[发明专利]萨格奈克式光纤电流传感器及其电流检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光学电流传感技术领域，具体涉及一种萨格奈克式光纤电流传感器及其电流检测方法。

背景技术

近年来随着各国经济的迅速发展，对电力的需求日益增大，电力系统的额定电压等级和额定电流都有大幅度的提高，传统的电磁式电流测量设备已经越来越不能满足要求。

光纤电流传感器具有无磁饱和、铁磁谐振问题、绝缘结构简单，绝缘性能好、体积小、重量轻等优点，克服了电磁式电流传感器的缺点，受到了各国的广泛关注。

光纤电流传感器的传感原理是法拉第磁光效应。法拉第磁光效应的一种表现形式是线性偏振光沿外加磁场方向通过介质时其偏振面发生旋转。因此可通过测量偏振光在磁场中的角度变化来得到被测电流的大小，但是由于该角度很小，电流测量的灵敏度和精度都不高。

1996年，J.N.Blake首先提出了萨格奈克干涉型光纤电流传感器的方案，将偏振角度变化的检测转变为两干涉光路相位差变化的检测，提高了光纤电流传感器测量的灵敏度和稳定性。这是利用了法拉第磁光效应的另一种表现形式，沿磁场方向传播的圆/椭圆偏振光的光速发生变化，从原光速V0变成V1，(V1>V0)或V2(V2<V0),(有V1-V0＝V0–V2)，圆/椭圆偏振光光速变成V1还是V1与圆/椭圆偏振光的旋向(左右)以及光传播方向(与磁场方向相同与否)有关。但该萨格奈克干涉型光纤电流传感器敏感电流的同时敏感Sagnac效应，因而外界振动容易对传感器精度造成影响。而且光纤光路中采用的3dB光纤耦合器有一路光纤废弃，导致往返至少6dB的光功率损耗，同时光纤耦合器的偏振串音对传感器精度也造成了影响。

现有技术改进了萨格奈克干涉型光纤电流传感器，通过在传感光纤中引入半波片的方式削弱了对振动的敏感性，增加了传感器的系统稳定性。但仍未解决光纤光路中采用的光纤耦合器造成的光功率损耗和偏振串音噪声的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种萨格奈克式光纤电流传感器及其电流检测方法，使用上述电流传感器检测电流时，对振动不敏感，光路功率损耗低且偏振串音小。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供了一种萨格奈克式光纤电流传感器，其对振动不敏感；

本发明的又一个目的在于，提供了一种萨格奈克式光纤电流传感器，其光路功率损耗低，偏振串音小。

本发明的再一个目的在于，提供了一种萨格奈克光线电流传感器的电流电测方法，所述电流电测方法避免了光纤耦合器有一段光纤废弃带来的光功率损耗，同时提高了电流检测方法的精度。

为了解决上述问题，本发明提供了一种萨格奈克式光纤电流传感器，包括：

光源；

光环形器，其与所述光源连接；

探测器，其与所述光环形器连接；

起偏分光调制装置，其与所述光环形器连接；

传感光纤，其与所述起偏分光调制装置连接，所述传感光纤环围绕待测电流；

四分之一波片，其设置在所述传感光纤的两端，用于连接所述传感光纤和所述起偏分光调制装置；

波片，其耦合在所述传感光纤中。

优选的是，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述光源的尾纤与所述第一端口连接，所述起偏分光调制装置与所述第二端口连接，所述探测器的尾纤与所述第三端口连接；

其中，所述光环形器中的光从所述第一端口进入，从所述第二端口射出；所述光环形器的光从所述第二端口进入，从所述第三端口射出。

优选的是，所述四分之一波片包括第一四分之一波片和第二四分之一波片，所述起偏分光调制装置包括第一输出端口和第二输出端口，所述第一四分之一波片和所述第二四分之一波片分别设置在所述传感光纤的两端，所述第一输出端口与所述第一四分之一波片连接，所述第二输出端口与所述第二四分之一波片连接。

优选的是，还包括线保偏延迟光纤，其设置在所述起偏分光调制装置和所述传感光纤环之间；

其中，位于所述第一输出端口处的保偏延迟光纤的尾纤与所述第一四分之一波片的快轴呈22.5～67.5°，位于所述第二输出端口处的保偏延迟光纤的尾纤与所述第二四分之一波片的快轴呈112.5～157.5°，或者位于所述第一输出端口处的保偏延迟光纤的尾纤与所述第一四分之一波片的快轴呈112.5～157.5°，位于所述第二输出端口处的保偏延迟光纤的尾纤与所述第二四分之一波片的快轴呈22.5～67.5°。