專利名稱：一種全光纖脈沖電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感器測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用法拉第磁光效應(yīng)測量脈沖電流的傳感器。
背景技術(shù)：
高功率脈沖技術(shù)、加速器技術(shù)、高能量密度物理等領(lǐng)域和電力行業(yè)高壓傳輸線的故障診斷需要精確測量幅值高達(dá)幾百kA，甚至MA量級的脈沖電流，目前常采用Rogowski 線圈、B-dot探針測量脈沖電流，但由于其存在抗電磁干擾能力差、耐高電壓能力弱的缺點， 很難在某些特定場合使用。全光纖電流傳感器是利用法拉第磁光效應(yīng)發(fā)展起來的一種有源傳感器，具有抗強電磁干擾、耐高電壓、小巧和輕便等優(yōu)點，尤其適合緊湊空間內(nèi)的電流測量。文獻(xiàn)〈用單模光纖中的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)測量電流〉(George I. Chandler and Franz C. Jahoda， Current measurements by Faraday rotation in single-mode optical fibers , Rev. Sci. Instrum, 1985 , 56(5)，852 854.)報道了用單模光纖中的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)測量電流，其存在以下不足(1)輸出信號僅為法拉第旋轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)，當(dāng)電流足夠大時，法拉第旋轉(zhuǎn)角會超出正弦函數(shù)的單調(diào)區(qū)間，造成輸出信號不能唯一確定法拉第旋轉(zhuǎn)角，從而大幅度地降低了電流的測量范圍；(2)其傳感元器件為普通單模光纖，具有較大的線性雙折射，降低了電流的測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決已有技術(shù)中光纖電流傳感器的測量范圍小、測量精度低的不足，本發(fā)明提供一種全光纖脈沖電流傳感器。本發(fā)明的全光纖脈沖電流傳感器含有DFB激光器、在線式光纖起偏器、低雙折射單模光纖、1X2保偏光纖耦合器、在線式光纖檢偏器和PIN光電探測器。DFB激光器發(fā)射出的光束，經(jīng)在線式光纖起偏器后，成為線偏振光，進(jìn)入低雙折射單模光纖，其偏振態(tài)受待測脈沖電流產(chǎn)生磁場的調(diào)制。從低雙折射單模光纖射出的光束進(jìn)入1X2保偏光纖耦合器后， 被分成與輸入光束偏振態(tài)完全相同的兩輸出光束。兩個在線式光纖檢偏器與1X2保偏光纖耦合器的兩個輸出端相連，其中，一個與在線式光纖起偏器的偏振方向相同，另一個與在線式光纖起偏器有45°夾角。從兩個在線式光纖檢偏器射出的光束進(jìn)入兩個PIN光電探測器，并被轉(zhuǎn)換成電信號。達(dá)到兩個PIN光電探測器的兩路光信號分別為法拉第旋轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)，并有90°的相位差，處理這兩路電信號就可得到待測脈沖電流。在本發(fā)明的全光纖脈沖電流傳感器中，利用有90°相位差的正弦信號和余弦信號可確定任意大小的法拉第旋轉(zhuǎn)角。因此相對已有光纖電流傳感器，本傳感器可大幅度地擴大了電流的測量范圍，可測電流峰值可達(dá)幾百kA，甚至MA量級。在本發(fā)明的全光纖脈沖電流傳感器中，低雙折射單模光纖具有低相位延遲系數(shù)， 可極大地降低線性雙折射，可大幅度地降低線性雙折射對待測脈沖電流的影響，從而提高了待測脈沖電流的測量精度。


圖1為本發(fā)明的全光纖脈沖電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意中，1.DFB激光器2.在線式光纖起偏器 4. 1X2保偏光纖耦合器 5.在線式光纖檢偏器I 7. PIN光電探測器I 8. PIN光電探測器II。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明的全光纖脈沖電流傳感器，含有DFB激光器1、在線式光纖起偏器2、低雙折射單模光纖3、1X2保偏光纖耦合器4、在線式光纖檢偏器I 5、在線式光纖檢偏器II 6、PIN 光電探測器I 7和PIN光電探測器II 8。其連接關(guān)系是，DFB激光器1與在線式光纖起偏器2、低雙折射單模光纖3依次相連，低雙折射單模光纖3與1 X 2保偏光纖耦合器4的輸入端的一個接口相連(另外一個接口閑置)，1 X 2保偏光纖耦合器4的輸出端的一個接口與在線式光纖檢偏器I 5、PIN光電探測器I 7依次相連；另一個接口與在線式光纖檢偏器II 6、 PIN光電探測器II 8依次相連。