[发明专利]一种基于游标效应的正交臂式MZ干涉仪光纤电流传感器

说明书

本发明公开了一种基于游标效应的正交臂式MZ干涉仪光纤电流传感器，属于光纤电流传感技术领域。包括宽谱光源、第一耦合器、MZ干涉仪、第二耦合器、环形器、FP干涉仪和光谱仪，宽谱光源、第一耦合器、MZ干涉仪、第二耦合器、环形器和FP干涉仪依次连接，光谱仪与环形器连接。本发明基于全光纤电流传感器的工作原理，提出一种可以抗温度、振动等环境因素干扰的正交臂式MZ光纤电流传感器，并利用游标效应机理提高其电流灵敏度，可通过调整游标效应的放大倍数使传感器适用不同范围的小电流测量，适用不同应用场合。

技术领域

本发明涉及一种基于游标效应的正交臂式MZ干涉仪光纤电流传感器，属于光纤电流传感技术领域。

背景技术

随着继电保护、电气设备自动化程度和电力系统绝缘等级的提高，由于传统的电磁式电流互感器原理性的缺陷，已经无法满足电力系统发展的需要，逐渐被全光纤式电流传感器所取代。将全光纤马赫-增德(Mach-Zehnder，MZ)干涉仪和磁致伸缩材料相结合的全光纤电流传感器正是其中的典型应用实例。虽然光学电流传感器有很多传统电流传感器无法比拟的优点，但外界环境会对测量结果产生影响，无法达到行业领域的高精度要求。受环境影响较大的主要是传感头部分，在外界温度作用下，使得传感头的光纤和磁致伸缩材料发生热膨胀，从而引起附加相位变化，导致难以消除的测量误差。同样地，外界振动的引入也是导致传感器输出误差的主要原因之一，振动引起光纤和磁致伸缩材料的形变，传感器的输出都会受到这些物理量的影响，使得误差增大。

目前，为了提高系统测量电流的准确度，增强传感器的抗干扰能力和长期稳定性，多采用算法补偿或光学器件互补偿技术，但由于受影响的光器件及参数较多，这些方案实施起来或是结构极为复杂，或是需增加特殊的器件，而且效果有限，无法完全消除环境因素造成的误差。

因此，为进一步促进光学电流传感器在电力系统中应用，本发明基于全光纤电流传感器的工作原理，提出一种可以抗温度、振动等环境因素干扰的正交臂式MZ光纤电流传感器，并利用游标效应机理提高其电流灵敏度，可通过调整游标效应的放大倍数使传感器适用不同范围的小电流测量，适用不同应用场合。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于磁流体填充边孔光纤的电流传感器，以解决现有技术中存在的问题。

一种基于游标效应的正交臂式MZ干涉仪光纤电流传感器，电流传感器包括宽谱光源、第一耦合器、MZ干涉仪、第二耦合器、环形器、FP干涉仪和光谱仪，宽谱光源、第一耦合器、MZ干涉仪、第二耦合器、环形器和FP干涉仪依次连接，光谱仪与环形器连接。

进一步的，

宽谱光源，用于向第一耦合器发出光；

第一耦合器，用于将光分为两束子光束；

MZ干涉仪，用于使两束子光束在电流磁场的作用下产生相位差；

第二耦合器，用于使产生相位差的两束子光束发生干涉，生成传感光谱；

FP干涉仪，用于生成参考光谱；

环形器，用于使传感光谱和参考光谱发生干涉，产生游标效应，形成具有放大倍数的包络谱；

光谱仪，用于接收包络谱并加以显示。

进一步的，MZ干涉仪包括传感臂和参考臂，传感臂包括传感臂入射端口和传感臂出射端口，参考臂包括参考臂入射端口和参考臂出射端口，传感臂沿着平行于磁致伸缩方向多匝地绕在磁致伸缩材料上，参考臂沿着垂直于磁致伸缩方向多匝地绕在磁致伸缩材料上，传感臂和参考臂等匝对称且正交，传感臂入射端口和参考臂入射端口分别连接第一耦合器的两个输出端，传感臂出射端口和参考臂出射端口分别连接第二耦合器的两个输入端。

进一步的，磁致伸缩材料为稀土超磁致伸缩材料铽镝铁，尺寸为30mm×30mm×2mm。