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专利号: 2020101154854
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:

1.一种单模光纤引导的煤矿/地铁光纤无源电流传感器,其特征在于:包括SLD光源(1)、准直透镜(31)、偏振片(4)、第一1/4波片(5)、分光器(6)、第一聚焦透镜(32)、第二聚焦透镜(33)、第三聚焦透镜(34)、第二1/4波片(7)、传感光纤(8)、反射镜(9)、载流导体(10)、偏振分束器(11)和控制单元(12);

将SLD光源(1)和控制单元(12)封装成信号激发处理模块(13)并安装在监测现场的低压侧,将准直透镜(31)、偏振片(4)、第一1/4波片(5)、分光器(6)、第一聚焦透镜(32)、第二聚焦透镜(33)、第三聚焦透镜(34)、保偏光纤(22)、第二1/4波片(7)、传感光纤(8)、反射镜(9)、载流导体(10)和偏振分束器(11)封装成传感模块(14)并安装在监测现场的高压侧,传感光纤8末端连接反射镜9,传感光纤8形成环,穿过载流导体10,信号激发处理模块(12)和传感模块(13)之间通过单模光纤(21)引导;

SLD(1)与准直透镜(31)通过单模光纤(21)连接,控制单元(12)与第一聚焦透镜(32)、第二聚焦透镜(33)通过单模光纤(21)连接,第三聚焦透镜(34)与第二1/4波片(7)通过保偏光纤(22)连接,偏振片(4)的透光轴与第一1/4波片(5)的偏振主轴之间的夹角为45°,第一

1/4波片(5)的偏振主轴与保偏光纤(22)的偏振主轴平行,保偏光纤(22)的偏振主轴与第二

1/4波片(7)的偏振主轴之间的夹角成45°,偏振分束器(11)的偏振主轴与保偏光纤(22)的偏振主轴成45°;

SLD光源(1)的输出光依次经过准直透镜(31)和偏振片(4)后形成线偏振光,所形成的线偏振光经过第一1/4波片(5)后分解成相位差为90°的两束正交线偏振光,这两束正交线偏振光经过分光器(6)、第三聚焦透镜(34)、保偏光纤(22)、第二1/4波片(7)后分别形成旋向相反的两束圆偏振光,这两束圆偏振光进入传感光纤(8)并被传感光纤(8)末端的反射镜(9)作用后返回传感光纤(8),返回的两束圆偏振光再次经过第二1/4波片(7)并被转化为两束正交的线偏振光,然后依次返回保偏光纤(22)、第三聚焦透镜(34)、分光器(6)进入偏振分束器(11),由于保偏光纤(22)的偏振主轴与偏振分束器(11)的偏振主轴成45°,选择保偏光纤(22)的偏振主轴构建本征坐标系,这两束返回的正交线偏振光将在本征坐标系中的

45°方位和135°方位发生两次干涉,这两次干涉光由偏振分束器(11)分别输出,并经过第一聚焦透镜(32)和第二聚焦透镜(33)传输至控制单元(12)检测。

2.根据权利要求1所述的一种单模光纤引导的煤矿/地铁光纤无源电流传感器的控制方法,其特征在于:

光从SLD光源(1)向反射镜(9)传播的过程中,SLD光源(1)的输出光矢量为Ein=[Ex;Ey],偏振片(4)的琼斯矩阵为Jp,第一1/4波片(5)的琼斯矩阵为Jx,保偏光纤(22)的琼斯矩阵为Jy1,第二1/4波片(7)的琼斯矩阵为Jb1,传感光纤(8)的琼斯矩阵为Jf1,反射镜(9)的琼斯矩阵为Jm;

光从反射镜(9)向偏振分束器(11)传播的过程中,传感光纤(8)的琼斯矩阵为Jf2,第二

1/4波片(7)的琼斯矩阵为Jb2,保偏光纤(22)的琼斯矩阵为Jy2,偏振分束器的(11)的琼斯矩阵为Jq1和Jq2;

在传感器光路中涉及的45°夹角对应的琼斯矩阵为J45,因此,所述琼斯矩阵分别如下所示:

式中:F为载流导体(10)上待测电流所激发磁场在传感光纤(8)中两束圆偏振光之间产生的法拉第相移,F=VNI,V为传感光纤(8)的费尔德常数,N为传感光纤(8)的绕制匝数,I为载流导体(10)上待测电流;δ为两束正交线偏振光经过保偏光纤(22)所产生的相位差,因此,第一聚焦透镜(32)输出的光矢量定义为Eout1,而第二聚焦透镜(33)输出的光矢量定义为Eout2,即:Eout1=Jq1·J45·Jy2·Jb2·Jf2·Jm·Jf1·Jb1·Jy1·Jx·J45·Jp·EinEout2=Jq2·J45·Jy2·Jb2·Jf2·Jm·Jf1·Jb1·Jy1·Jx·J45·Jp·Ein根据马吕斯定理可知:

其中,Ex为输入光矢量在水平方向的振幅,将光功率P1和P2输入控制单元(12)并进行差除和解算,利用解算结果反算出待测电流I,即: