本發(fā)明涉及的是一種高靈敏度的光學(xué)諧振腔電流傳感系統(tǒng)，具體涉及的是一種基于含磁致伸縮介質(zhì)的柱狀回音壁模式(whisperinggallerymode，wgm)光學(xué)諧振腔和線圈的交變電流傳感系統(tǒng)，屬于光學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

wgm光學(xué)諧振腔相比普通光學(xué)諧振腔相比，光學(xué)品質(zhì)因數(shù)更高。同時兼具光學(xué)諧振腔的高集成度及低功耗的優(yōu)點，可應(yīng)用于磁場、溫度和折射率等物理量的監(jiān)測。同時，它可與光纖系統(tǒng)集成，適用于強電磁干擾環(huán)境和遠(yuǎn)程監(jiān)測之中。目前電力和繼電保護系統(tǒng)等各種系統(tǒng)中對于電流的檢測能力要求都很高，由于光學(xué)諧振腔具有高探測精度和寬頻帶、的優(yōu)點，可用于高精度的電流測量。我們設(shè)計了一種柱狀wgm光學(xué)諧振腔交變電流傳感系統(tǒng)，能夠精確測量交變電流信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種高靈敏度柱狀回音壁模式光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)。

高靈敏度柱狀回音壁模式光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光器、隔離器、衰減器、電光調(diào)制器、偏振控制器、光纖錐、內(nèi)含磁致伸縮介質(zhì)的諧振腔、盒子、探測器、穩(wěn)頻系統(tǒng)和譜儀；

所述的磁致伸縮介質(zhì)通過膠水固定在諧振腔內(nèi)，激光器的發(fā)射端與隔離器的輸入端連接，隔離器的輸出端與衰減器的輸入端連接，衰減器的輸出端與電光調(diào)制器的輸入端連接，電光調(diào)制器的輸出端與光纖錐輸入端之間的光纖上設(shè)置有偏振控制器；光纖錐中的光場通過倏逝波耦合的方式進入諧振腔，在諧振腔內(nèi)形成回音壁模式，腔內(nèi)光場經(jīng)光纖錐耦合輸出至探測器的接收端；所述的光纖錐、內(nèi)含磁致伸縮介質(zhì)的諧振腔、線圈設(shè)置在盒子內(nèi)；

探測器輸出的信號進入穩(wěn)頻系統(tǒng)，穩(wěn)頻系統(tǒng)輸出反饋電壓將激光器的輸出波長鎖定在諧振腔的諧振波長上；同時，探測器輸出的交流信號送入譜儀的接收端。傳感系統(tǒng)中激光器、隔離器、衰減器、電光調(diào)制器、偏振控制器、光纖錐、探測器之間的連接均采用光纖連接；電光調(diào)制器與穩(wěn)頻系統(tǒng)、探測器與穩(wěn)頻系統(tǒng)、穩(wěn)頻系統(tǒng)與激光器、探測器與譜儀之間均使用兩端口通用的電學(xué)線纜連接；待測電流設(shè)置在磁致伸縮介質(zhì)內(nèi)；待測電流的變化導(dǎo)致磁場發(fā)生形變，磁致伸縮介質(zhì)感受到的磁場發(fā)生形變，導(dǎo)致諧振腔的腔長發(fā)生變化，因而譜儀測得的功率譜強度發(fā)生變化，借此可解調(diào)輸入交變電流的強度和頻率；

所述的光纖錐的錐區(qū)部分的截面直徑小于輸入光波長，保證光場可以耦合進入諧振腔即可；

所述的諧振腔結(jié)構(gòu)與光纖錐始終處于耦合狀態(tài)；

所述的諧振腔的外表面存在倏逝波。

作為優(yōu)選，所述的待測電流由電流-磁場轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)化為磁場，電流-磁場轉(zhuǎn)化裝置包括內(nèi)含鐵芯的線圈和導(dǎo)線，內(nèi)含鐵芯的線圈設(shè)置在盒子內(nèi)，含鐵芯的線圈通過導(dǎo)線與電源連接，電流變化導(dǎo)致線圈產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化。

所述的線圈是電流感知單元，將感知的電流轉(zhuǎn)化為磁場。

所述的諧振腔結(jié)構(gòu)是磁場傳感單元，感知電流產(chǎn)生的磁場的變化。

所述的激光器的波段選用通訊波段，與探測器的接收波段相匹配。

所述的磁致伸縮介質(zhì)為terfenol-d或其它的在磁場作用下能夠伸縮的介質(zhì)。

所述的電光調(diào)制器的工作頻率為將激光器輸出波長鎖定在諧振腔的諧振波長處；所述的偏振控制器的偏振狀態(tài)要保證光學(xué)模式的光學(xué)品質(zhì)因數(shù)最高；所述的衰減器要保證到達(dá)探測器的光強在探測器的工作范圍內(nèi)；所述的穩(wěn)頻系統(tǒng)要保證獲得滿足器件要求的穩(wěn)頻效果；所述的譜儀的探測頻帶選擇覆蓋需探測的交變電流的頻帶。

諧振腔固定在盒子內(nèi)，利用光纖錐將光耦合進入諧振腔內(nèi)，在光纖錐與盒子接觸位置滴入紫外固化膠，繼續(xù)調(diào)整光纖錐的位置至最佳的耦合狀態(tài)，利用紫外燈照射使膠水固化，進而固定光纖錐的位置。

