专利名称：一种全光纤脉冲电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感器测量技术领域，具体涉及一种利用法拉第磁光效应测量脉冲电流的传感器。
背景技术：
高功率脉冲技术、加速器技术、高能量密度物理等领域和电力行业高压传输线的故障诊断需要精确测量幅值高达几百kA，甚至MA量级的脉冲电流，目前常采用Rogowski 线圈、B-dot探针测量脉冲电流，但由于其存在抗电磁干扰能力差、耐高电压能力弱的缺点， 很难在某些特定场合使用。全光纤电流传感器是利用法拉第磁光效应发展起来的一种有源传感器，具有抗强电磁干扰、耐高电压、小巧和轻便等优点，尤其适合紧凑空间内的电流测量。文献〈用单模光纤中的法拉第旋转效应测量电流〉(George I. Chandler and Franz C. Jahoda， Current measurements by Faraday rotation in single-mode optical fibers , Rev. Sci. Instrum, 1985 , 56(5)，852 854.)报道了用单模光纤中的法拉第旋转效应测量电流，其存在以下不足(1)输出信号仅为法拉第旋转角的正弦函数，当电流足够大时，法拉第旋转角会超出正弦函数的单调区间，造成输出信号不能唯一确定法拉第旋转角，从而大幅度地降低了电流的测量范围；(2)其传感元器件为普通单模光纤，具有较大的线性双折射，降低了电流的测量精度。
发明内容
为了解决已有技术中光纤电流传感器的测量范围小、测量精度低的不足，本发明提供一种全光纤脉冲电流传感器。本发明的全光纤脉冲电流传感器含有DFB激光器、在线式光纤起偏器、低双折射单模光纤、1X2保偏光纤耦合器、在线式光纤检偏器和PIN光电探测器。DFB激光器发射出的光束，经在线式光纤起偏器后，成为线偏振光，进入低双折射单模光纤，其偏振态受待测脉冲电流产生磁场的调制。从低双折射单模光纤射出的光束进入1X2保偏光纤耦合器后， 被分成与输入光束偏振态完全相同的两输出光束。两个在线式光纤检偏器与1X2保偏光纤耦合器的两个输出端相连，其中，一个与在线式光纤起偏器的偏振方向相同，另一个与在线式光纤起偏器有45°夹角。从两个在线式光纤检偏器射出的光束进入两个PIN光电探测器，并被转换成电信号。达到两个PIN光电探测器的两路光信号分别为法拉第旋转角的正弦函数和余弦函数，并有90°的相位差，处理这两路电信号就可得到待测脉冲电流。在本发明的全光纤脉冲电流传感器中，利用有90°相位差的正弦信号和余弦信号可确定任意大小的法拉第旋转角。因此相对已有光纤电流传感器，本传感器可大幅度地扩大了电流的测量范围，可测电流峰值可达几百kA，甚至MA量级。在本发明的全光纤脉冲电流传感器中，低双折射单模光纤具有低相位延迟系数， 可极大地降低线性双折射，可大幅度地降低线性双折射对待测脉冲电流的影响，从而提高了待测脉冲电流的测量精度。
图1为本发明的全光纤脉冲电流传感器的结构示意中，1.DFB激光器2.在线式光纤起偏器 4. 1X2保偏光纤耦合器 5.在线式光纤检偏器I 7. PIN光电探测器I 8. PIN光电探测器II。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。本发明的全光纤脉冲电流传感器，含有DFB激光器1、在线式光纤起偏器2、低双折射单模光纤3、1X2保偏光纤耦合器4、在线式光纤检偏器I 5、在线式光纤检偏器II 6、PIN 光电探测器I 7和PIN光电探测器II 8。其连接关系是，DFB激光器1与在线式光纤起偏器2、低双折射单模光纤3依次相连，低双折射单模光纤3与1 X 2保偏光纤耦合器4的输入端的一个接口相连(另外一个接口闲置)，1 X 2保偏光纤耦合器4的输出端的一个接口与在线式光纤检偏器I 5、PIN光电探测器I 7依次相连；另一个接口与在线式光纤检偏器II 6、 PIN光电探测器II 8依次相连。