CN102156210A - 基于集磁环结构的全光纤差流监测装置 - Google Patents

基于集磁环结构的全光纤差流监测装置 Download PDF

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申岩
郭志忠
张国庆
于文斌
路忠峰
吴磊
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Abstract

基于集磁环结构的全光纤差流监测装置，涉及光学控制领域，它解决了现有的探测装置在探测过程中光束受电磁干扰严重，以及采用数字信号判断光的偏转角度的准确率低的问题。它的第一入射光束经一号集磁环旋光晶体旋光后获得第一偏振光束，第一偏振光束入射至一号半透半反镜，经一号半透半反镜分为反射光束和透射光束，反射光束沿与第一偏振光束的光轴垂直的方向出射；第二入射光束经半波片透射后入射至二号集磁环旋光晶体，旋光后获得第二偏振光束，第二偏振光束入射至一号全反镜，并经一号全反镜反射后获得反射光束，反射光束与经一号半透半反镜透射的透射光束汇聚至光电探测器的光输入端。本发明能够广泛应用于光的控制领域。

Description

基于集磁环结构的全光纤差流监测装置
技术领域
本发明涉及光学控制领域。
背景技术
现有的探测仪器均是光束经过光学电压互感器后的光强探测装置，光强探测装置中的光电转换器所接收的光信息是经过电压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压发生了异常，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探测装置在探测过程中光束受电磁干扰严重，以及采用数字信号判断光的偏转角度的准确率低的问题，提出基于集磁环结构的全光纤差流监测装置。
基于集磁环结构的全光纤差流监测装置，它包括光电探测器，它还包括一号集磁环旋光晶体、一号半透半反镜、半波片、二号集磁环旋光晶体和一号全反镜，一号集磁环旋光晶体与二号集磁环旋光晶体的结构完全相同，所述一号集磁环旋光晶体包括旋光晶体和下部开口的环形磁铁，所述旋光晶体设置在环形磁铁下部的开口处；
第一入射光束经一号集磁环旋光晶体旋光后获得第一偏振光束，所述第一偏振光束入射至一号半透半反镜，经一号半透半反镜分为反射光束和透射光束，所述反射光束沿与第一偏振光束的光轴垂直的方向出射；
第二入射光束经半波片透射后入射至二号集磁环旋光晶体，经二号集磁环旋光晶体经旋光后获得第二偏振光束，所述第二偏振光束入射至一号全反镜，并经一号全反镜反射后获得反射光束，所述反射光束经一号半透半反镜反射之后与经该一号半透半反镜透射的透射光束一起汇聚至光电探测器的光输入端。判断在光电探测器上是否产生干涉条纹，如果没有，则电流正常传输；如果有，则电流出现异常，从而实现全光差流监测。
有益效果：本发明采用一个光电探测器对两束入射光束的偏转角度进行探测，在探测过程中光束受电磁干扰性小，判断光的偏转角度的准确率高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中一号集磁环旋光晶体的结构示意图；图3是本发明具体实施方式二的结构示意图；图4是本发明具体实施方式四的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本具体实施方式，基于集磁环结构的全光纤差流监测装置，它包括光电探测器6，它还包括一号集磁环旋光晶体1、一号半透半反镜2、半波片3、二号集磁环旋光晶体4和一号全反镜5，一号集磁环旋光晶体1与二号集磁环旋光晶体4的结构完全相同，所述一号集磁环旋光晶体1包括旋光晶体1-1和下部开口的环形磁铁1-2，所述旋光晶体1-1设置在环形磁铁1-2下部的开口处；
第一入射光束经一号集磁环旋光晶体1旋光后获得第一偏振光束，所述第一偏振光束入射至一号半透半反镜2，经一号半透半反镜2分为反射光束和透射光束，所述反射光束沿与第一偏振光束的光轴垂直的方向出射；
第二入射光束经半波片3透射后入射至二号集磁环旋光晶体4，经二号集磁环旋光晶体4经旋光后获得第二偏振光束，所述第二偏振光束入射至一号全反镜5，并经一号全反镜5反射后获得反射光束，所述反射光束经一号半透半反镜2反射之后与经该一号半透半反镜2透射的透射光束一起汇聚至光电探测器6的光输入端。
本实施方式采用一台光电探测器进行探测，相对于现有采用两台光电探测器进行探测的方法，成本得以大幅度降低。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置的区别在于，它还包括一号光源11和二号光源12，第一入射光束由一号光源11发出，第二入射光束由二号光源12发出。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式二所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置的区别在于，一号光源11和二号光源12均为波段为850nm的半导体激光器。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置的区别在于，它还包括光源21、二号半透半反镜22和二号全反镜23，光源21发出的光束入射至二号半透半反镜22，经二号半透半反镜22分为反射光束和透射光束，所述反射光束入射至二号全反镜23，经二号全反镜23反射后形成第一入射光束；经二号半透半反镜22透射的透射光束形成第二入射光束。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式四所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置的区别在于，光源21为波段为850nm的半导体激光器。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置的区别在于，第一入射光束和第二入射光束是完全相同的偏振光束。
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三、四、五或六所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置的区别在于，所有光束传输过程均是在保偏光纤中进行的。
工作原理：本实施方式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中传输的，所述系统输入的第一入射光束的偏振态与系统输入的第二入射光束的偏振态分别垂直于光的传播方向，在如图2所述的两个集磁环旋光晶体中圆形磁铁结构圆心处分别设置有通电导线，该导线产生磁场，通过磁铁的集磁使磁场集中在两个旋光晶体上，所述第一入射光束经过一号集磁环旋光晶体1后的偏振角度发生变化，所述第二入射光束经过半波片3后，所述半波片3使第二入射光束的偏振态改变90°，所述第二入射光束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入射光束经过二号集磁环旋光晶体4后产生旋光效应，即第二入射光束的偏转角度发生了变化；
判断经过一号集磁环旋光晶体1的第一入射光束与经过二号集磁环旋光晶体4的第二入射光束发生的偏转角度是否相同，如果第一入射光束与第二入射光束的偏转角度相同，则发生了偏转角度的第一入射光束经过半透半反镜2(第一入射光束有一半的光强直接穿透该镜，也就是取其透射功能)与发生了偏转角度的第二入射光束经全反镜5反射后再经半透半反镜2(取其反射功能)，反射后汇合的光束共同射向光电探测器；由于第一入射光束与第二入射光束的偏振态是完全正交的，因此在光电探测器6上没有干涉条纹的产生，判断该电流正常传输；
如果第一入射光束与第二入射光束的偏转角度不同，则说明通电导线存在短路或其他故障现象，作用于二号集磁环旋光晶体4的电流将反向；所述二号集磁环旋光晶体4内的磁场也将发生变化，根据法拉第效应，在第一入射光束与第二入射光束汇合到光电探测器6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6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 (7)

