[发明专利]基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器及检测方法

权利要求书

1.一种基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器，其特征在于，包括依次设置于同一光路上的激光源、起偏器、磁光薄膜、扩束器、径向检偏光栅、四象限探测器以及信号处理系统；还包括一开设有气隙的集磁环，待检测载流导线穿过该集磁环，所述磁光薄膜设置于该集磁环的气隙之间；

其中，光信号从所述激光源经过所述起偏器后得到线偏振光；所述线偏振光经过所述磁光薄膜，所述偏振光的偏振面在所述待检测载流导线电流磁场的作用下产生旋转，形成一旋转角；所述线偏振光通过所述扩束器后，将光斑放大；再经过所述径向检偏光栅后得到一个形状固定的光斑，光斑与旋转角同步旋转；旋转的光斑通过所述四象限探测器后，由光信号转变为电信号，通过所述信号处理系统采集该电信号，并通过运算得出旋转角的大小，从而得到所述待检测载流导线中待测的电流值；

其中，经过所述径向偏振光栅后的出射光矢为：

其中，A为偏振光振幅，t_φ为光栅的透光率，θ₀为磁致旋转角；

且光斑的光强分布函数为：

式中，R1，R2分别为所述径向偏振光栅的内半径和外半径；θ表示光栅方位角；

其中，通过积分运算，得出四象限探测器上各个区域内的光能量E_A、E_B、E_C、E_D分别为：

四路的输入光信号通过电路处理，形成电压，再通过如下运算得到四象限探测器的输出值X为：

所述磁致旋转角θ₀为：

其中，X为四象限探测器的输出值。

2.根据权利要求1所述的基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器的检测方法，其特征在于，所述集磁环气隙小于15mm，且磁场分布均匀。

3.根据权利要求1所述的基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器的检测方法，其特征在于，所述径向检偏光栅为圆形，内径为4mm，外径为5mm；光栅栅条为铝金属，间距为50nm。

4.根据权利要求1所述的基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器的检测方法，其特征在于，所述旋转角的大小是电流磁场强度、通光长度及磁光薄膜费尔德常数的线性函数。

5.根据权利要求1所述的基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器的检测方法，其特征在于，所述四象限探测器检测到的电流i和磁致旋转角θ₀的关系满足：

其中，L₀为集磁环气隙长度，l₀为磁光薄膜厚度，V为磁光薄膜费尔德常数。