本發(fā)明屬于光學(xué)電流傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種薩格奈克光纖電流傳感器及其電流檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

近年來隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)電力的需求日益增大，電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí)和額定電流都有大幅度的提高，傳統(tǒng)的電磁式電流測(cè)量設(shè)備已經(jīng)越來越不能滿足要求。

光纖電流傳感器具有無磁飽和、鐵磁諧振問題、絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絕緣性能好、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，克服了電磁式電流傳感器的缺點(diǎn)，受到了各國(guó)的廣泛關(guān)注。

光纖電流傳感器的傳感原理是法拉第磁光效應(yīng)。法拉第磁光效應(yīng)的一種表現(xiàn)形式是線性偏振光沿外加磁場(chǎng)方向通過介質(zhì)時(shí)其偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因此可通過測(cè)量偏振光在磁場(chǎng)中的角度變化來得到被測(cè)電流的大小，但是由于該角度很小，電流測(cè)量的靈敏度和精度都不高。

1996年，J.N.Blake首先提出了薩格奈克干涉型光纖電流傳感器的方案，將偏振角度變化的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)閮筛缮婀饴废辔徊钭兓臋z測(cè)，提高了光纖電流傳感器測(cè)量的靈敏度和穩(wěn)定性。這是利用了法拉第磁光效應(yīng)的另一種表現(xiàn)形式，沿磁場(chǎng)方向傳播的圓/橢圓偏振光的光速發(fā)生變化，從原光速V₀變成V₁，(V₁>V₀)或V₂(V₂<V₀),(有V₁-V₀＝V₀–V₂)，圓/橢圓偏振光光速變成V₁還是V₁與圓/橢圓偏振光的旋向(左右)以及光傳播方向(與磁場(chǎng)方向相同與否)有關(guān)。但該薩格奈克干涉型光纖電流傳感器敏感電流的同時(shí)敏感Sagnac效應(yīng)，因而外界振動(dòng)容易對(duì)傳感器精度造成影響。而且光纖光路中采用的3dB光纖耦合器有一路光纖廢棄，導(dǎo)致往返至少6dB的光功率損耗，同時(shí)光纖耦合器的偏振串音對(duì)傳感器精度也造成了影響。

有的現(xiàn)有技術(shù)公開了的薩格奈克干涉型光纖電流傳感器，削弱了對(duì)振動(dòng)的敏感性，增加了傳感器的系統(tǒng)穩(wěn)定性。但仍未解決光纖光路中采用的光纖耦合器造成的光功率損耗和偏振串音噪聲的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種薩格奈克光纖電流傳感器，其對(duì)振動(dòng)不敏感，光路功率損耗低且偏振串音小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供了一種薩格奈克光纖電流傳感器，其對(duì)振動(dòng)不敏感；

本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供了一種薩格奈克光纖電流傳感器，其光路功率損耗低，偏振串音小。

本發(fā)明的再一個(gè)目的在于，提供了一種薩格奈克光線電流傳感器的電流電測(cè)方法，所述電流電測(cè)方法避免了光纖耦合器有一段光纖廢棄帶來的光功率損耗，同時(shí)提高了電流檢測(cè)方法的精度。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種薩格奈克光纖電流傳感器，包括：

光源；

光環(huán)形器，其與所述光源連接；

探測(cè)器，其與所述光環(huán)形器連接；

起偏分光調(diào)制裝置，其與所述光環(huán)形器連接；

傳感光纖環(huán)，其與所述起偏分光調(diào)制裝置連接，所述傳感光纖環(huán)圍繞待測(cè)電流。

優(yōu)選的是，所述光環(huán)形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述光源的尾纖與所述第一端口連接，所述起偏分光調(diào)制裝置與所述第二端口連接，所述探測(cè)器的尾纖與所述第三端口連接。

優(yōu)選的是，所述光環(huán)形器中的光從所述第一端口進(jìn)入，從所述第二端口射出；所述光環(huán)形器的光從所述第二端口進(jìn)入，從所述第三端口射出。

