[发明专利]光纤电流传感器反馈相移非线性校正装置、系统及方法

说明书

本发明提供一种光纤电流传感器反馈相移非线性校正装置，用于对光纤电流传感器输出端所输出的反馈相移进行非线性校正；反馈相移非线性校正装置包括校正系数发生器、第一乘加器和第二乘加器；校正系数发生器输入端与光纤电流传感器输出端连接，校正系数发生器输出端与第一乘加器一输入端连接，第一乘加器另一输入端与光纤电流传感器输出端连接，第一乘加器输出端与第二乘加器一输入端连接，第二乘加器另一输入端与光纤电流传感器输出端连接，第二乘加器输出端输出校正后的反馈相移。本发明还提供一种光纤电流传感器反馈相移非线性校正系统和一种光纤电流传感器反馈相移非线性校正方法，改善柔性光纤电流传感器在大动态范围内的线性度。

技术领域

本发明涉及光纤电流传感技术领域，尤其涉及一种光纤电流传感器反馈相移非线性校正装置、系统及方法。

背景技术

大电流技术在冶金、电力、国防军工、可控核聚变研究等领域应用广泛，准确的电流测量与安全生产、节能减排、产品质控及重大科学研究密切相关。基于Faraday磁光效应的干涉型光纤电流传感器具有测量精度高、动态范围大、频响范围宽(可同时测量交流和直流电流)、抗外磁场干扰能力强、便携性好等特点，在大电流测量领域具有广阔的应用前景。超大电流载流母线往往很难断开，要求大电流传感器可以开口安装。柔性光纤电流传感器是将传感光纤封装为柔性光缆，可在不断开载流母线的条件下以一定的圈数直接围绕被测电流形成敏感环路，很好地满足了大电流在线测量的实际需求。

光纤电流传感器采用反射式Sagnac干涉仪作为传感光路，利用1/4波片将两束正交的线偏振光转变为左旋和右旋圆偏振光，两束正交的圆偏振光在首尾闭合的光纤敏感环中往返传输，产生与被测电流成正比的相位差。由于光路结构的互易性，两束信号光的干涉光强仅携带被测电流产生的Faraday相移。干涉光强由光电探测器转化为电信号。在信号处理方面，传感器采用闭环信号检测技术，检测系统从干涉光强中解调出Faraday相移，并实时产生与之大小相等，符号相反的反馈相移，将系统锁定在正交工作点上，保证传感器在大动态范围内具有高线性度。反馈相移同时将作为传感器的输出。

为抑制光纤弯曲造成的线性双折射的影响，柔性光纤电流传感器通常采用椭圆双折射光纤作为传感光纤。该光纤是由保偏光纤预制棒拉丝的同时旋转形成的，其双折射主轴沿光纤轴向呈螺旋分布，螺距的大小由旋转周期和拉丝速度决定。描述这种光纤特性的两个重要参数是螺距L_t和线拍长L_b(未旋转状态下保偏光纤的拍长)，定义η＝2L_b/L_t。

椭圆双折射光纤的偏振本征模式是两束正交的椭圆偏振光，其椭圆度与η有关，η越大，偏振本征模越趋近于圆偏振光。理想情况下，传感光纤的偏振本征模式为左旋、右旋圆偏振光，传感器闭环系统检测到的相位差仅为被测电流成产生的Faraday相移，反馈相移与被测电流成正比。但是，实际中η并不容易做到很大，通常在1～5之间。在这种情况下，进入椭圆双折射光纤的圆偏振光无法保持偏振态，传感器闭环系统检测到的相位差除与被测电流产生的Faraday相移有关外，还与由线拍长和螺距决定的线性双折射和圆双折射有关，反馈相移与被测电流之间为非线性关系，且被测电流越大，非线性越显著，严重影响了传感器在大动态范围内的测量准确度。

现有柔性光纤电流传感器普遍存在非线性问题，无法保证大动态范围内的测量准确度。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种光纤电流传感器反馈相移非线性的校正装置，使得柔性光纤电流传感器闭环检测模块产生的反馈相移与被测电流之间恢复线性关系，改善柔性光纤电流传感器在大动态范围内的线性度。

本发明的问题之一，是这样实现的：