[发明专利]一种使用环型煤矿光纤电流传感器系统求解待测电流的方法

权利要求书

1.一种基于环型煤矿光纤电流传感器系统求取待测电流的方法，其特征在于，

所述环型煤矿光纤电流传感器包括有光源(1)、两个光纤准直器(2)、非偏振分束器(3)、偏振分束器(4)、第一1/4波片(5)、第二1/4波片(6)、传感光纤(7)和偏振分析模块(9)，所述非偏振分束器(3)设置在两个光纤准直器(2)之间，且所述光源(1)的输出光依次经过第一个光纤准直器(2)、非偏振分束器(3)和第二个光纤准直器(2)，从偏振分束器的第一端口(41)进入偏振分束器(4)内部；

沿所述第一端口(41)慢轴传输的光经偏振分束器(4)形成第一线偏振光，并从偏振分束器的第二端口(42)的慢轴输出，同时通过所述第一1/4波片(5)形成第一圆偏振光进入传感光纤(7)中，再通过所述第二1/4波片(6)形成线偏振光进入偏振分束器的第三端口(43)的慢轴中，最后经所述偏振分束器(4)从第一端口(41)的快轴输出，所述第一端口(41)快轴输出的线偏振光依次经过第二个光纤准直器(2)和非偏振分束器(3)后，进入所述偏振分析模块(9)中；

沿所述第一端口(41)快轴传输的光经偏振分束器(4)形成第二线偏振光，并从所述第三端口(43)的慢轴输出，同时通过所述第二1/4波片(6)形成第二圆偏振光进入传感光纤(7)中，再通过所述第一1/4波片(5)形成线偏振光进入第二端口(42)的慢轴中，最后经所述偏振分束器(4)从第一端口(41)的慢轴输出，所述第一端口(41)慢轴输出的线偏振光依次经过第二个光纤准直器(2)和非偏振分束器(3)后，进入所述偏振分析模块(9)中；

所述求取待测电流的方法的步骤包括如下：

S1：根据矩阵光学对所述传感器系统进行建模，获取所述第一端口(41)输出光矢量的斯托克斯矢量，具体为：

其中：E_s为第一端口慢轴光矢量的振幅，E_f为第一端口快轴光矢量的振幅，F为法拉第效应形成的相位差；

S2：通过所述偏振分析模块(9)对第一端口(41)输出光进行检测，获取所述第一端口(41)输出光的四个元素结果，并将所述第一端口(41)输出光的第三个元素结果和第四个元素结果的平方求和并开方；

S3：将所述开方结果代入第四个元素结果中，获取得到sinF，并根据所述法拉第效应形成的相位差的大小，获取如下关系，具体为：

sin F≈F

其中：F为法拉第效应形成的相位差；

S4：根据法拉第效应，所述第一圆偏振光和第二圆偏振光之间形成的相位差与待测电流之间具有线性比例关系，通过所述线性比例关系，确定所述待测电流大小，所述线性比例关系，具体为：

F＝VNI

其中：F为法拉第效应形成的相位差，V为传感光纤的费尔德常数，N为传感光纤的绕制匝数，I为待求解参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于环型煤矿光纤电流传感器系统求取待测电流的方法，其特征在于，所述环型煤矿光纤电流传感器还包括有载流导体(8)，所述传感光纤(7)为圆环结构，所述载流导体(8)穿过传感光纤(7)中部的环，当待测电流经过所述载流导体(8)时，所述传感光纤(7)中的第一圆偏振光和第二圆偏振光之间将形成相位差。

3.根据权利要求2所述的一种基于环型煤矿光纤电流传感器系统求取待测电流的方法，其特征在于，所述待测电流与相位差之间具有线性关系。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于环型煤矿光纤电流传感器系统求取待测电流的方法，其特征在于，所述第一端口(41)的慢轴与第二端口(42)的慢轴对准，所述第一端口(41)的快轴与第三端口(43)的慢轴对准。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于环型煤矿光纤电流传感器系统求取待测电流的方法，其特征在于，所述第二端口(42)与第一1/4波片(5)的输入尾纤对轴熔接，所述第三端口(43)与第二1/4波片(6)的输入尾纤对轴熔接，且对轴熔接的角度均为0°。

6.根据权利要求1所述的一种基于环型煤矿光纤电流传感器系统求取待测电流的方法，其特征在于，互易光路由偏振分束器(4)、第一1/4波片(5)、第二1/4波片(6)和传感光纤(7)组成。

7.根据权利要求6所述的一种基于环型煤矿光纤电流传感器系统求取待测电流的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，获取所述第一端口(41)输出光矢量的斯托克斯矢量，具体如下：

S1.1：通过对互易光路输入光的琼斯矢量进行变换，获取所述互易光路输入光的斯托克斯矢量，具体为：

其中：E_s为第一端口慢轴光矢量的振幅，E_f为第一端口快轴光矢量的振幅；

S1.2：通过对所述互易光路的琼斯矩阵进行变换，获取所述互易光路的穆勒矩阵，具体为：

[1 0 0 0；0 1 0 0；0 0 cosF sinF；0 0 -sinF cosF]

其中：F为法拉第效应形成的相位差；

S1.3：根据矩阵光学、互易光路的穆勒矩阵及输入光的斯托克斯矢量，获取所述第一端口(41)输出光矢量的斯托克斯矢量。