[发明专利]一种磁光材料多级级联的光学电流传感器及测量系统

说明书

本发明涉及一种磁光材料多级级联的光学电流传感器及测量系统。此光学电流传感器包括前光纤准直器、起偏器、多级级联的磁光材料组件、检偏器及后光纤准直器；多级级联的磁光材料组件由多个磁光材料传感头及连接磁光材料的中继准直器组成，中继准直器具有调焦功能，对磁光材料的出射发散光束较好准直；各元件封装固定在彼此独立的、特殊设计的壳体内，各壳体能够旋合连接固定；该传感器工作机理基于法拉第效应，通过多级级联的方式增加了磁光材料的有效长度，从而提高了传感器的灵敏度和分辨率。

技术领域

本发明涉及一种磁光材料多级级联的光学电流传感器及测量系统，属电流测量领域。

背景技术

目前所提出的各种光学电流传感器，主要基于法拉第磁光效应来进行测量的，其本质是磁光材料在由电流引起的磁场与光波电场共同作用下产生的一种非线性极化过程。当一束线偏振光通过磁光材料并在磁场作用下，其偏振面会发生旋转，其大小与平行于光束方向的磁场大小成正比，通过测量电流引起的偏振面旋转角，可以实现电流测量的目的。利用法拉第效应的光学电流传感器具有优异的抗电磁干扰性能，特别适合高压、特高压和冲击大电流等恶劣环境。

传统的光学电流传感器通常采用高维尔德常数的磁光材料及增加磁光材料的长度来获得较高的传感器的灵敏度及分辨率。但是，长磁光材料明显具有制备困难、价格昂贵的缺点，并且，偏振光通过长磁光材料后其出射光束的发散光斑较大，对光束的准直能力要求较高，造成传感器的光耦合损耗进一步增加，从而限制了传感器的灵敏度及分辨率。重庆大学的杨鸣等（基于法拉第磁光效应的光学电流传感器及其电流测量方法，申请公布号：CN107643438A）利用偏振光在磁光材料中多次反射来增加等效磁光材料长度，然而由起偏器、磁光材料和检偏器绝缘封装一起的集成探头不具有重组装性，限制了集成探头对不同测量环境的适应性。华中科技大学的刘延冰等（双光路光学电流传感头，授权公告号：CN2762147Y）利用一正方形火石玻璃，中心钻孔，使导体从中心通过，在三个切角上镀膜来增加等效磁光长度，然而该方法需要较大体积的磁光材料，并且结构非常复杂。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，提出一种磁光材料多级级联的光学电流传感器及测量系统，通过多级级联的方式增加了磁光材料的有效长度，克服了仅增加磁光材料长度的方式致使出射偏振光具有较大的发射模场、从而造成较大的光耦合损耗问题，提高了传感器的灵敏度及分辨率。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种磁光材料多级级联的光学电流传感器，包括前光纤准直器、起偏器、多级级联的磁光材料组件、检偏器及后光纤准直器；各元件封装固定在彼此独立的壳体内，各壳体能够旋合连接固定，从而使得前光纤准直器、起偏器、多级级联的磁光材料组件、检偏器及后光纤准直器依次连接，且各元件的轴心在同一水平直线上；通过多级级联的方式增加了磁光材料的有效长度，提高了传感器的灵敏度及分辨率，克服了传统的增加磁光材料长度的方式致使出射光束具有较大的发射模场，从而造成较大的耦合损耗问题。

所述起偏器和检偏器偏振轴之间的夹角为45^°。

所述多级级联的磁光材料组件由至少两个及以上的磁光材料传感头及连接磁光材料传感头的中继准直器组成，磁光材料传感头的长度受限于中继准直器的准直能力，所述中继准直器设有调焦旋钮，能够较好地准直磁光材料的出射发散光束。

一种磁光材料多级级联的光学电流传感器测量系统，用于测量上述的磁光材料多级级联的光学电流传感器，包括输入光纤，输出光纤，激光器，解调单元和电磁干扰屏蔽装置；所述输入光纤一端连接光学电流传感器的前光纤准直器，另一端连接激光器，所述输出光纤一端连接光学电流传感器的后光纤准直器，另一端连接解调单元；所述激光器和解调单元都置于电磁干扰屏蔽装置之中，隔绝外界的电磁干扰，激光器发出的光通过输入光纤传导之后进入光学电流传感器，之后通过输出光纤进入解调单元之中。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：