優(yōu)選的是，所述傳感光纖環(huán)包括第一扭光纖和第二扭光纖，所述第一扭光纖和所述第二扭光纖的一端以0°或者90°熔接，所述第一扭光纖和所述第二扭光纖的另一端和所述起偏分光調(diào)制裝置連接。

優(yōu)選的是，所述起偏分光調(diào)制裝置包括第一輸出端口和第二輸出端口，所述第一輸出端口和所述第一扭光纖以0°或90°熔接或用光纖連接器相連，所述第二輸出端口和所述第二扭光纖以0°或90°熔接或用光纖連接器相連。

優(yōu)選的是，還包括線保偏延遲光纖，其設(shè)置在所述起偏分光調(diào)制裝置和所述傳感光纖環(huán)之間。

優(yōu)選的是，所述第一扭光纖和所述第二扭光纖均由所述線保偏光纖扭轉(zhuǎn)形成，且旋轉(zhuǎn)方向相反。

優(yōu)選的是，所述起偏分光調(diào)制裝置為Y分支多功能集成光學(xué)器件。

優(yōu)選的是，所述起偏分光調(diào)制裝置為同時(shí)具有起偏、分光及相位調(diào)制功能的器件，或者為分別具有起偏、分光及相位調(diào)制功能的多個(gè)器件組合而成，其中，起偏、分光及相位調(diào)制功能的順序可以變換。

一種薩格奈克光纖電流傳感器的電流檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟一，開啟光源，光源發(fā)出的光由光環(huán)形器的第一端口進(jìn)入所述光環(huán)形器，通過光環(huán)形器的第二端口射出；

步驟二，通過光環(huán)形器的第二端口射出的光進(jìn)入起偏分光調(diào)制裝置，起偏為線偏振光，并分為兩束，分別為第一束線偏振光和第二束線偏振光；

步驟三，第一束線偏振光從起偏分光調(diào)制裝置的第一輸出端口射出，進(jìn)入傳感光纖環(huán)中的第一扭光纖，在第一扭光纖中由線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光或者橢圓偏振光，再轉(zhuǎn)換回線偏振光，然后進(jìn)入傳感光纖環(huán)中的第二扭光纖，在第二扭光纖中由線偏振光轉(zhuǎn)換為與在第一扭光纖中旋向相反的圓偏振光或者橢圓偏振光，再轉(zhuǎn)換回線偏振光后射出傳感光纖環(huán)，從起偏分光調(diào)制裝置的第二輸出端口返回起偏分光調(diào)制裝置；

步驟四，第二束線偏振光從起偏分光調(diào)制裝置的第二輸出端口射出，進(jìn)入傳感光纖環(huán)中的第二扭光纖，在第二扭光纖中由線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光或者橢圓偏振光，再轉(zhuǎn)換回線偏振光，然后進(jìn)入傳感光纖環(huán)中的第一扭光纖，在第一扭光纖中由線偏振光轉(zhuǎn)換為與在第二扭光纖中旋向相反的圓偏振光或者橢圓偏振光，在轉(zhuǎn)換回線偏振光后射出傳感光纖環(huán)，從起偏分光調(diào)制裝置的第一輸出端口返回起偏分光調(diào)制裝置；

步驟五，在上述步驟三和步驟四中，返回起偏分光調(diào)制裝置的兩束光在起偏分光調(diào)制裝置處發(fā)生干涉，并由光環(huán)形器的第二端口進(jìn)入光環(huán)形器，通過光環(huán)形器的第三端口射出，進(jìn)入探測(cè)器；

步驟六：由探測(cè)器檢測(cè)出變化的光強(qiáng)，經(jīng)處理后得到待測(cè)電流數(shù)值、相位、方向。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明提供的薩格奈克光纖電流傳感器，其無磁飽和、鐵磁諧振等問題。

2、本發(fā)明提供的薩格奈克光纖電流傳感器，其絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絕緣性能好，體積小且重量輕的優(yōu)點(diǎn)。