本發(fā)明中的傳感系統(tǒng)在進行交變電流傳感時具有很高的靈敏度。同時，該系統(tǒng)主要由光纖構(gòu)建，體積小，易于集成，可進行遠(yuǎn)程探測所需的電流信息。

附圖說明

圖1為發(fā)明的高靈敏度柱狀wgm光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式進一步闡明本發(fā)明的實質(zhì)性特點和顯著進步，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施方式：

具體實施方式一：如圖1所示，本實施方式所述的高靈敏度柱狀wgm光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)包括磁場傳感系統(tǒng)和電流-磁場轉(zhuǎn)化裝置。磁場傳感系統(tǒng)包括激光器1、隔離器2、衰減器3、電光調(diào)制器4、偏振控制器5、光纖錐6、內(nèi)含磁致伸縮介質(zhì)8的柱狀諧振腔7、固定諧振腔和光纖錐的盒子11、探測器12、穩(wěn)頻系統(tǒng)13、譜儀14。其中，柱狀諧振腔7與磁致伸縮介質(zhì)8之間填充了膠水用于固定。激光器1的發(fā)射端與隔離器2的輸入端連接，隔離器2的輸出端與衰減器3的輸入端連接，衰減器3的輸出端與電光調(diào)制器4的輸入端連接，電光調(diào)制器4的輸出端與光纖錐6輸入端之間的光纖上設(shè)置有偏振控制器5。光纖錐6中的光場通過倏逝波耦合的方式進入諧振腔7，腔內(nèi)光場經(jīng)光纖錐6耦合輸出至探測器12的接收端，探測器12輸出的信號一部分輸出到穩(wěn)頻系統(tǒng)13，一部分輸出送入譜儀14。穩(wěn)頻系統(tǒng)13輸出的電壓信號反饋回激光器1的電壓調(diào)諧端口。傳感系統(tǒng)中激光器1、隔離器2、衰減器3、電光調(diào)制器4、偏振控制器5、光纖錐6、探測器12之間的連接均采用光纖連接；電光調(diào)制器4與穩(wěn)頻系統(tǒng)13、探測器12與穩(wěn)頻系統(tǒng)13、穩(wěn)頻系統(tǒng)13與激光器1、探測器12與譜儀14之間均使用兩端口通用的電學(xué)線纜連接。電流-磁場轉(zhuǎn)化裝置包括內(nèi)含鐵芯的線圈9和導(dǎo)線10。電流變化導(dǎo)致線圈9產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化。磁致伸縮介質(zhì)8感受到的磁場發(fā)生形變，導(dǎo)致諧振腔7的腔長發(fā)生變化，因而譜儀14測得的功率譜強度發(fā)生變化，借此可解調(diào)輸入交變電流的強度和頻率。

具體實施方式二：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式是對實施方式一所述的高靈敏度柱狀wgm光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)的進一步限定，所述的諧振腔7中磁致伸縮介質(zhì)8可以不必是柱狀實心的，只要能在電流產(chǎn)生磁場作用下發(fā)生形變，并導(dǎo)致諧振腔7的腔長發(fā)生變化即可。線圈9的形狀可以自選，其內(nèi)的鐵芯的形狀只要與之匹配即可。線圈9的位置和朝向要使其產(chǎn)生的磁場能最大限度地導(dǎo)致諧振腔7的光學(xué)特性發(fā)生變化，即磁場傳感系統(tǒng)的靈敏度最大。

具體實施方式三：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式是對實施方式一所述的wgm光學(xué)諧振腔溫度傳感系統(tǒng)的進一步限定，先將諧振腔固定在盒子11內(nèi)，利用光纖錐6將光耦合進入諧振腔內(nèi)，在光纖錐與盒子11接觸位置滴入紫外固化膠，繼續(xù)調(diào)整光纖錐6的位置至最佳的耦合狀態(tài)，利用紫外燈照射使膠水固化，進而固定光纖錐的位置。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高靈敏度柱狀回音壁模式光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)，激光器的發(fā)射端與隔離器的輸入端連接，隔離器的輸出端與衰減器的輸入端連接，衰減器的輸出端與電光調(diào)制器的輸入端連接，電光調(diào)制器的輸出端與光纖錐輸入端之間的光纖上設(shè)置有偏振控制器。光纖錐輸出的光場通過倏逝波耦合的方式進入諧振腔內(nèi)，腔內(nèi)光場經(jīng)過光纖錐耦合輸出至探測器的接收端，探測器輸出的信號通過穩(wěn)頻系統(tǒng)輸出反饋電壓將激光器的輸出波長鎖定在光學(xué)諧振腔的諧振波長上；同時，探測器輸出的交流信號送入譜儀的接收端。本發(fā)明所述的高靈敏度柱狀WGM光學(xué)諧振腔的交變電流傳感系統(tǒng)，基于高精度磁場傳感系統(tǒng)進行電流傳感，可應(yīng)用于高精度的電流測量中。

技術(shù)研發(fā)人員：于長秋;錢正洪;白茹;朱華辰
受保護的技術(shù)使用者：杭州電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.25
技術(shù)公布日：2017.10.10