CN101793916A - 基于法拉第效应的全光纤电流监测装置 - Google Patents

基于法拉第效应的全光纤电流监测装置 Download PDF

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Abstract

基于法拉第效应的全光纤电流监测装置,它涉及电流监测领域，它解决了现有的电流监测仪器采用数字信号判断光束偏转准确率低而使电流监测结果不准确和使用两台光电探测器经济成本高的问题。本发明包括光源系统、半波片、第一光纤互感器、第二光纤互感器、第一半反半透镜、第二全反镜和光电探测器，光源系统发出第一光束至第一光纤互感器，所述第一光纤互感器输出的第一偏振光经第一半反半透镜输入至光电探测器；光源系统还发出第二光束，所述第二光束经半波片透射后入射至第二光纤互感器，所述第二光纤互感器输出的第二偏振光经第二全反镜输入至第一半反半透镜，所述第一半反半透镜输出反射光至光电探测器。本发明适用于电流监测。

Description

基于法拉第效应的全光纤电流监测装置
技术领域
本发明涉及电流监测领域，具体涉及一种基于法拉第效应的全光纤电流监测装置。
背景技术
目前的光学电流监测仪器是处于光纤电流互感器中的光电探测器，由于光电探测器内暗电流在电流互感下产生变化，从而使经过两台光电探测器的光束发生变化，所述两台光电探测器再将接收到的两束光使用数字信号进行比较，如果两个数字信号有差别，说明在光的传输中电流发生了异常。但使用两台光电探测器的成本高，并且在使用过程中受电磁干扰性强，在光信号转变为电信号后出现的误差影响很大，从而获得的两光束偏转的准确率低，使电流监测结果不准确。
发明内容
本发明为解决现有的电流监测仪器采用数字信号判断光束偏转准确率低而使电流监测结果不准确和使用两台光电探测器经济成本高的问题，提供了一种基于法拉第效应的全光纤电流监测装置。
本发明的基于法拉第效应的全光纤电流监测装置，它包括光源系统、半波片、第一光纤互感器、第二光纤互感器、第一半反半透镜、第二全反镜和光电探测器，光源系统发出第一光束至第一光纤互感器的信号输入端，所述第一光纤互感器的信号输出端输出第一偏振光至第一半反半透镜，所述第一半反半透镜输出透射光信号至光电探测器；光源系统还发出第二光束至半波片，所述第二光束经半波片透射后入射至第二光纤互感器的信号输入端，所述第二光纤互感器的信号输出端输出第二偏振光至第二全反镜，所述第二全反镜输出反射光至第一半反半透镜，所述第一半反半透镜输出反射光至光电探测器。
本发明的工作原理：将本发明的第一光纤互感器和第二光纤互感器分别置于不同的电流线圈周围，使每个光纤互感器内光信号受到电流线圈的磁场影响，利用基于法拉第磁光效应的两束偏振光的干涉情况来判断第一光束与第二光束各自发生的偏转情况，第一偏振光和第二偏振光在光电探测器上相互作用后，如果存在干涉条纹，则第一光束和第二光束各自发生的偏振角度不同，即电流传输异常，否则偏转角度相同，即电流正常传输。
本发明的有益效果：本发明是采用光学方法判断光束偏转进而实现电流监测的装置，与现有的采用电信号来判断光束偏转而对电流进行监测的监测仪器相比，本发明受电磁干扰性小，使得探测光束偏转的准确率高；本发明设计了双回路法拉第回路，使得测量灵敏度高；本发明采用一台光电探测器进行探测，降低了经济成本。
附图说明
图1是本发明的基于法拉第效应的全光纤电流监测装置的结构原理示意图，图2是本发明具体实施方式五所述的基于法拉第效应的全光纤电流监测装置的结构原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：根据说明书附图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于法拉第效应的全光纤电流监测装置，它包括光源系统1、半波片2、第一光纤互感器3、第二光纤互感器4、第一半反半透镜5、第二全反镜6和光电探测器7，第二光纤互感器4与第一光纤互感器3结构相同，光源系统1发出第一光束至第一光纤互感器3的信号输入端，所述第一光纤互感器3的信号输出端输出第一偏振光至第一半反半透镜5，所述第一半反半透镜5输出透射光信号至光电探测器7；光源系统1还发出第二光束至半波片2，所述第二光束经半波片2透射后入射至第二光纤互感器4的信号输入端，所述第二光纤互感器4的信号输出端输出第二偏振光至第二全反镜6，所述第二全反镜6输出反射光至第一半反半透镜5，所述第一半反半透镜5输出反射光至光电探测器7。
具体实施方式二：本具体实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，具体实施方式一中所述的第一光纤互感器3和第二光纤互感器4是两个相同的旋光晶体。
具体实施方式三：本具体实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，具体实施方式一中所述的第一光纤互感器3包括单模光纤耦合器3-1、光纤起偏器3-2、保偏光纤3-3、λ/4波片3-4和第一全反镜3-5，单模光纤耦合器3-1的信号输入端为第一光纤互感器3的信号输入端，光源系统1发出的第一光束经单模光纤耦合器3-1输入至光纤起偏器3-2的信号输入端，所述光纤起偏器3-2输出线偏振光至保偏光纤3-3的信号输入端,所述保偏光纤3-3输出两束正交偏振光至λ/4波片3-4的信号输入端,所述λ/4波片3-4输出左旋圆偏振光和右旋圆偏振光至第一全反镜3-5。
具体实施方式四：本具体实施方式是对具体实施方式一、二或三的进一步说明，具体实施方式一、二或三中所述的光源系统1包括第一光源1-1和第二光源1-2，所述第一光源1-1和第二光源1-2输出具有相同频率、相同强度和相同偏振态的偏振光，所述第一光源1-1用于输出第一光束，所述第二光源1-2用于输出第二光束。
具体实施方式五：根据说明书附图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一、二或三的进一步说明，具体实施方式一、二或三中所述的光源系统1包括光源1-A、第三全反镜1-B和第二半反半透镜1-C，所述光源1-A输出光信号至第二半反半透镜1-C，所述第二半反半透镜1-C输出反射光信号至第三全反镜1-B，所述第三全反镜1-B用于输出第一光束，第二半反半透镜1-C还输出透射光信号，所述透射光信号为第二光束。
具体实施方式六：本具体实施方式是对具体实施方式五的进一步说明，具体实施方式五中所述的光源1-A为半导体激光器，所述半导体激光器的波长为532nm。
将本发明应用于电流保护装置中，分析如下：
将两个电流线圈U分布设置在两个光纤互感器中，所述电流线圈U产生磁场，即将两个光纤互感器置于磁场中，光源系统1输出的第一光束经过第一光纤互感器3后的偏转角度发生变化，所述光源系统1输出的第二光束经过半波片2后的偏振态改变90°，所述经过半波片2后的第二光束的偏振态与光的传播方向平行，偏振态与光的传播方向平行的第二光束经过第二光纤互感器4后产生旋光效应，即经过第二光纤互感器4的第二光束的偏转角度也发生了变化。通过判断经过第一光纤互感器3作用的第一光束发生的偏转角度与经过第二光纤互感器4作用的第二光束发生的偏转角度是否相同，来判断电流线圈U内电流是否正常传输，进而决定是否启动电流保护装置：如果第一光束发生的偏转角度与第二光束发生的偏转角度相同，则发生了偏转角度的第一光束(第一偏振光)经过第一半透半反镜5透射后光束与发生了偏转角度的第二光束经第二全反镜6和第一半反半透镜5反射后光束共同射向光电探测器7，由于第一光束与第二光束的偏振态是完全正交的，因此在光电探测器7上没有干涉条纹的产生，判断电流线圈U内电流正常传输，不需要启动电流保护装置；如果第一光束发生的偏转角度与第二光束发生的偏转角度不同，则说明电线短路，第一光纤互感器3和第二光纤互感器4内部电流线圈U中的电流将反向，即所述电流线圈U产生的磁场也将发生变化，根据法拉第效应，在第一偏振光与第二偏振光汇合到光电探测器7后，由于两束光的偏振态不是正交的，所以两束光将发生干涉，产生干涉条纹，通过光电探测器7探测到的干涉条纹可以判断电流线圈U中电流传输出现异常，进而启动电流保护装置。
本发明所述通过各光纤互感器的光束偏转角度的大小与磁场大小和各光纤互感器内部各个元件有关。 

