專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光纖電流傳感器線(xiàn)圈及基于該線(xiàn)圈的光纖電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電流傳感器，尤其涉及一種光纖電流傳感器線(xiàn)圈及基于該線(xiàn)圈的光纖電流傳感器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)電磁式電流傳感器逐漸暴露出了嚴(yán)重的缺陷，不能滿(mǎn)足高壓、超高壓電網(wǎng)的需要。傳統(tǒng)電磁式電流傳感器的缺點(diǎn)體積大、重量大；有磁飽和、鐵磁諧振問(wèn)題；絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高；絕緣成本隨電壓等級(jí)提高急劇增長(zhǎng)；輸出為模擬量，不易與數(shù)字設(shè)備連接；存在潛在的爆炸危險(xiǎn)。 目前有一種干涉型光纖電流傳感器作為傳統(tǒng)鐵磁式電流傳感器最為可能的換代產(chǎn)品而備受關(guān)注。與傳統(tǒng)鐵磁式電流傳感器相比，干涉型光纖電流傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)體積小、重量輕；動(dòng)態(tài)范圍大、測(cè)量精度高；無(wú)磁飽和、鐵磁諧振問(wèn)題；絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絕緣性能好，絕緣成本低；絕緣成本隨電壓等級(jí)提高增加極小；輸出為數(shù)字量，易與數(shù)字設(shè)備連接；無(wú)潛在爆炸危險(xiǎn)。但是這種干涉型光纖電流傳感器具有一個(gè)缺陷其電流傳感線(xiàn)圈同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)敏感。很小的轉(zhuǎn)動(dòng)就可能對(duì)電流輸出值有較大影響。對(duì)電力系統(tǒng)而言，電流傳感器的重要應(yīng)用場(chǎng)所是在變電站，變電站中電流傳感器的傳感頭部分在室外，難以避免振動(dòng)造成的傳感線(xiàn)圈微小轉(zhuǎn)動(dòng)，這嚴(yán)重影響了干涉型光纖電流傳感器的測(cè)量精度，從而阻礙了干涉型光纖電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用。因此，為滿(mǎn)足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求，促進(jìn)干涉型光纖電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用，急需解決干涉型光纖電流傳感器的傳感線(xiàn)圈對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)敏感的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種測(cè)量精度高、體積小、重量輕、且對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)完全不敏感或較不敏感的光纖電流傳感器線(xiàn)圈及基于該線(xiàn)圈的光纖電流傳感器。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是本實(shí)用新型提供了一種光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特殊之處在于所述光纖電流傳感器線(xiàn)圈包括偏振旋向轉(zhuǎn)換器、繞制在待測(cè)電流導(dǎo)體上的第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)；所述第一類(lèi)光纖環(huán)與第二類(lèi)光纖環(huán)在待測(cè)電流導(dǎo)體上的繞制方向相反；所述第一類(lèi)光纖環(huán)通過(guò)偏振旋向轉(zhuǎn)換器與第二類(lèi)光纖環(huán)連接。上述第一類(lèi)光纖環(huán)與第二類(lèi)光纖環(huán)的匝數(shù)和環(huán)繞面積滿(mǎn)足以下關(guān)系式E (NliXSli) =E (N2iXS2i)其中Nli是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)，Sli是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)環(huán)繞的面積，N2i是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)，[0014]S2i是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)環(huán)繞的面積。上述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)處于平行平面或同一平面。上述第一類(lèi)光纖環(huán)與第二類(lèi)光纖環(huán)均包括一個(gè)或多個(gè)的光纖環(huán)。上述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)均包括多個(gè)光纖環(huán)時(shí)，所述第一類(lèi)光纖環(huán)的所有光纖環(huán)均處于平行平面或同一平面；所述第二類(lèi)光纖環(huán)的所有光纖環(huán)均處于平行平面或同一平面。