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专利号: 2019109829677
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于偏振分析的煤矿光纤电流传感器,其特征在于:包括光源(1)、偏振片(2)、分光棱镜(3)、准直透镜(4)、导引光缆(5)、1/4波片(6)、传感光纤环(7)、平面镜(8)、载流导体(9)和偏振分析仪(10);其中,光源(1)的输出光经过偏振片(2)形成线偏振光,从偏振片(2)输出的线偏振光经分光棱镜(3)的直角面反射后进入准直透镜(4),从准直透镜(4)输出的线偏振光依次通过导引光缆(5)、1/4波片(6)和传感光纤环(7),由平面镜(8)反射后依次返回传感光纤环(7)、1/4波片(6)、导引光缆(5)和准直透镜(4);当待测电流在载流导体(9)上流通时,对于返回至准直透镜(4)的偏振光,其正交分量的相位差与待测电流成正比;返回至准直透镜(4)的偏振光射向分光棱镜(3)的另一个直角面并反射进入偏振分析仪(10),由偏振分析仪(10)获得与待测电流成正比的相位差。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏振分析的煤矿光纤电流传感器,其特征在于:所述偏振片(2)的消光比≥1000:1,偏振片(2)的透光轴相对于横截面的水平/竖直中心线呈45度,从偏振片(2)输出的线偏振光经分光棱镜(3)的直角面反射以后,其振动面方位与准直透镜(4)横截面的水平/竖直中心线呈45度。

3.根据权利要求1所述的一种基于偏振分析的煤矿光纤电流传感器,其特征在于:入射光从准直透镜(4)向平面镜(8)传播的过程中,准直透镜(4)的线偏振矢量为Ein=[1;0;1;

0],导引光缆(5)的穆勒矩阵为Mδ,1/4波片(6)的穆勒矩阵为Mp1,传感光纤环(7)的穆勒矩阵为Mf1;光从平面镜(8)返回准直透镜(4)的过程中,传感光纤环(7)的穆勒矩阵为Mf2,1/4波片(6)的穆勒矩阵为Mp2,导引光缆(5)的穆勒矩阵为Mδ;平面镜(8)的穆勒矩阵为Mm。所述的穆勒矩阵分别如下所示:式中,δ为导引光缆(5)对偏振光的正交分量所引入的相位差,f为载流导体(9)上待测电流所激发磁场产生的法拉第相移,f=VNI,其中,V为传感光纤环(7)的费尔德常数,N为传感光纤环(7)的绕制匝数,I为载流导体(9)上待测电流;准直透镜(4)的反向输出光矢量定义为Eout,即:Eout=Mδ·Mp2·Mf2·Mm·Mf1·Mp1·Mδ·Ein=[1;0;-cos(4f);sin(4f)]

Eout所表征的斯托克斯矢量的四个元素结果利用偏振分析仪(10)获得,由于法拉第相移f很小,所以Eout中的第四个元素sin(4f)约等于4f,进一步根据f=VNI,且V和N是已知量,最终获得待测电流I。