3、本發(fā)明提供的薩格奈克光纖電流傳感器，其對(duì)振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)不敏感，實(shí)用性強(qiáng)。

4、本發(fā)明提供的薩格奈克光纖電流傳感器，其采用光環(huán)形器，避免了光纖耦合器有一路光纖廢棄帶來的光功率損耗的問題。

5、本發(fā)明提供的薩格奈克光纖電流傳感器，其采用光環(huán)形器的高達(dá)60dB以上的隔離度，削弱了偏振串音噪聲，明顯提高了光纖電流傳感器的檢測(cè)精度。

6、本發(fā)明提供的薩格奈克光纖電流傳感器的電流檢測(cè)方法，其操作簡(jiǎn)單快捷，解決了光纖光路中采用光纖耦合器造成的光功率損耗和偏振串音噪聲的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的薩格奈克光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1中，1光源；2探測(cè)器；3光環(huán)形器；31第一端口；32第二端口；33、第三端口；4起偏分光調(diào)制裝置；41第一輸出端口；42第二輸出端口；5傳感光纖環(huán)；51第一扭光纖；52第二扭光纖；6線保偏延遲光纖；7待測(cè)電流。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不排除一個(gè)或多個(gè)其它組合的存在或添加。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種薩格奈克光纖電流傳感器，包括：

光源1；

光環(huán)形器3，所述光環(huán)形器包括第一端口31、第二端口32和第三端口33，所述光環(huán)形器3的第一端口31與所述光源1的尾纖連接；

探測(cè)器2，所述光環(huán)形器3的第三端口33與所述探測(cè)器2的尾纖相連接；

起偏分光調(diào)制裝置4，其與所述光環(huán)形器3的第二端口32相連接，所述起偏分光調(diào)制裝置4包括第一輸出端口41和第二輸出端口42；

傳感光纖環(huán)5，其包括第一扭光纖51和第二扭光纖52，所述第一扭光纖51和所述第二扭光纖52的一端以0°或者90°熔接，所述第一扭光纖51和所述第二扭光纖52的另一端和所述起偏分光調(diào)制裝置4連接，所述傳感光纖環(huán)5圍繞待測(cè)電流7；所述第一輸出端口41和所述第一扭光纖51以0°或90°熔接或用光纖連接器相連，所述第二輸出端口42和所述第二扭光纖52以0°或90°熔接或用光纖連接器相連；所述第一扭光纖51和所述第二扭光纖52均具有起旋轉(zhuǎn)段、勻速旋轉(zhuǎn)段以及降速旋轉(zhuǎn)段。

其中，所述光環(huán)形器3中的光傳播方向?yàn)椋簭乃龅谝欢丝?1進(jìn)入，從所述第二端口32射出；所述光環(huán)形器3的光從所述第二端口32進(jìn)入，從所述第三端口33射出。

其中，所述第一扭光纖51和第二扭光纖52以0°熔接在一起，同時(shí)起偏分光調(diào)制裝置4的第一輸出端口41與傳感光纖環(huán)5中的第一扭光纖51之間，起偏分光調(diào)制裝置4的第二輸出端口42與傳感光纖環(huán)5中的第二扭光纖52之間，均以0°或均以90°熔接在一起或用光纖連接器相連；或者，所述第一扭光纖51和第二扭光纖52以90°熔接在一起，同時(shí)起偏分光調(diào)制裝置4的第一輸出端口41與傳感光纖環(huán)5中第一扭光纖51之間，起偏分光調(diào)制裝置4第二輸出端口42與傳感光纖環(huán)5中第二扭光纖52之間，其中一個(gè)以0°熔接在一起或用光纖連接器相連，另一個(gè)以90°熔接在一起或用光纖連接器相連。

在上述情況的基礎(chǔ)上，又一個(gè)實(shí)施例，還包括線保偏延遲光纖6，其設(shè)置在所述起偏分光調(diào)制裝置4和所述傳感光纖環(huán)5之間。