上述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)安裝面盡可能保證為平行面，并優(yōu)先選擇同一平面；上述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)的幾何軸心盡可能保證為平行線(xiàn)，并優(yōu)先選擇使幾何軸心為同一軸線(xiàn)，這是為了便于保證第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一致；所述光纖環(huán)的幾何軸心為垂直于光纖環(huán)所在平面并通過(guò)光纖環(huán)圓心的直線(xiàn)。 上述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)所采用的光纖均是能夠傳播圓偏振光或橢圓偏振光的光纖，并優(yōu)先選用同時(shí)具有在傳播圓偏振光或橢圓偏振光時(shí)保持光波的偏振態(tài)的能力的光纖，最優(yōu)先選用同時(shí)具有將一般光波起偏為圓偏振光或橢圓偏振光的能力的光纖。上述光纖電流傳感器線(xiàn)圈米用的光纖為不具有將光波起偏為圓偏振光或橢圓偏振光的能力的光纖時(shí)，上述光纖電流傳感器線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)包括裝置在傳感光纖兩端的橢圓/圓起偏器；上述傳感線(xiàn)圈采用的光纖為具有將光波起偏為橢圓/圓偏振光的能力的光纖時(shí)，此時(shí)在傳感光纖兩端可以不裝橢圓/圓起偏器。所述橢圓/圓起偏器是將光波起偏為橢圓或圓偏振光的橢圓/圓起偏器；上述光纖電流傳感器線(xiàn)圈還包括線(xiàn)圈骨架；所述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)以相反的方向繞制在線(xiàn)圈骨架上，以保持各個(gè)光纖環(huán)之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一致。一種光纖電流傳感器，其特殊之處在于所述光纖電流傳感器包括如上所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈、光源、光分束器以及光探測(cè)器；所述光源以及光探測(cè)器通過(guò)光分束器與光纖電流傳感器線(xiàn)圈相連。所述光分束器是光稱(chēng)合器、光偏振分束器或Y波導(dǎo)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型首先保留了干涉型光纖電流傳感器的諸多優(yōu)點(diǎn)，如體積小、重量輕；動(dòng)態(tài)范圍大、測(cè)量精度高；無(wú)磁飽和、鐵磁諧振問(wèn)題；絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絕緣性能好，絕緣成本低；絕緣成本隨電壓等級(jí)提高增加極?。惠敵鰹閿?shù)字量，易與數(shù)字設(shè)備連接；無(wú)潛在爆炸危險(xiǎn)。同時(shí)突破了干涉型光纖電流傳感器的應(yīng)用瓶頸，本實(shí)用新型的干涉電流傳感器的電流傳感線(xiàn)圈對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)完全不敏感或較不敏感，外部環(huán)境擾動(dòng)，例如風(fēng)吹引起的傳感線(xiàn)圈微小轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì)對(duì)傳感器的電流傳感器測(cè)量精度造成較明顯的影響。本實(shí)用新型促進(jìn)了干涉型光纖電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用。本實(shí)用新型解決了目前光纖電流傳感器對(duì)振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)不敏感等技術(shù)問(wèn)題，例如，高壓線(xiàn)路分布在室外，由于刮風(fēng)或振動(dòng)，高壓導(dǎo)線(xiàn)會(huì)晃動(dòng)，從而引起電流傳感器傳感部分振動(dòng)。Sagnac式光纖電流傳感器傳感部分敏感到振動(dòng)時(shí)，輸出隨之發(fā)生變化，而本實(shí)用新型的光纖電流傳感器在傳感部分晃動(dòng)時(shí)，輸出不會(huì)發(fā)生變化。因?yàn)镾agnac效應(yīng)使光程變長(zhǎng)或還是變短的由光波傳播方向和光路轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否相同決定，與光波的偏振狀態(tài)無(wú)關(guān)，而本實(shí)用新型中的光纖線(xiàn)圈包括在待測(cè)電流導(dǎo)體上的繞制方向相反并通過(guò)偏振旋向轉(zhuǎn)換器相連接的第一類(lèi)光纖環(huán)和第二類(lèi)光纖環(huán)，當(dāng)發(fā)生振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以偏振旋向轉(zhuǎn)換器為分界，光纖光路的光傳播方向相反，光波在第一類(lèi)光纖環(huán)中傳播方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同(相反)時(shí)，在第二類(lèi)光纖環(huán)的傳播方向則與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反(相同)。