本發(fā)明中，光纖元器件與尾纖，尾纖與尾纖之間通過法蘭盤插接相連。本發(fā)明中，DFB激光器1發(fā)射出的光束，經(jīng)在線式光纖起偏器2后，成為線偏振光， 進(jìn)入低雙折射單模光纖3，其偏振態(tài)受待測脈沖電流產(chǎn)生磁場的調(diào)制。從低雙折射單模光纖 3射出的光束進(jìn)入1X2保偏光纖耦合器4后，被分成與輸入光束偏振態(tài)完全相同的兩輸出光束。在線式光纖檢偏器I 5、在線式光纖檢偏器II 6與1X2保偏光纖耦合器的兩個輸出端相連，其中，在線式光纖檢偏器I 5與在線式光纖起偏器2的偏振方向相同，在線式光纖檢偏器II 6與在線式起偏器2有45°夾角。從在線式光纖檢偏器I 5、在線式光纖檢偏器 II 6射出的光束分別進(jìn)入PIN光電探測器I 7、PIN光電探測器II 8，并被轉(zhuǎn)換成電信號。達(dá)到PIN光電探測器I 7、PIN光電探測器II 8的兩路光信號分別為法拉第旋轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)和法拉第旋轉(zhuǎn)角的余弦函數(shù)，并有90°的相位差。處理PIN光電探測器I 7、 PIN光電探測器II 8輸出的兩路電信號就可得到待測脈沖電流。DFB激光器1的線寬小于100 MHz，工作波長為1310 nm ；在線式光纖起偏器2的工作波長為1310 nm,消光比大于30dB ；低雙折射單模光纖3的Verdet常數(shù)為1. 03X10^ rad/A，相位延遲系數(shù)小于2°/m; 1 X 2保偏光纖耦合器4的偏振消光比大于20 dB，耦合比為1 :1 ；在線式光纖檢偏器I 5、在線式光纖檢偏器II 6的偏振消光比大于20 dB，偏振方向可調(diào)；PIN光電探測器I 7、PIN光電探測器II 8的工作中心波長為1310 nm，飽和功率為1. 5 mW，增益為V/mW。本發(fā)明中，低雙折射單模光纖為英國Oxford公司生產(chǎn)，其余器件為北京康冠世紀(jì)光電科技有限公司生產(chǎn)。
3.低雙折射單模光纖 6.在線式光纖檢偏器II
權(quán)利要求
1.一種全光纖脈沖電流傳感器，其特征在于所述的傳感器含有DFB激光器(1)、在線式光纖起偏器O)、低雙折射單模光纖C3)、1X2保偏光纖耦合器G)、在線式光纖檢偏器 I (5)、在線式光纖檢偏器II (6)、PIN光電探測器(7)和PIN光電探測器(8)，其連接關(guān)系是，DFB激光器(1)與在線式光纖起偏器O)、低雙折射單模光纖C3)依次相連，低雙折射單模光纖C3)與1X2保偏光纖耦合器(4)的輸入端的一個接口相連，1X2保偏光纖耦合器的輸出端的一個接口與在線式光纖檢偏器I (5)、PIN光電探測器I (7)依次相連；另一個接口與在線式光纖檢偏器II (6)、PIN光電探測器II (8)依次相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖脈沖電流傳感器，其特征在于所述的在線式光纖檢偏器I (5)與在線式光纖起偏器O)的偏振方向相同，在線式光纖檢偏器II (6)與在線式光纖起偏器( 有45°夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖脈沖電流傳感器，其特征在于所述的PIN光電探測器I (7)和PIN光電探測器II (8)的兩路輸出電信號有90°的相位差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于脈沖電流測量的全光纖電流傳感器。DFB激光器輻射出的光束，經(jīng)在線式光纖起偏器后，成為線偏振光，進(jìn)入低雙折射單模光纖，其偏振態(tài)受待測脈沖電流產(chǎn)生磁場的調(diào)制。從低雙折射單模光纖射出的光束，進(jìn)入1×2保偏光纖耦合器后，被分成與輸入光束偏振態(tài)相同的兩輸出光束。兩個在線式光纖檢偏器與1×2保偏光纖耦合器的兩個輸出端相連，其中，一個與在線式光纖起偏器的偏振方向相同，另一個與其有45o夾角。從兩個在線式光纖檢偏器射出的光束進(jìn)入兩個PIN光電探測器，并被轉(zhuǎn)換成電信號。處理這兩路有90o相位差的電信號就可得到待測脈沖電流。本發(fā)明的全光纖脈沖電流傳感器具有高測量精度、寬測量范圍的優(yōu)點。
文檔編號G01R19/00GK102262177SQ201110186619
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者彭其先, 李澤仁, 王德田, 蒙建華, 鄧向陽, 陳光華 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所