[发明专利]实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器及解调方法

权利要求书

1.一种实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器，其特征在于，所述的光纤电流传感器包括低偏型SLED光源(1)、光纤耦合器(2)、光纤偏振器(3)、直波导相位调制器(4)、法拉第旋光器(5)、保偏传输光缆(6)、光纤传感环(7)、探测器(8)和信号解调电子单元(9)，所述的低偏型SLED光源(1)通过单模光纤连接到光纤耦合器(2)；所述的光纤耦合器(2)与光纤偏振器(3)相熔接，所述的光纤偏振器(3)与直波导相位调制器(4)成45°准直熔接，所述的直波导相位调制器(4)另一端与法拉第旋光器(5)输入端熔接；所述的法拉第旋光器(5)输出端与保偏传输光缆(6)熔接，所述的保偏传输光缆(6)的另一端与测量处的光纤传感环(7)熔接；所述的光纤耦合器(2)中与光源接入端同侧的另一端与探测器(8)相熔接，所述的探测器(8)的电信号通过安装引脚与信号解调电子单元(9)连接，所述的信号解调电子单元(9)的调制信号输出端连接直波导相位调制器(4)的电控制端口；

所述的法拉第旋光器(5)为光纤45°法拉第旋光器，所述的光纤45°法拉第旋光器输入输出尾纤类型为线偏振保偏光纤，输入光纤的保偏轴向与输出光纤的保偏轴向成45°角度，所述的光纤45°法拉第旋光器用于使输入线偏振光的偏振方向旋转45°角度，即偏振方向沿输入光纤的快轴方向，经过光纤45°法拉第旋光器后，偏振方向发生45°偏转，沿输出光纤快轴方向输出。

2.根据权利要求1所述的实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器，其特征在于，所述的光纤传感环(7)由特殊旋转熊猫型高双折射光纤和金属反射膜构成。

3.根据权利要求2所述的实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器，其特征在于，所述的特殊旋转熊猫型高双折射光纤依次包含不旋转部分、匀变旋转率部分和匀速旋转率部分，所述的匀速旋转率部分光纤末端镀金属反射膜，匀变旋转率部分的最高旋转速率与匀速段速率相同。

4.根据权利要求1所述的实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器，其特征在于，所述的信号解调电子单元(9)包含光电信号调理与模数转换模块、信号解调模块、调制驱动模块、数字计算模块，电流信息输出模块，所述的光电信号调理与模数转换模块用于完成光电信号滤波放大以及模拟信号到数字信号的转变，所述的数字计算模块用于完成电流信号解算以及调制信号产生，所述的调制驱动模块用于完成调制信号的驱动输出。

5.一种基于权利要求1所述的光纤电流传感器实现非互易动态相位调制的信号解调方法，其特征在于，所述的方法包括相位调制器2π相位自测试及温度漂移自补偿的处理操作、传感器系统相位偏置测量的处理操作和动态反馈电流信号解调的处理操作。

6.根据权利要求5所述的实现非互易动态相位调制的信号解调方法，其特征在于，所述的相位调制器2π相位自测试及温度漂移自补偿的处理操作，具体包括以下步骤：

(1-1)信号解调电子单元(9)输出的调制信号输出范围由电子单元内部参数控制，以一定的周期控制调制信号输出最大调制值和最小调制值；

(1-2)判断最大调制值和最小调制值所调制相位之间的差是否为2π，如果是，则探测器(8)输出值相等；否则，信号解调电子单元(9)根据探测器(8)输出值调整控制调制信号输出范围的参数，直至最大调制值和最小调制值所调制相位之间的差为2π；

(1-3)信号解调电子单元(9)实时调制，控制调制信号输出范围的参数值锁定规范化2π电压值，使达自动温度补偿。

7.根据权利要求5所述的实现非互易动态相位调制的信号解调方法，其特征在于，所述的传感器系统相位偏置测量的处理操作，具体包括以下步骤：

(2-1)在测量电流为0的情况下，信号解调电子单元(9)控制调制信号输出遍历从最小值至最大值，获得探测器(8)所测出的最大值与最小值；

(2-2)计算出最大值与最小值的平均值，控制调制信号输出直到探测器(8)输出值等于这个平均值。

8.根据权利要求5所述的实现非互易动态相位调制的信号解调方法，其特征在于，所述的动态反馈电流信号解调的处理操作，具体为：

根据所检测的电流值大小，判断电流相位是否超出预期的非线性区域，如果是，则产生调制信号使探测器(8)信号输出值保持在零点，使光纤电流互感器的工作点处于线性度最佳位置。