這樣以偏振旋向轉(zhuǎn)換器為分界，光波在第一類(lèi)光纖環(huán)中因Sagnac效應(yīng)而光程變長(zhǎng)，在第二類(lèi)光纖環(huán)中則因Sagnac效應(yīng)而光程變短，有以下關(guān)系E (NliXSli) =E (N2iXS2i) 其中Nli是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)，Sli是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)環(huán)繞的面積，N2i是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)，S2i是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)環(huán)繞的面積。Sagnac效應(yīng)恰好完全抵消。消除了 Sagnac效應(yīng)后，傳感器中的兩束光波的光程差只與電流大小有關(guān)，相遇時(shí)的相位差也只與電流大小有關(guān)，相位差與電流大小成正比測(cè)出某一時(shí)刻的相位差就可以知道該時(shí)刻相應(yīng)的電流大小。因此，本實(shí)用新型的光纖電流傳感器消除了 Sagnac效應(yīng)，對(duì)振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)不敏感。

圖I是本實(shí)用新型所提供線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的示意圖；圖2是本實(shí)用新型所提供線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例的示意圖；圖3是本實(shí)用新型基于圖I所提供線(xiàn)圈的光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型基于圖2所提供線(xiàn)圈的光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種以光纖傳感線(xiàn)圈進(jìn)行電流傳感的干涉型光纖電流傳感器線(xiàn)圈，該傳感線(xiàn)圈I中包括偏振旋向轉(zhuǎn)換器、繞制在待測(cè)電流導(dǎo)體上的第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)；所述第一類(lèi)光纖環(huán)與第二類(lèi)光纖環(huán)均可能包括一個(gè)或一個(gè)以上的光纖環(huán)；所述第一類(lèi)光纖環(huán)與第二類(lèi)光纖環(huán)在待測(cè)電流導(dǎo)體上的繞制方向相反；所述第一類(lèi)光纖環(huán)通過(guò)偏振旋向轉(zhuǎn)換器與第二類(lèi)光纖環(huán)連接。上述第一類(lèi)光纖環(huán)與第二類(lèi)光纖環(huán)的匝數(shù)和環(huán)繞面積滿(mǎn)足以下關(guān)系式S (NliXSli) = S (N2i X S2i)其中Nli是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)，Sli是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)環(huán)繞的面積，N2i是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)，S2i =第二類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)環(huán)繞的面積。參見(jiàn)圖I和圖2，在本實(shí)用新型的這種技術(shù)解決方案中，在一種特例的實(shí)施情況中，傳感線(xiàn)圈中繞制在待測(cè)電流導(dǎo)體上由偏振旋向轉(zhuǎn)換器連接的第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)中均只包含一個(gè)光纖環(huán)第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4，沒(méi)有其它光纖環(huán)；第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4之間由一個(gè)偏振旋向轉(zhuǎn)換器2連接；并且這兩個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)和環(huán)面積滿(mǎn)足以下關(guān)系式N11XS11 = N21X S21，這里N11是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3的匝數(shù)，S11是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3環(huán)繞的面積，N21是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4的匝數(shù)S21是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4環(huán)繞的面積。此時(shí)第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4的連接方式保證了光波在第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4中的傳播狀態(tài)滿(mǎn)足 先經(jīng)過(guò)其中第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3并在第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3中繞所述電流導(dǎo)體7以逆時(shí)針?lè)较騻鞑サ墓獠?1將在第二類(lèi)光纖環(huán)中的第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4中繞所述電流導(dǎo)體7以順時(shí)針?lè)较騻鞑?