[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

说明书

本发明涉及一种实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器，包括低偏型SLED光源、光纤耦合器、光纤偏振器、直波导相位调制器、法拉第旋光器、保偏传输光缆、光纤传感环、探测器和信号解调电子单元，所述的低偏型SLED光源通过单模光纤连接到光纤耦合器；所述的光纤耦合器与光纤偏振器相熔接。本发明还涉及一种实现非互易动态相位调制的信号解调方法。采用了本发明的实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器及相应的信号解调方法，实现固定相位偏置的调制，也可实现动态反馈的调制，可以降低了电流传感器由于频繁调制引入的噪声，提高小信号测量精度，同时可以获得较高的测量带宽，可以根据实时检测的电流大小进行动态调制，提高电流传感器的测量范围。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及光纤传感领域，具体是指一种实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器及解调方法。

背景技术

当前在电力测量、工业电解等领域被广泛使用的光纤电流传感器主要采用Sagnac干涉式数字闭环调制方案实现，其主要特征为传感回路部分采用完全互易的光纤光路设计，以提高传感器抗干扰的能力。为了使光纤电流传感器工作在线性特性最佳区域，需要通过相位调制器施加调制信号，使传感器工作点位于±π/2相位处。包含相位调制器的光路部分为互易性光路的一部分，相位调制无法使工作点一直工作在+π/2或－π/2，因为相位调制器调制的结果为初始经过相位调制器和返回经过相位调制器所产生的调制相位只差，只能通过周期性调制信号，使传感器工作点交替位于±π/2相位处，且调制周期为光纤传感器光学渡越时间的2倍。在这种情况下，光纤电流传感器的电流值实际采样值频率受限于光学渡越时间，大大削弱了系统的测量带宽。其次在测量电流较大的情况下，系统的工作点也会偏离±π/2相位处，需要按上述周期施加阶梯波调制，阶梯高度产生的相位差大小刚好与电流产生的相位大小相互抵消，传感系统的工作点才不会偏离±π/2相位处。由于调制信号通道以及调制器、探测器本身具有一定的带宽，周期性调制会使探测器输出产生周期性脉冲波。脉冲波不能正确表达电流测量信息，所以脉冲波的宽度也一定程度降低了光纤电流传感器的测量带宽。在此方案下，光纤电流传感器的测量值带宽一般小于1MHz。

此外，另有一些开环型光纤电流传感方案，其主要带宽取决于传感光纤环的长度，根据设计需要一般可以实现10MHz及以上光学带宽。由于没有反馈调制机制，这类光纤电流传感器测量范围较小，且存在较大的线性失真。

随着特高压直流输电系统的建设，全光纤电流传感器由于具有无电磁干扰、动态范围大、可测直流等特点，在直流换流站中获得了广泛的应用，从而进一步促进了光纤电流传感器工程技术的成熟。于此同时，柔性直流工程中换流阀等测点对电流测量的响应时间、高次谐波测量精度等提出了更高的要求。此外，电磁炮、电磁弹射等各种新型电磁能装置中对电流测量需要同时满足测量带宽与测量范围方面的能力。由于上述主要两类光纤电流传感器的局限性，无法满足这些新场景的电流测量要求，光纤电流传感器进一步拓展其性能指标以满足上述测量场景的需要。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足测量精度高、测量带宽高、适用范围较为广泛的实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器及解调方法。

为了实现上述目的，本发明的实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器及解调方法如下：

该实现非互易动态相位调制的光纤电流传感器，其主要特点是，所述的光纤电流传感器包括低偏型SLED光源、光纤耦合器、光纤偏振器、直波导相位调制器、法拉第旋光器、保偏传输光缆、光纤传感环、探测器和信号解调电子单元，所述的低偏型SLED光源通过单模光纤连接到光纤耦合器；所述的光纤耦合器与光纤偏振器相熔接，所述的光纤偏振器与直波导相位调制器成45°准直熔接，所述的直波导相位调制器另一端与法拉第旋光器输入端熔接；所述的法拉第旋光器输出端与保偏传输光缆熔接，所述的保偏传输光缆的另一端与测量处的光纤传感环熔接；所述的光纤耦合器中与光源接入端同侧的另一端与探测器相熔接，所述的探测器的电信号通过安装引脚与信号解调电子单元连接，所述的信号解调电子单元的调制信号输出端连接直波导相位调制器的电控制端口。