1.基于集磁环结构的全光纤差流监测装置，它包括光电探测器(6)，其特征是：它还包括一号集磁环旋光晶体(1)、一号半透半反镜(2)、半波片(3)、二号集磁环旋光晶体(4)和一号全反镜(5)，一号集磁环旋光晶体(1)与二号集磁环旋光晶体(4)的结构完全相同，所述一号集磁环旋光晶体(1)包括旋光晶体(1-1)和下部开口的环形磁铁(1-2)，所述旋光晶体(1-1)设置在环形磁铁(1-2)下部的开口处；
第一入射光束经一号集磁环旋光晶体(1)旋光后获得第一偏振光束，所述第一偏振光束入射至一号半透半反镜(2)，经一号半透半反镜(2)分为反射光束和透射光束，所述反射光束沿与第一偏振光束的光轴垂直的方向出射；
第二入射光束经半波片(3)透射后入射至二号集磁环旋光晶体(4)，经二号集磁环旋光晶体(4)经旋光后获得第二偏振光束，所述第二偏振光束入射至一号全反镜(5)，并经一号全反镜(5)反射后获得反射光束，所述反射光束经一号半透半反镜(2)反射之后与经该一号半透半反镜(2)透射的透射光束一起汇聚至光电探测器(6)的光输入端。
2.根据权利要求1所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置，其特征在于它还包括一号光源(11)和二号光源(12)，第一入射光束由一号光源(11)发出，第二入射光束由二号光源(12)发出。
3.根据权利要求2所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置，其特征在于一号光源(11)和二号光源(12)均为波段为850nm的半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置，其特征在于它还包括光源(21)、二号半透半反镜(22)和二号全反镜(23)，光源(21)发出的光束入射至二号半透半反镜(22)，经二号半透半反镜(22)分为反射光束和透射光束，所述反射光束入射至二号全反镜(23)，经二号全反镜(23)反射后形成第一入射光束；经二号半透半反镜(22)透射的透射光束形成第二入射光束。
5.根据权利要求4所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置，其特征在于光源(21)为波段为850nm的半导体激光器。
6.根据权利要求1所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置，其特征在于第一入射光束和第二入射光束是完全相同的偏振光束。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的基于集磁环结构的全光纤差流监测装置，所有光束传输过程均是在保偏光纤中进行的。
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