；先?jīng)過(guò)其中第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3并在第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3中繞所述電流導(dǎo)體7以順時(shí)針?lè)较騻鞑サ墓獠▽⒃诘诙?lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4中繞所述電流導(dǎo)體7以逆時(shí)針?lè)较騻鞑ィ@種情況并未在圖I中給出；先經(jīng)過(guò)其中第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4并在第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4中繞所述電流導(dǎo)體7以逆時(shí)針?lè)较騻鞑サ墓獠?2將在第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3中繞所述電流導(dǎo)體7以順時(shí)針?lè)较騻鞑ィ幌冉?jīng)過(guò)其中第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4并在第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4中繞所述電流導(dǎo)體7以順時(shí)針?lè)较騻鞑サ墓獠▽⒃诘谝活?lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3中繞所述電流導(dǎo)體7以逆時(shí)針?lè)较騻鞑?，這種情況并未在圖I中給出。上述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)安裝面盡可能保證為平行面，并優(yōu)先選擇同一平面；上述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)的幾何軸心盡可能保證為平行線(xiàn)，并優(yōu)先選擇使幾何軸心為同一軸線(xiàn)，這是為了便于保證第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一致，光纖環(huán)的幾何軸心為垂直于光纖環(huán)所在平面并通過(guò)光纖環(huán)圓心的直線(xiàn)。參考圖I和圖2，光纖電流傳感器線(xiàn)圈I僅包括第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4的情況，第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4的幾何軸心為同一軸線(xiàn)。圖I中第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4安裝面為同一平面內(nèi)；圖2中第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4安裝面為平行面。見(jiàn)圖2，在第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)中均只包含一個(gè)光纖環(huán)第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4的這種實(shí)施情況中第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4可能具有相同的匝數(shù)和相同的面積。第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)所采用的光纖均是能夠傳播圓偏振光或橢圓偏振光的光纖，例如圖I和圖2中的第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3和第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4米用的光纖,并優(yōu)先選用同時(shí)具有在傳播圓偏振光或橢圓偏振光時(shí)保持光波的偏振態(tài)的能力的光纖，最優(yōu)先選用同時(shí)具有將一般光波起偏為圓偏振光或橢圓偏振光的能力的光纖。[0061]參考圖2，所述光纖電流傳感器線(xiàn)圈I還包括線(xiàn)圈骨架13 ;所述第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)3以及第二類(lèi)光纖環(huán)中的第一類(lèi)光纖環(huán)中的第一個(gè)光纖環(huán)4以相反的方向繞制在線(xiàn)圈骨架上，以保持各個(gè)光纖環(huán)之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一致。所述光纖電流傳感器線(xiàn)圈米用的光纖為不具有將光波起偏為圓偏振光或橢圓偏振光的能力的光纖時(shí)，所述光纖電流傳感器線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)包括裝置在傳感光纖兩端的橢圓/圓起偏器5和6，參考圖I和圖2，該橢圓/圓起偏器5和6的作用為將光波起偏為橢圓/圓偏振光；所述傳感線(xiàn)圈采用的光纖為具有將光波起偏為橢圓/圓偏振光的能力的光纖時(shí)，此時(shí)在傳感光纖兩端可以不裝橢圓/圓起偏器5和6。所述傳感線(xiàn)圈采用的光纖可能是退火光纖，進(jìn)行過(guò)退火以降低繞制環(huán)路時(shí)不可避免的彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力。