本发明中，光纤元器件与尾纤，尾纤与尾纤之间通过法兰盘插接相连。本发明中，DFB激光器1发射出的光束，经在线式光纤起偏器2后，成为线偏振光， 进入低双折射单模光纤3，其偏振态受待测脉冲电流产生磁场的调制。从低双折射单模光纤 3射出的光束进入1X2保偏光纤耦合器4后，被分成与输入光束偏振态完全相同的两输出光束。在线式光纤检偏器I 5、在线式光纤检偏器II 6与1X2保偏光纤耦合器的两个输出端相连，其中，在线式光纤检偏器I 5与在线式光纤起偏器2的偏振方向相同，在线式光纤检偏器II 6与在线式起偏器2有45°夹角。从在线式光纤检偏器I 5、在线式光纤检偏器 II 6射出的光束分别进入PIN光电探测器I 7、PIN光电探测器II 8，并被转换成电信号。达到PIN光电探测器I 7、PIN光电探测器II 8的两路光信号分别为法拉第旋转角的正弦函数和法拉第旋转角的余弦函数，并有90°的相位差。处理PIN光电探测器I 7、 PIN光电探测器II 8输出的两路电信号就可得到待测脉冲电流。DFB激光器1的线宽小于100 MHz，工作波长为1310 nm ；在线式光纤起偏器2的工作波长为1310 nm,消光比大于30dB ；低双折射单模光纤3的Verdet常数为1. 03X10^ rad/A，相位延迟系数小于2°/m; 1 X 2保偏光纤耦合器4的偏振消光比大于20 dB，耦合比为1 :1 ；在线式光纤检偏器I 5、在线式光纤检偏器II 6的偏振消光比大于20 dB，偏振方向可调；PIN光电探测器I 7、PIN光电探测器II 8的工作中心波长为1310 nm，饱和功率为1. 5 mW，增益为V/mW。本发明中，低双折射单模光纤为英国Oxford公司生产，其余器件为北京康冠世纪光电科技有限公司生产。
3.低双折射单模光纤 6.在线式光纤检偏器II
权利要求
1.一种全光纤脉冲电流传感器，其特征在于所述的传感器含有DFB激光器(1)、在线式光纤起偏器O)、低双折射单模光纤C3)、1X2保偏光纤耦合器G)、在线式光纤检偏器 I (5)、在线式光纤检偏器II (6)、PIN光电探测器(7)和PIN光电探测器(8)，其连接关系是，DFB激光器(1)与在线式光纤起偏器O)、低双折射单模光纤C3)依次相连，低双折射单模光纤C3)与1X2保偏光纤耦合器(4)的输入端的一个接口相连，1X2保偏光纤耦合器的输出端的一个接口与在线式光纤检偏器I (5)、PIN光电探测器I (7)依次相连；另一个接口与在线式光纤检偏器II (6)、PIN光电探测器II (8)依次相连。
2.根据权利要求1所述的全光纤脉冲电流传感器，其特征在于所述的在线式光纤检偏器I (5)与在线式光纤起偏器O)的偏振方向相同，在线式光纤检偏器II (6)与在线式光纤起偏器( 有45°夹角。
3.根据权利要求1所述的全光纤脉冲电流传感器，其特征在于所述的PIN光电探测器I (7)和PIN光电探测器II (8)的两路输出电信号有90°的相位差。
全文摘要
本发明公开了一种适用于脉冲电流测量的全光纤电流传感器。DFB激光器辐射出的光束，经在线式光纤起偏器后，成为线偏振光，进入低双折射单模光纤，其偏振态受待测脉冲电流产生磁场的调制。从低双折射单模光纤射出的光束，进入1×2保偏光纤耦合器后，被分成与输入光束偏振态相同的两输出光束。两个在线式光纤检偏器与1×2保偏光纤耦合器的两个输出端相连，其中，一个与在线式光纤起偏器的偏振方向相同，另一个与其有45o夹角。从两个在线式光纤检偏器射出的光束进入两个PIN光电探测器，并被转换成电信号。处理这两路有90o相位差的电信号就可得到待测脉冲电流。本发明的全光纤脉冲电流传感器具有高测量精度、宽测量范围的优点。
文档编号G01R19/00GK102262177SQ201110186619
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者彭其先, 李泽仁, 王德田, 蒙建华, 邓向阳, 陈光华 申请人:中国工程物理研究院流体物理研究所