[发明专利]一种全光纤电流互感器的开环信号检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电学技术领域，尤其涉及一种全光纤电流互感器的开环信号检测方法及装置。

背景技术

全光纤电流互感器是基于Faraday(法拉第)效应，并以光纤作为敏感元件和传导元件的新型电流传感装置。全光纤电流互感器的结构如图1所示，其工作原理如下：光源发出的光经过环形器后由光纤偏振器起偏变为线偏振光；上述光线偏振器的尾纤与相位调制器的尾纤以45°熔接，线偏振光以45°注入光纤偏振器的保偏光纤，分解为两束正交模式的线偏振光，分别沿保偏光纤的X轴和Y轴传输，并在相位调制器处受到相位调制；经过相位调制后的两束正交模式的线偏振光经过1/4波片后，分别变为左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光，并进入传感光纤；交变电流产生的磁场作用于传感光纤，使得两束圆偏振光的传输速度发生变化，产生相位差；当两束圆偏振光传输到传感光纤的末端时，产生镜面反射；经过镜面反射后，两束圆偏振光的偏振模式互换(即左旋的圆偏振光变为右旋模式，右旋的圆偏振光变为左旋模式)沿原光路返回，再次穿过传感光纤，在Faraday效应的作用下，两束圆偏振光之间的相位差加倍；且这两束圆偏振光再次通过1/4波片后变为线偏振光，且偏振模式互换(即原来X偏振模式的线偏振光变为Y偏振模式，原来Y偏振模式的线偏振光变为X偏振模式)；两束正交模式的线偏振光在光纤偏振器处发生干涉；携带电流信息的干涉光由环行器进入光电探测器。相应的，光电探测器接收到的光信号用公式表示如下：

I_D＝I₀(1+cos 4F)(公式1)

其中，I₀为到达光电探测器的光功率，F为交变电流引起的Faraday相移。

现有的全光纤电流互感器的开环检测通常采用正弦相位调制方法实现，其调制信号的公式表达如下：

Φ_m(t)＝Φ₀sinω_mt    (公式2)

其中，Φ₀和ω_m分别为调制振幅和调制频率。则，两束相干光之间引入时变的非互易相移的公式表达如下：

ΔΦ(t)＝2Φ₀sin(ω_mτ/2)cos[ω_m(t-τ/2)](公式3)

其中，τ为光在全光纤电流互感器光路中的渡越时间。

将上述公式(3)代人上述公式(1)中，并按贝塞尔函数展开，则有如下公式：