而且，所述第一扭光纖51和所述第二扭光纖52均由所述線保偏光纖6扭轉(zhuǎn)形成，且旋轉(zhuǎn)方向相反，所述第一扭光纖51和所述第二扭光纖52均具有起旋轉(zhuǎn)段、勻速轉(zhuǎn)段以及降速旋轉(zhuǎn)段。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，又一個(gè)實(shí)施例，所述起偏分光調(diào)制裝置4為Y分支多功能集成光學(xué)器件。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，又一個(gè)實(shí)施例，所述起偏分光調(diào)制裝置4為同時(shí)具有起偏、分光及相位調(diào)制功能的器件，或者為分別具有起偏、分光及相位調(diào)制功能的多個(gè)器件組合而成，其中，起偏、分光及相位調(diào)制功能的順序可以變換。

所述光源1發(fā)出的光由所述光環(huán)形器3的第一端口31進(jìn)入光環(huán)形器3，由光環(huán)形器3的第二端口32射出，由光環(huán)形器3的第二端口32射出的光進(jìn)入所述起偏分光調(diào)制裝置4，起偏為線偏振光并分為兩束，所述起偏分光調(diào)制裝置4起偏為線偏振狀態(tài)并分出的兩束光中，第一束線偏振光從所述起偏分光調(diào)制裝置4的第一輸出端口41射出，進(jìn)入傳感光纖環(huán)5，首先進(jìn)入傳感光纖環(huán)中5的第一扭光纖51，在第一扭光纖51中由線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光或橢圓偏振光再轉(zhuǎn)換回線偏振光，然后進(jìn)入在第二扭光纖52中由線偏振光轉(zhuǎn)換為與在第一扭光纖51中旋向相反的圓偏振光或橢圓偏振光再轉(zhuǎn)換回線偏振光射出傳感光纖環(huán)5，從所述起偏分光調(diào)制裝置4的第二輸出端口42返回所述起偏分光調(diào)制裝置41；第二束線偏振光從所述起偏分光調(diào)制裝置4的第二輸出端口42射出，進(jìn)入傳感光纖環(huán)5，首先進(jìn)入傳感光纖環(huán)5中的第二扭光纖52，在第二扭光纖52中由線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光或橢圓偏振光再轉(zhuǎn)換回線偏振光，然后進(jìn)入在第一扭光纖51中由線偏振光轉(zhuǎn)換為與在第二扭光纖52中旋向相反的圓偏振光或橢圓偏振光再轉(zhuǎn)換回線偏振光射出傳感光纖環(huán)5，從起偏分光調(diào)制裝置4的第一輸出端口41返回起偏分光調(diào)制裝置4；這兩束返回起偏分光調(diào)制裝置的光在起偏分光調(diào)制裝置處發(fā)生干涉，并由所述光環(huán)形器3的第二端口32進(jìn)入所述光環(huán)形器3，由所述光環(huán)形器3的第三端口33射出進(jìn)入所述探測(cè)器2；由所述探測(cè)器2檢測(cè)出變化的光強(qiáng)，經(jīng)處理后得到待測(cè)電流數(shù)值、相位、方向。

本發(fā)明具有光纖電流傳感器的無磁飽和、鐵磁諧振問題、絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絕緣性能好、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)不敏感，實(shí)用性強(qiáng)，尤其是避免了光纖耦合器有一路光纖廢棄帶來的光功率損耗，同時(shí)光環(huán)形器高達(dá)60dB以上的隔離度對(duì)削弱偏振串音噪聲對(duì)傳感器精度的影響起到明顯作用。

本發(fā)明還提供了一種薩格奈克光纖電流傳感器的電流檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟一，開啟光源，光源發(fā)出的光由光環(huán)形器的第一端口進(jìn)入所述光環(huán)形器，通過光環(huán)形器的第二端口射出；

