过算法滤除线双折射，得到待测电流。
7、所述传感器还包括led光源、耦合器、起偏器、延迟线、45°熔接点、调制器、λ/4波片；
8、步骤s1中，在生成左旋圆偏振光、右旋圆偏振光时，led光源发出的光先经起偏器转换为线偏振光后经耦合器输出，再以延迟线对线偏振光进行拍长匹配处理，然后经45°熔接点分割成相互正交的两束线偏振光，随后以调制器对两束光线偏振光进行初始相位调制后，经λ/4波片转化为左旋圆偏振光与右旋圆偏振光并输入传感光纤。
9、所述待测线路为输电线路；所述传感光纤的末端处设有反射镜；
10、步骤s1中，当光纤环套置于待测线路处时，输电线路电流产生的磁场作用于传感光纤上，由此产生的法拉第磁光效应使光纤环内的两束圆偏振光偏振面发生旋转而产生相位差与线双折射δ；带有相位差的两束圆偏振光到达传感光纤末端后，经反射镜反射再次输入光纤环使相位差加倍后，形成从传感光纤始端射出的用于表述电流测量结果的偏振光信号。
11、步骤s2中，传感光纤始端输出的偏振光信号经λ/4波片、延迟线返回调制器，由调制器二次相位调整后，再经45°熔接点、耦合器到达扩束器、径向偏振光栅，传感器以扩束器、径向偏振光栅将该偏振光信号偏振面的旋转量转换为光斑的同步平移量。
12、步骤s3中，由图像传感器对光斑定位得到相位差，也就是由图像传感器对光斑定位得得到相位延迟角同时由图像传感器基于算法滤除线双折射δ，实现传感器对光斑平移量的测量，进而得到待测电流值。
13、步骤s2中，调制器通过对传感光纤始端输出的偏振光信号进行二次相位调整处理，调整量来避免折返的线偏振光在抵达s波片前的传输过程中发生偏振失配。
14、所述传感器包括适用于交流电流测量和直流电流测量的检测模式。
15、所述传感器的探测方法基于琼斯矩阵理论，包括以下步骤；
16、步骤a1、首先忽略传感光纤的线双折射δ，入射线偏振光经过45°熔接点分割成相互正交的两束线偏振光，设两束偏振光的电矢量为：
17、
18、经过λ/4波片转化成圆偏振光，λ/4波片的琼斯矢量为：
19、
20、步骤a2、圆偏振光经过传感光纤，经光纤末端的反射镜后返回，传感光纤在入射光路和反射光路中的琼斯矢量为：
21、
22、其中反射镜的琼斯矢量为：
23、
24、步骤a3、从传感光纤出射的返射光经过λ/4波片转换为正交线偏振光，返程光路中λ/4波片的琼斯矢量为：
25、
26、经过45°熔接点，正交线偏振光合成为一束线偏振光，返程光路中45°熔接点的琼斯矢量为：
27、
28、以ex为例，经λ/4波片、传感光纤、反射镜、传感光纤、λ/4波片、45°熔接点后，出射线偏振光的琼斯矢量为：
29、
30、同理，ey的出射光矢量为：
31、
32、ex-out与ey-out合成为一束线偏振光，其叠加振幅eout表示为：
33、
34、eout沿x轴方向的分量为沿y轴方向的分量为eout的偏振面与x轴的夹角θ满足如下关系：
35、
36、eout进入径向偏振光栅后，将θ转化为条形光斑图像的线性平移；径向偏振光栅的琼斯矢量为：
37、
38、其中ttm是tm波的衍射效率(即透过率)；ξ为tm波和te波之间的相位差；α为径向偏振光栅栅条的方向，范围为-50°～50°；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种线性测量的全光纤电流传感器，其特征在于：基于径向偏振光栅检偏方法实现全光纤电流传感器的线性测量。
2.根据权利要求1所述的一种线性测量的全光纤电流传感器，其特征在于：LED光源发出的光经起偏器得到线偏振光，经耦合器进入光纤回路，经延迟线实现拍长匹配，经45°熔接点分割成相互正交的两束线偏振光，经调制器初始相位调制，经λ/4波片转化为左旋与右旋圆偏振光，进入传感光纤后，一次电流的法拉第磁光效应使两束圆偏振光产生相位差，圆偏振光经传感光纤末端的反射镜反射后，再经传感光纤使相位差加倍，经λ/4波片、调制器二次相位调制和45°熔接点后合并为一束线偏振光，同时圆偏振光的相位差转换为线偏振光偏振面的旋转，通过耦合器、扩束器、径向偏振光栅将线偏振光偏振面的旋转转换为光斑的同步平移，由图像传感器对光斑定位得到相位差，同时由图像传感器基于算法滤除线双折射，得到待测电流。
3.根据权利要求1或2所述的一种线性测量的全光纤电流传感器，其特征在于：调制器二次相位调制的作用是使折返的线偏振光在抵达径向偏振光栅前的传输过程中避免偏振失配。
4.根据权利要求1或2或
...【技术特征摘要】
1.一种线性测量的全光纤电流传感器，其特征在于：基于径向偏振光栅检偏方法实现全光纤电流传感器的线性测量。
2.根据权利要求1所述的一种线性测量的全光纤电流传感器，其特征在于：led光源发出的光经起偏器得到线偏振光，经耦合器进入光纤回路，经延迟线实现拍长匹配，经45°熔接点分割成相互正交的两束线偏振光，经调制器初始相位调制，经λ/4波片转化为左旋与右旋圆偏振光，进入传感光纤后，一次电流的法拉第磁光效应使两束圆偏振光产生相位差，圆偏振光经传感光纤末端的反射镜反射后，再经传感光纤使相位差加倍，经λ/4波片、调制器二次相位调制和45°...
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