[实用新型]一种单边瓣间干涉式全光纤电压互感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤电压互感器领域，尤其是一种单边瓣间干涉式全光纤电压互感器。

背景技术

目前的光学电压互感器研究仍多采用Pockels晶体的Pockels效应来实现，其基本原理是利用被测电压来调制在晶体中传播光束的偏振态，通过检测偏振光转角的方式来检测施加在晶体上的电压，该方法虽然结构简单，但是因其光路是由分立光学元件组成，难以保证传感系统的稳定性和长期可靠性，且易受温度、振动等环境因素的影响，所以基于该方法的电压互感器仍然停留在实验室研究阶段，难以实用化。

模间干涉技术做为光纤传感领域的一种新技术，从20世纪90年代开始得到国内外学者的广泛关注。该技术利用在一根保偏光纤中传输的两个低阶线性偏振模间的干涉来实现传感测量，同常规的干涉式光纤传感器相比具有结构简单、工作稳定等优点，已经在诸多方面得到应用。利用保偏光纤模间干涉技术的光纤电压互感器在近年来也展开了研究，且取得了理想的效果。但是在已报道的模间干涉电压传感方案中，因为光学器件方面的限制而难以采用全光纤方式将模间干涉的两个干涉输出强度边瓣提取出来，破坏了整个传感系统的全光纤结构，造成了整个系统安装调试困难，而其长期稳定性也难以保证。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单边瓣间干涉式全光纤电压互感器，只提取一个模间干涉输出边瓣，并用参考信号来剔除光源波动影响的模间干涉电压互感器，通过将保偏光纤和多模光纤偏轴熔接来实现对一个干涉输出边瓣的提取，通过探测干涉输出边瓣强度来获得被测电压的幅值和相位信息。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种单边瓣间干涉式全光纤电压互感器，包括窄带光源器、单模光纤、1×2光纤耦合器、光纤偏振器、压电陶瓷PZT、椭圆芯保偏光纤、电压传感头、多模光纤、光电探测器一、光电探测器二、信号采集及处理装置，所述的窄带光源器通过单模光纤与1×2光纤耦合器连接，1×2光纤耦合器一个输出端通过单模光纤与光纤偏振器连接，光纤偏振器与压电陶瓷PZT连接，压电陶瓷PZT输出端通过椭圆芯保偏光纤与电压传感头输入端连接，电压传感头输出端通过椭圆芯保偏光纤连接到椭圆芯保偏光纤与多模光纤的偏轴熔接处再连接多模光纤，多模光纤与光探测器二、信号采集及处理装置连接，信号采集及处理装置的一部分输出端与压电陶瓷PZT连接；

所述的1×2光纤耦合器另一个输出端通过单模光纤与光电探测器一连接，光电探测器一与信号采集及处理装置连接，信号采集及处理装置另一部分输出端完成数字量输出和模拟量输出。

所述的电压传感头由两块块金属铝电极夹一个石英晶体圆柱组成。

所述的压电陶瓷PZT上缠绕椭圆芯保偏光纤。

所述的电压传感头上缠绕椭圆芯保偏光纤。

所述的窄带光源器波长为980nm。

所述的窄带光源器输出光源相位范围为0～180°。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型利用在一根保偏光纤中传输的两个低阶线性偏振模间的干涉来实现传感测量，剔除光源波动对系统精度的影响，保证测量系统的灵敏度，同常规的干涉式光纤传感器相比具有安装调试简单，保证工作稳定等优点。

附图说明

图1是单边瓣模间干涉式全光纤电压互感器组成框图。

图2是单边瓣模间干涉输出光源与相位差Δφ＝0时关系图。

图3是单边瓣模间干涉输出光源与相位差Δφ＝60°时关系图。

图4是单边瓣模间干涉输出光源与相位差Δφ＝90°时关系图。

图5是单边瓣模间干涉输出光源与相位差Δφ＝120°时关系图。

图6是单边瓣模间干涉输出光源与相位差Δφ＝180°时关系图。

图7是保偏光纤中几个模式的归一化传播常数与归一化频率之间的关系。

1-窄带光源器 2-单模光纤 3-1×2光纤耦合器 4-光纤偏振器 5-压电陶瓷PZT 6-椭圆芯保偏光纤 7-电压传感头 8-多模光纤 9-光电探测器二 10-信号采集及处理装置 11-光电探测器一 12-偏轴熔接处

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进一步说明：