CN101975882A - 基于bso晶体的差流检测方法及实现此方法的装置 - Google Patents

Abstract

基于BSO晶体的差流检测方法及实现此方法的装置，涉及一种差流测量方法和装置。解决了现有的电流传输异常检测的光学探测仪器存在光在传播过程中受电磁干扰、测量准确率低、成本高的问题，所述方法具体如下：一、第一偏振光束和第二偏振光束分别垂直入射至第一BSO旋光晶体和第二BSO旋光晶体上；二、出射的光束同时入射至光电探测器上，由光电探测器上是否出现干涉条纹判断电流是否出现异常传输。所述装置，第一光源和第二光源发出的光束分别垂直入射至第一BSO旋光晶体和第二BSO旋光晶体的中心位置，出射光传输至光电探测器的光敏面。本发明适用于电流传输异常检测领域。

Description

基于BSO晶体的差流检测方法及实现此方法的装置

技术领域

本发明涉及光学检测领域，具体涉及一种差流测量方法和装置。

背景技术

目前探测电流在电线中传输是否出现异常的光学仪器是利用光束经过光学电流互感器后的光强是否变化进行探测的装置，光强探测装置中的光电转换器所接收的光信息是经过电流互感后产生变化的光信息，两台光电转换器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，说明在光的传输中由于电流发生了异常，因此使经过光电转换器的光束也发生了变化，从而启动电流保护装置。现有技术存在的缺点是：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，从而获得的两光束的偏振角度的准确率低。

发明内容

本发明为了解决现有的电流传输异常检测的光学探测仪器存在光在传播过程中受电磁干扰、测量准确率低、成本高的问题，提出一种基于BSO晶体的差流检测方法及实现此方法的装置。

基于BSO晶体的差流检测方法，具体过程如下：

步骤一、第一偏振光束和第二偏振光束分别垂直入射至第一BSO旋光晶体和第二BSO旋光晶体光接收表面的中心位置，所述第一偏振光束和第二偏振光束为两束具有相同频率和相同强度的偏振光，并且第一偏振光束和第二偏振光束的偏振方向正交，所述第一BSO旋光晶体和第二BSO旋光晶体分别设置在同一根输电线的周围，并且设置在同一根输电线的不同位置，距离输电线的距离相等，并且在输电线中传输电流产生的磁场范围内；

步骤二、第一BSO旋光晶体出射的光束和第二BSO旋光晶体出射的光束同时入射至光电探测器的光接收面上，

若光电探测器探测到干涉条纹，则电线中的电流出现异常传输；

若光电探测器未探测到干涉条纹，则电线中的电流正常传输。

实现基于BSO晶体的差流检测方法的装置，它包括第一光源、分束转换器、第一BSO旋光晶体、第二BSO旋光晶体、第一半透半反镜、第一全反镜和光电探测器，所述第一光源发出的光束入射至分束转换器，经过分束转换器的光被分成相同频率、相同强度和偏振方向正交的第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束垂直入射至第一BSO旋光晶体光接收表面的中心位置，所述第一BSO旋光晶体的透射光入射至第一半透半反镜透射面的中心位置，然后经该第一半透半反镜透射的光束垂直入射至光电探测器的光接收面；

所述第二偏振光束垂直入射第二BSO旋光晶体光接收表面的中心位置，所述第二BSO旋光晶体的透射光入射至第一全反镜的中心位置，经过该第一全反镜反射的光束入射至第一半透半反镜反射面的中心位置，由该第一半透半反镜反射的光束垂直入射至光电探测器的光接收面。

本发明的有益效果：本发明方法和装置是采用光学的方法判断两束光的偏转角度，所述光在传播过程中光束受电磁干扰性小，获得的光的偏转角度的准确率高，由于采用一台光电探测器进行探测，从而降低了成本。本发明适用于电流传输异常检测领域。

附图说明

图1是两个光源、旋光晶体上下排列的基于BSO晶体的差流检测装置的结构示意图。图2为一个光源、旋光晶体上下排列的基于BSO晶体的差流检测装置的结构示意图。图3为两个光源、旋光晶体左右排列的基于BSO晶体的差流检测装置的结构示意图。图4为一个光源、旋光晶体左右排列的基于BSO晶体的差流检测装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、基于BSO晶体的差流检测方法，具体过程如下：

步骤一、第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1分别垂直入射至第一BSO旋光晶体3和第二BSO旋光晶体4光接收表面的中心位置，所述第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1为两束具有相同频率和相同强度的偏振光，并且第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1的偏振方向正交，所述第一BSO旋光晶体3和第二BSO旋光晶体4分别设置在同一根输电线的周围，并且设置在同一根输电线的不同位置，距离输电线的距离相等，并且在输电线中传输电流产生的磁场范围内；

