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专利号: 2019110800538
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:

1.一种旋光型煤矿光纤电流传感器,其特征在于:所述传感器包括光源(1)、光纤准直器(2)、偏振片(3)、非偏振分束器(4)、导引光缆(5)、传感光纤(6)、反射镜(7)、偏振分析模块(8)和载流导体(9);

其中,导引光缆(5)的慢轴与偏振片(3)的透光轴对准,并与传感光纤(6)的慢轴对准熔接;

光源(1)的输出光经光纤准直器(2)进入偏振片(3)形成正向线偏振光,且偏振片(3)的透光轴处于水平方位;

正向线偏振光经非偏振分束器(3)和导引光缆(5)进入传感光纤(6),在传感光纤(6)中正向线偏振光发生第一次法拉第旋转,旋转角度与载流导体(9)上的待测电流成正比;

正向线偏振光传输至反射镜(7)并反射后形成反向线偏振光,反向线偏振光返回传感光纤(6),在传感光纤(6)中反向线偏振光发生第二次法拉第旋转,第一次和第二次法拉第旋转的大小和方向相同,反向线偏振光返回导引光缆(5)并分解到导引光缆(5)的快、慢轴上,沿导引光缆(5)的快、慢轴传输的光依次经过光纤准直器(2)和非偏振分束器(4)进入偏振分析模块(8);

从偏振片(3)输出的正向线偏振光矢量为Ein=[1;1;0;0],导引光缆(5)的穆勒矩阵Mδ1为[1 0 0 0;0 1 0 0;0 0 cosδ-sinδ;0 0 sinδ cosδ],传感光纤(6)的穆勒矩阵Mf1为[1 0 

0 0;0 cos2F-sin2F 0;0 sin2F cos2F 0;0 0 0 1],反射镜(7)的穆勒矩阵Mm为[1 0 0 0;

0 1 0 0;0 0 -1 0;0 0 0 -1];针对反向线偏振光,传感光纤(6)的穆勒矩阵Mf2为[1 0 0 

0;0 cos2F sin2F 0;0 -sin2F cos2F 0;0 0 0 1],导引光缆(5)的穆勒矩阵Mδ2=Mδ1;因此,进入偏振分析模块(8)的光矢量定义为Eout,即:Eout=Mδ2Mf2MmMf1Mδ1·Ein=[1;cos4F;-sin4Fcosδ;-sin4Fsinδ]Eout中,F为法拉第旋转角,偏振分析模块(8)得到Eout的四个元素值,通过对第三元素-sin4Fcosδ和第四元素-sin4Fsinδ的平方求和得到(sin4F)2,由于F值很小,所以对(sin4F)2开方并进行反正弦运算后能确定唯一的F值,根据法拉第旋光效应F=VNI进一步求得待测电流I=F/(VN),其中,V为传感光纤的费尔德常数,N为传感光纤的绕制匝数,V和N均为已知量。