制作該傳感線(xiàn)圈采用的光纖也可能是扭光纖，在光纖制成后進(jìn)行扭轉(zhuǎn)以產(chǎn)生橢圓雙折射或圓雙折射來(lái)抑制線(xiàn)性雙折射；制作該傳感線(xiàn)圈采用的光纖也可能是旋轉(zhuǎn)光纖，在拉制光纖時(shí)即進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生橢圓雙折射或圓雙折射來(lái)抑制線(xiàn)性雙折射。參見(jiàn)圖3和圖4，在本實(shí)用新型在提出線(xiàn)圈的基礎(chǔ)上還提供了基于該線(xiàn)圈的干涉型光纖電流傳感器，該傳感器可能還包括一個(gè)光源8、一個(gè)連接光源和傳感線(xiàn)圈的光分束器10、和一個(gè)用來(lái)探測(cè)返回光之間干涉光強(qiáng)的光探測(cè)器9。該光分束器10可能為光耦合器、光偏振分束器，Y波導(dǎo)等能夠?qū)崿F(xiàn)光波分束功能的光分束器。在本實(shí)用新型的這種技術(shù)解決方案中所述的偏振旋向轉(zhuǎn)換器，例如圖I、圖2、圖
3、圖4中的偏振旋向轉(zhuǎn)換器7是以在兩個(gè)互相垂直的線(xiàn)偏振光之間附加2N+1(N = 0、1、2、
3......)個(gè)弧度相位差的方式，或者以其他方式實(shí)現(xiàn)圓偏振光或橢圓偏振光的旋向的
轉(zhuǎn)換，即將左旋橢圓/圓偏振光轉(zhuǎn)化為右旋橢圓/圓偏振光，或?qū)⒂倚龣E圓/圓偏振光轉(zhuǎn)化為左旋橢圓/圓偏振光的器件。本實(shí)用新型解決了目前光纖電流傳感器對(duì)振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)不敏感等技術(shù)問(wèn)題，例如，高壓線(xiàn)路分布在室外，由于刮風(fēng)或振動(dòng)，高壓導(dǎo)線(xiàn)會(huì)晃動(dòng)，從而引起電流傳感器傳感部分振動(dòng)。Sagnac式光纖電流傳感器傳感部分敏感到振動(dòng)時(shí)，輸出隨之發(fā)生變化，而本實(shí)用新型的光纖電流傳感器在傳感部分晃動(dòng)時(shí)，輸出不會(huì)發(fā)生變化。因?yàn)镾agnac效應(yīng)使光程變長(zhǎng)或還是變短的由光波傳播方向和光路轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否相同決定，與光波的偏振狀態(tài)無(wú)關(guān)，而本實(shí)用新型中的光纖線(xiàn)圈包括在待測(cè)電流導(dǎo)體上的繞制方向相反并通過(guò)偏振旋向轉(zhuǎn)換器相連接的第一類(lèi)光纖環(huán)和第二類(lèi)光纖環(huán)，當(dāng)發(fā)生振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以偏振旋向轉(zhuǎn)換器為分界，光纖光路的光傳播方向相反，光波在第一類(lèi)光纖環(huán)中傳播方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同(相反)時(shí)，在第二類(lèi)光纖環(huán)的傳播方向則與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反(相同)。這樣以偏振旋向轉(zhuǎn)換器為分界，光波在第一類(lèi)光纖環(huán)中因Sagnac效應(yīng)而光程變長(zhǎng)，在第二類(lèi)光纖環(huán)中則因Sagnac效應(yīng)而光程變短，有以下關(guān)系E (NliXSli) =E (N2iXS2i)其中Nli是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)，Sli是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)環(huán)繞的面積，N2i是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)，S2i是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)環(huán)繞的面積。消除了 Sagnac效應(yīng)后，傳感器中的兩束光波的光程差只與電流大小有關(guān)，相遇時(shí)的相位差也只與電流大小有關(guān)，相位差與電流大小成正比測(cè)出某一時(shí)刻的相位差就可以知道該時(shí)刻相應(yīng)的電流大小。本實(shí)用新型的光纖電流傳感器線(xiàn)圈，消除了或部分消除了 Sagnac效應(yīng)，因而對(duì)振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)完全不敏感或較敏感，解決了光纖電流傳感器的應(yīng)用瓶頸，使光纖電流傳感器具有了實(shí)用性。·