步骤二、第一BSO旋光晶体3出射的光束和第二BSO旋光晶体4出射的光束同时入射至光电探测器7的光接收面上，

若光电探测器7探测到干涉条纹，则电线中的电流出现异常传输；

若光电探测器7未探测到干涉条纹，则电线中的电流正常传输。

步骤二可以还包括将第一BSO旋光晶体3出射的光束和第二BSO旋光晶体4出射的光束衰减的步骤，所述两束光的衰减倍数相同，衰减后的两束光同时入射至光电探测器7的光接收面上。

偏振方向正交的第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1可以是：第一偏振光束1-1的偏振方向垂直于光束的传播方向，第二偏振光束2-1的偏振方向平行于光束的传播方向。

具体实施方式二、结合图2和图4说明本实施方式，实现基于BSO晶体的差流检测方法的装置，它包括第一光源1、分束转换器13、第一BSO旋光晶体3、第二BSO旋光晶体4、第一半透半反镜5、第一全反镜6和光电探测器7，所述第一光源1发出的光束入射至分束转换器13，经过分束转换器13的光被分成相同频率、相同强度和偏振方向正交的第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1，所述第一偏振光束1-1垂直入射至第一BSO旋光晶体3光接收表面的中心位置，所述第一BSO旋光晶体3的透射光入射至第一半透半反镜5透射面的中心位置，然后经该第一半透半反镜5透射的光束垂直入射至光电探测器7的光接收面；

所述第二偏振光束2-1垂直入射第二BSO旋光晶体4光接收表面的中心位置，所述第二BSO旋光晶体4的透射光入射至第一全反镜6的中心位置，经过该第一全反镜6反射的光束入射至第一半透半反镜5反射面的中心位置，由该第一半透半反镜5反射的光束垂直入射至光电探测器7的光接收面。

具体实施方式三、结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二的不同之处在于分束转换器13由半波片8、第二半透半反镜9和第二全反镜10组成，第一光源1发出的光束入射至第二半透半反镜9的中心位置后被分成强度相等的透射光束和反射光束，所述反射光束入射至第二全反镜10中心位置，经由该第二全反镜10的反射光束为第一偏振光束1-1，所述透射光束经过半波片8后的光束为第二偏振光束2-1。

本实施方式所述的光源有一个，所述第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1由一个光源发出，第一偏振光束1-1的强度为第一光源1发出光束强度的一半，第二偏振光束2-1的强度为第一光源1发出光束强度的一半，并且第二偏振光束2-1经过半波片8偏振方向偏转后获得。

第一光源1发出的光束入射至第二半透半反镜9的中心位置后被分成强度相等的透射光束和反射光束，所述反射光束入射至第二全反镜10后反射光束即为第一偏振光束1-1，所述透射光束经过半波片8后，偏振方向改变90°，形成于第一偏振光束1-1偏振方向正交的第二偏振光束2-1。

本实施方式所述的光源有两个，分别为第一光源1和第二光源2，所述第一偏振光束1-1由第一光源1发出，第二偏振光束2-1由第二光源发出并经过半波片8偏振方向偏转后获得。

具体实施方式四、本实施方式与具体实施方式二或三中的不同之处在于的第一光源1为半导体激光器，所述半导体激光器发出光束的波长为850nm。

具体实施方式五、结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三的不同之处在于：基于BSO晶体的差流检测装置，它还包括第二光源2，所述第二光源2发出的光束入射至分束转换器13。

具体实施方式六、结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五的进一步说明，具体实施方式五中分束转换器13为半波片8，所述第一光源1与第二光源2分别发出相同频率、相同强度和相同偏振态的两束光束，第一光源1发出的光束为第一偏振光束1-1，第二光源2发出的光束经过半波片8后，偏振方向改变90°，形成与第一偏振光束1-1偏振方向正交的第二偏振光束2-1。

具体实施方式七、结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五的进一步说明，具体实施方式五中分束转换器13为两根保偏光纤Q，第一光源1发出的光束为第一偏振光束1-1，第二光源2发出的光束为第二偏振光束2-1，所述第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1分别在两根保偏光纤Q中传输。