步驟二，通過光環(huán)形器的第二端口射出的光進(jìn)入起偏分光調(diào)制裝置，起偏為線偏振光，并分為兩束，分別為第一束線偏振光和第二束線偏振光；

步驟三，第一束線偏振光從起偏分光調(diào)制裝置的第一輸出端口射出，進(jìn)入傳感光纖環(huán)中的第一扭光纖，在第一扭光纖中由線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光或者橢圓偏振光，再轉(zhuǎn)換回線偏振光，然后進(jìn)入傳感光纖環(huán)中的第二扭光纖，在第二扭光纖中由線偏振光轉(zhuǎn)換為與在第一扭光纖中旋向相反的圓偏振光或者橢圓偏振光，再轉(zhuǎn)換回線偏振光后射出傳感光纖環(huán)，從起偏分光調(diào)制裝置的第二輸出端口返回起偏分光調(diào)制裝置；

步驟四，第二束線偏振光從起偏分光調(diào)制裝置的第二輸出端口射出，進(jìn)入傳感光纖環(huán)中的第二扭光纖，在第二扭光纖中由線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光或者橢圓偏振光，再轉(zhuǎn)換回線偏振光，然后進(jìn)入傳感光纖環(huán)中的第一扭光纖，在第一扭光纖中由線偏振光轉(zhuǎn)換為與在第二扭光纖中旋向相反的圓偏振光或者橢圓偏振光，在轉(zhuǎn)換回線偏振光后射出傳感光纖環(huán)，從起偏分光調(diào)制裝置的第一輸出端口返回起偏分光調(diào)制裝置；

步驟五，在上述步驟三和步驟四中，返回起偏分光調(diào)制裝置的兩束光在起偏分光調(diào)制裝置處發(fā)生干涉，并由光環(huán)形器的第二端口進(jìn)入光環(huán)形器，通過光環(huán)形器的第三端口射出，進(jìn)入探測(cè)器；

步驟六：由探測(cè)器檢測(cè)出變化的光強(qiáng)，經(jīng)處理后得到待測(cè)電流數(shù)值、相位、方向。

其中，所述光環(huán)形器中的光從所述第一端口進(jìn)入，從所述第二端口射出；所述光環(huán)形器的光從所述第二端口進(jìn)入，從所述第三端口射出。

其中，所述傳感光纖環(huán)包括第一扭光纖和第二扭光纖，所述第一扭光纖和所述第二扭光纖均由所述線保偏光纖扭轉(zhuǎn)形成，且旋轉(zhuǎn)方向相反；所述第一扭光纖和所述第二扭光纖的一端以0°或者90°熔接，所述第一扭光纖和所述第二扭光纖的另一端和所述起偏分光調(diào)制裝置連接，所述起偏分光調(diào)制裝置包括第一輸出端口和第二輸出端口，所述第一輸出端口和所述第一扭光纖以0°或90°熔接或用光纖連接器相連，所述第二輸出端口和所述第二扭光纖以0°或90°熔接或用光纖連接器相連，所述第一扭光纖和所述第二扭光纖均具有起旋轉(zhuǎn)段、勻速旋轉(zhuǎn)段以及降速旋轉(zhuǎn)段。

其中，所述起偏分光調(diào)制裝置為Y分支多功能集成光學(xué)器件。

另外，所述起偏分光調(diào)制裝置為同時(shí)具有起偏、分光及相位調(diào)制功能的器件，或者為分別具有起偏、分光及相位調(diào)制功能的多個(gè)器件組合而成，其中，起偏、分光及相位調(diào)制功能的順序可以變換。

本發(fā)明提供的薩格奈克光纖電流傳感器的電流檢測(cè)方法，其操作簡(jiǎn)單快捷，解決了光纖光路中采用光纖耦合器造成的光功率損耗和偏振串音噪聲的問題，其用來檢測(cè)電流的薩格奈克光纖電流傳感器具有對(duì)振動(dòng)不敏感，光路功率損耗低，偏振串音小，實(shí)用可靠、設(shè)計(jì)巧妙的優(yōu)點(diǎn)。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。