權(quán)利要求1.一種光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特征在于所述光纖電流傳感器線(xiàn)圈包括偏振旋向轉(zhuǎn)換器、繞制在待測(cè)電流導(dǎo)體上的第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)；所述第一類(lèi)光纖環(huán)與第二類(lèi)光纖環(huán)在待測(cè)電流導(dǎo)體上的繞制方向相反；所述第一類(lèi)光纖環(huán)通過(guò)偏振旋向轉(zhuǎn)換器與第二類(lèi)光纖環(huán)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特征在于所述第一類(lèi)光纖環(huán)與第二類(lèi)光纖環(huán)的匝數(shù)和環(huán)繞面積滿(mǎn)足以下關(guān)系式I (NliX S n)=2 (N2iX S 2i) 其中 Nli是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)； S n是第一類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)環(huán)繞的面積； N2i是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)的匝數(shù)； S 2i是第二類(lèi)光纖環(huán)中的第i個(gè)光纖環(huán)環(huán)繞的面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特征在于所述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)處于平行平面或同一平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特征在于所述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)均包括一個(gè)或多個(gè)光纖環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特征在于所述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)均包括多個(gè)光纖環(huán)時(shí)，所述第一類(lèi)光纖環(huán)的所有光纖環(huán)均處于平行平面或同一平面；所述第二類(lèi)光纖環(huán)的所有光纖環(huán)均處于平行平面或同一平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特征在于所述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)中所有光纖環(huán)的幾何軸心是平行線(xiàn)或處于同一軸線(xiàn)；所述光纖環(huán)的幾何軸心為垂直于光纖環(huán)所在平面并通過(guò)光纖環(huán)圓心的直線(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特征在于所述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)所采用的光纖均是能夠傳播圓偏振光或橢圓偏振光的光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特征在于所述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)所采用的光纖均是在傳播圓偏振光或橢圓偏振光時(shí)并保持光波的偏振態(tài)的能力的光纖。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特征在于所述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)所采用的光纖尤其是將一般光波起偏為圓偏振光或橢圓偏振光的能力的光纖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈，其特征在于所述光纖電流傳感器線(xiàn)圈還包括線(xiàn)圈骨架；所述第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)以相反的方向繞制在線(xiàn)圈骨架上。
11.一種光纖電流傳感器，其特征在于所述光纖電流傳感器包括如權(quán)利要求1-10任一權(quán)利要求所述的光纖電流傳感器線(xiàn)圈、光源、光分束器以及光探測(cè)器；所述光源以及光探測(cè)器通過(guò)光分束器與光纖電流傳感器線(xiàn)圈相連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光纖電流傳感器，其特征在于所述光纖電流傳感器還包括設(shè)置在光分束器以及光纖電流傳感器之間的起偏器；所述起偏器是將光波起偏為橢圓或圓偏振光的橢圓或圓起偏器；所述光分束器是光稱(chēng)合器、光偏振分束器或Y波導(dǎo)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種光纖電流傳感器線(xiàn)圈及基于該線(xiàn)圈的光纖電流傳感器，該光纖電流傳感器線(xiàn)圈包括偏振旋向轉(zhuǎn)換器、繞制在待測(cè)電流導(dǎo)體上的第一類(lèi)光纖環(huán)以及第二類(lèi)光纖環(huán)；第一類(lèi)光纖環(huán)與第二類(lèi)光纖環(huán)在待測(cè)電流導(dǎo)體上的繞制方向相反；第一類(lèi)光纖環(huán)通過(guò)偏振旋向轉(zhuǎn)換器與第二類(lèi)光纖環(huán)連接。本實(shí)用新型提供了一種測(cè)量精度高、體積小、重量輕、且對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)完全不敏感或較不敏感的光纖電流傳感器線(xiàn)圈及基于該線(xiàn)圈的光纖電流傳感器。
文檔編號(hào)G01R15/00GK202522608SQ20122001849
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者劉尚波, 徐金濤, 王嘉, 王英利, 石念寶 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所