具体实施方式八、本实施方式是与具体实施方式五、六或七的不同之处在于第一光源1和第二光源2均为半导体激光器，所述半导体激光器输出波长为850nm的光束。

具体实施方式九、结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八的第一BSO旋光晶体3和第二BSO旋光晶体4均是由一块左旋光BSO晶体L和一块右旋光BSO晶体R堆叠在一起组成的BSO旋光晶体。

本发明采用一块左旋光BSO晶体L和一块右旋光BSO晶体R堆叠在一起形成一块旋光晶体用以改善电流互感器的温度特性。

具体实施方式十、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式九的进一步说明，本实施方式中第一BSO旋光晶体3和第二BSO旋光晶体4均是由一块左旋光BSO晶体L和一块右旋光BSO晶体R平行的上下堆叠在一起组成的BSO旋光晶体，所述左旋光BSO晶体L和右旋光BSO晶体R的长度均在5-20mm的范围内，且两晶体长度相等，第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1分别从左旋光BSO晶体L和右旋光BSO晶体R接触面处垂直入射至第一BSO旋光晶体3和第二BSO旋光晶体4。

具体实施方式十一、结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式九的进一步说明，本实施方式中第一BSO旋光晶体3和第二BSO旋光晶体4均是由一块左旋光BSO晶体L和一块右旋光BSO晶体R平行的左右堆叠在一起组成的BSO旋光晶体，所述左旋光BSO晶体L和右旋光BSO晶体R的长度均在5-40mm的范围内，且两晶体长度相等，。

具体实施方式十二、结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二、三、四、五、六、七、八、九、十或十一的不同之处在于所有光束在保偏光纤Q中传输。

具体实施方式十一、本实施方式是对具体实施方式二的进一步说明，具体实施方式二中的第一偏振光束1-1的偏振方向垂直于光束的传播方向，第二偏振光束2-1的偏振方向平行于光束的传播方向。

本发明的工作原理：本发明采用的是基于法拉第磁光效应的两束光干涉的偏振效应，用于经过光学电流互感器后的两束光通过干涉后的图像强度区分它们偏振方向的不同，从而启动电流保护装置。

本发明的光传输部分是在保偏光纤Q中传输的，输入的第一偏振光束1-1的偏振态偏振态垂直于光的传播方向，所述两个经过堆叠的旋光晶体旁分别设置有电线，该电线产生磁场，两个晶体置于磁场中，所述第一偏振光束1-1经过第一BSO旋光晶体3后的偏振态的角度发生变化，所述半波片8使第二偏振光束2-1的偏振角度与第一偏振光束1-1相差90°，所述第二偏振光束2-1的偏振态与光的传播方向平行；与光的传播方向平行的第二偏振光束2-1经过第二BSO旋光晶体4后产生旋光效应，即第二偏振光束2-1的偏振态的角度发生了变化；

判断经过第一BSO旋光晶体3出射的光束与经过第二BSO旋光晶体4出射的光束发生的偏振态的偏转角度是否相同，

如果第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1偏振态的偏转角度相同，则经过第一BSO旋光晶体3出射的光束经过半透半反镜5(第一偏振光束1-1有一半的光强直接穿透该镜，也就是取其透射能量)与经过第二BSO旋光晶体4出射的光束再经全反镜6反射后再经半透半反镜5(取其反射能量)，汇合的光束共同射向光电探测器；由于第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1的偏振态的偏转角度相同，故汇合的两束光束仍是正交的，因此在光电探测器7上没有干涉条纹的产生，判断该电流正常传输；

如果第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1偏振态的偏转角度不同，则说明第二偏振光束2-1经过的第二旋光晶体4周围的电流出现异常；所述第二BSO旋光晶体4内的磁场也将发生变化，根据法拉第效应，则经过第一BSO旋光晶体3出射的光束经过半透半反镜5(第一偏振光束1-1有一半的光强直接穿透该镜，也就是取其透射能量)与经过第二BSO旋光晶体4出射的光束再经全反镜6反射后再经半透半反镜5(取其反射能量)，汇合的光束共同射向光电探测器；由于第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1的偏振态的偏转角度不同，故汇合的两束光束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探测的条纹的干涉情况可知电线中电流出现异常，进而启动电流保护装置。

Claims (10)

1.基于BSO晶体的差流检测方法，其特征在于具体过程如下：

步骤一、第一偏振光束(1-1)和第二偏振光束(2-1)分别垂直入射至第一BSO旋光晶体(3)和第二BSO旋光晶体(4)光接收表面的中心位置，所述第一偏振光束(1-1)和第二偏振光束(2-1)为两束具有相同频率和相同强度的偏振光，并且第一偏振光束(1-1)和第二偏振光束(2-1)的偏振方向正交，所述第一BSO旋光晶体(3)和第二BSO旋光晶体(4)分别设置在同一根输电线的周围，并且设置在同一根输电线的不同位置，距离输电线的距离相等，并且在输电线中传输电流产生的磁场范围内；