Claims (6)

1.基于法拉第效应的全光纤电流监测装置，它包括光源系统(1)和光电探测器(7)，其特征在于它还包括半波片(2)、第一光纤互感器(3)、第二光纤互感器(4)、第一半反半透镜(5)和第二全反镜(6)，光源系统(1)发出第一光束至第一光纤互感器(3)的信号输入端，所述第一光纤互感器(3)的信号输出端输出第一偏振光至第一半反半透镜(5)，所述第一半反半透镜(5)输出透射光信号至光电探测器(7)；光源系统(1)还发出第二光束至半波片(2)，所述第二光束经半波片(2)透射后入射至第二光纤互感器(4)的信号输入端，所述第二光纤互感器(4)的信号输出端输出第二偏振光至第二全反镜(6)，所述第二全反镜(6)输出反射光至第一半反半透镜(5)，所述第一半反半透镜(5)输出反射光至光电探测器(7)。
2.根据权利要求1所述的基于法拉第效应的全光纤电流监测装置，其特征在于第一光纤互感器(3)和第二光纤互感器(4)是两个相同的旋光晶体。
3.根据权利要求1所述的基于法拉第效应的全光纤电流监测装置，其特征在于第一光纤互感器(3)包括单模光纤耦合器(3-1)、光纤起偏器(3-2)、保偏光纤(3-3)、λ/4波片(3-4)和第一全反镜(3-5)，单模光纤耦合器(3-1)的信号输入端为第一光纤互感器(3)的信号输入端，光源系统(1)发出的第一光束经单模光纤耦合器(3-1)输入至光纤起偏器(3-2)的信号输入端，所述光纤起偏器(3-2)输出线偏振光至保偏光纤(3-3)的信号输入端,所述保偏光纤(3-3)输出两束正交偏振光至λ/4波片(3-4)的信号输入端,所述λ/4波片(3-4)输出左旋圆偏振光和右旋圆偏振光至第一全反镜(3-5)。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于法拉第效应的全光纤电流监测装置，其特征在于光源系统1包括第一光源(1-1)和第二光源(1-2)，所述第一光源(1-1)和第二光源(1-2)输出具有相同频率、相同强度和相同偏振态的偏振光，所述第一光源(1-1)用于输出第一光束，所述第二光源(1-2)用于输出第二光束。
5.根据根据权利要求1、2或3所述的基于法拉第效应的全光纤电流监测装置，其特征在于光源系统1包括光源(1-A)、第三全反镜(1-B)和第二半反半透镜(1-C)，所述光源(1-A)输出光信号至第二半反半透镜(1-C)，所述第二半反半透镜(1-C)输出反射光信号至第三全反镜(1-B)，所述第三全反镜(1-B)用于输出第一光束，第二半反半透镜(1-C)还输出透射光信号，所述透射光信号为第二光束。
6.根据权利要求5所述的基于法拉第效应的全光纤电流监测装置，其特征在于光源(1-A)为半导体激光器，所述半导体激光器的波长为532nm。
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