[发明专利]一种光纤电流互感器装置及其电流测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及干涉型光纤传感领域，更具体地，涉及一种光纤电流互感器装置及其电流测量方法。

背景技术

工程实践中，因工程实际需要，对电流的测量往往会使用电流互感器，而使用光纤电流互感器进行电流测量是基于光法拉第效应，通过非导体传感或测量电流的一种方法；在干涉型光纤传感系统中，传感器的光强信号是光纤中光波相位的余弦函数，通常待测物理量引起的光波相位变化非常微弱，因此可通过相位调制器来对光波信号进行调制，从而增大传感器对待测物理量的灵敏度，相位调制器已成为干涉型光纤传感系统中的核心光学器件。目前采用的相位调制器都只具备单一的相位调制功能，因此在搭建干涉型光纤传感光路时通常还需匹配光源、耦合器、起偏器和探测器等其他功能器件，复杂的光路结构降低了系统可靠性，不利于干涉型光纤传感系统的工程化研制。

发明内容

为了解决背景技术存在的现有光纤传感器在搭建时需匹配多个功能器件，而光路结构较为复杂，这样的搭建降低了系统的可靠性，不利于工程研制的问题，本发明提供了一种光纤电流互感器装置及其电流测量方法，所述装置集成化设计了光收发相位调制器以及配套的测量器件，可以精确可靠的进行光收发相位调制和电流的测量，所述一种光纤电流互感器包括：

集成光收发相位调制器，所述集成光收发相位调制器包括光源芯片、Y波导芯片、直波导芯片以及探测芯片，所述集成光收发相位调制器根据电路模块光源驱动单元的信号产生光波信号，并将光波信号转化为两束相互正交的线偏振光；

电路模块，所述电路模块包括光源驱动单元、AD采集单元以及数字信号处理单元，所述光源驱动单元与光源芯片输入端相连，用于驱动光源芯片产生光波信号；所述AD采集单元与探测芯片输出端相连；用于采集探测芯片输出的电信号并转化为数字信号发送至数字信号处理单元进行数字信号处理；

光纤延时环，所述光纤延时环包括保偏光纤，所述直波导芯片输出的两束正交线偏振光分别耦合进入保偏光纤的快慢轴内进行传输；所述光纤延时环的输出端与光纤传感环的输入端相连；

光纤传感环，所述光纤传感环包括四分之一波片、传感光纤圈以及光纤反射镜；所述光纤传感环用于使两束正交线偏振光通过法拉第效应产生非互易的相位差；所述光纤传感环将携带该相位差信息的光经光纤延时环和集成光收发相位调制器的Y波导芯片传送至集成光收发相位调制器的探测芯片。

进一步的，所述光源芯片用于产生光波信号，光源芯片的输入端与光源驱动单元相连，光源芯片的输出端与Y波导芯片的光波输入端相连；所述Y波导芯片用于将接收的光波信号转化为特定的线偏振光信号，所述Y波导芯片的第一Y分支与光源芯片输出端相连，所述Y波导芯片的第二Y分支与探测芯片的输入端相连；所述直波导芯片用于传输两种偏振模式相互正交的光，所述直波导芯片的一端与Y波导芯片的合束端相连，直波导单元的另一端与光纤延迟环相连；所述探测芯片用于将从Y波导芯片得到的光波信号转化为电信号，所述探测芯片的输出端与外接的信号处理电路相连；

进一步的，所述光纤传感环使用法拉第旋转镜代替光纤反射镜；

进一步的，所述四分之一波片用于将相互正交的两束线偏振光转化为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光、或将左旋圆偏振光和右旋圆偏振光转化为相互正交的两束线偏振光，所述四分之一波片的一端与光纤延时环相连、另一端与传感光纤相连；待测导线从所述传感光纤环中穿过；

进一步的，所述集成光收发相位调制器通过平行封焊工艺封装在可伐合金管壳内，以保证集成光收发相位调制器的气密性；

进一步的，所述Y波导芯片与直波导芯片耦合时，Y波导芯片的衬底与直波导芯片的衬底是平行的；所述耦合方式包括使用耦合胶粘接耦合；

进一步的，所述Y波导芯片由Y型光波导和衬底组成，所述Y型光波导在晶体衬底上采用质子交换工艺制成；所述晶体的切向为X向切、Y向传；

进一步的，所述直波导芯片由直条形光波导、衬底以及电极组成，所述直条形光波导在晶体衬底上采用钛扩散工艺制成；所述晶体的切向为与X向呈45°切、Y向传；

进一步的，所述直波导芯片的一端与光纤延时环的保偏光纤相连，其中直波导芯片的平面与保偏光纤慢轴的对轴角度为45°；

进一步的，所述探测芯片的输入端光纤与Y波导芯片的第二Y分支进行纤芯对准耦合；

进一步的，所述电路模块包括DA转换单元，所述DA转换单元将数字信号处理单元指令转化为模拟信号指令发送指集成光收发相位调制器，集成光收发相位调制器模拟信号指令作用在直波导芯片的电极上，对直波导进行电光调制。