步骤二、第一BSO旋光晶体(3)出射的光束和第二BSO旋光晶体(4)出射的光束同时入射至光电探测器(7)的光接收面上，

若光电探测器(7)探测到干涉条纹，则电线中的电流出现异常传输；

若光电探测器(7)未探测到干涉条纹，则电线中的电流正常传输。

2.根据权利要求1所述的基于BSO晶体的差流检测方法，其特征在于步骤二还包括将第一BSO旋光晶体(3)出射的光束和第二BSO旋光晶体(4)出射的光束衰减的步骤，所述两束光的衰减倍数相同，衰减后的两束光同时入射至光电探测器(7)的光接收面上。

3.根据权利要求1所述的基于BSO晶体的差流检测方法，其特征在于第一偏振光束(1-1)的偏振方向垂直于光束的传播方向，第二偏振光束(2-1)的偏振方向平行于光束的传播方向。

4.实现权利要求1所述的基于BSO晶体的差流检测方法的装置，其特征在于它包括第一光源(1)、分束转换器(13)、第一BSO旋光晶体(3)、第二BSO旋光晶体(4)、第一半透半反镜(5)、第一全反镜(6)和光电探测器(7)，所述第一光源(1)发出的光束入射至分束转换器(13)，经过分束转换器(13)的光被分成相同频率、相同强度和偏振方向正交的第一偏振光束(1-1)和第二偏振光束(2-1)，所述第一偏振光束(1-1)垂直入射至第一BSO旋光晶体(3)光接收表面的中心位置，所述第一BSO旋光晶体(3)的透射光入射至第一半透半反镜(5)透射面的中心位置，然后经该第一半透半反镜(5)透射的光束垂直入射至光电探测器(7)的光接收面；

所述第二偏振光束(2-1)垂直入射第二BSO旋光晶体(4)光接收表面的中心位置，所述第二BSO旋光晶体(4)的透射光入射至第一全反镜(6)的中心位置，经过该第一全反镜(6)反射的光束入射至第一半透半反镜(5)反射面的中心位置，由该第一半透半反镜(5)反射的光束垂直入射至光电探测器(7)的光接收面。

5.根据权利要求4所述的基于BSO晶体的差流检测装置，其特征在于分束转换器(13)由半波片(8)、第二半透半反镜(9)和第二全反镜(10)组成，第一光源(1)发出的光束入射至第二半透半反镜(9)的中心位置后被分成强度相等的透射光束和反射光束，所述反射光束入射至第二全反镜(10)中心位置，经由该第二全反镜(10)的反射光束为第一偏振光束(1-1)，所述透射光束经过半波片(8)后的光束为第二偏振光束(2-1)。

6.根据权利要求4所述的基于BSO晶体的差流检测装置，其特征在于它还包括第二光源(2)，所述第二光源(2)发出的光束入射至分束转换器(13)。

7.根据权利要求6所述的基于BSO晶体的差流检测装置，其特征在于分束转换器(13)为半波片(8)，所述第一光源(1)与第二光源(2)分别发出相同频率、相同强度和相同偏振态的两束光束，第一光源(1)发出的光束为第一偏振光束(1-1)，第二光源(2)发出的光束经过半波片(8)后，偏振方向改变90°，形成与第一偏振光束(1-1)偏振方向正交的第二偏振光束(2-1)。

8.根据权利要求6所述的基于BSO晶体的差流检测装置，其特征在于分束转换器(13)为两根保偏光纤(Q)，第一光源(1)发出的光束为第一偏振光束(1-1)，第二光源(2)发出的光束为第二偏振光束(2-1)，所述第一偏振光束(1-1)和第二偏振光束(2-1)分别在两根保偏光纤(Q)中传输。

9.根据权利要求4、5、6、7或8所述的基于BSO晶体的差流检测装置，其特征在于第一BSO旋光晶体(3)和第二BSO旋光晶体(4)均是由一块左旋光BSO晶体(L)和一块右旋光BSO晶体(R)堆叠在一起组成的BSO旋光晶体。

10.根据权利要求4所述的基于BSO晶体的全光纤差流检测方法，其特征在于第一偏振光束(1-1)的偏振方向垂直于光束的传播方向，第二偏振光束(2-1)的偏振方向平行于光束的传播方向。

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