CN104950162A - 基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，属于光纤传感及磁性流体材料领域。该传感器由可调谐激光器，电光调制器，波形发生器，一号光隔离器，一号2×2耦合器，电流传感单元，二号光隔离器，延时单模光纤，二号2×2耦合器，高速光电探测器和光谱仪组成，所述一号2×2耦合器，电流传感单元，二号光隔离器，延时单模光纤，二号2×2耦合器组成环形腔。该传感器具有实用可靠、设计巧妙、测量精度高且可方便调谐的优点。

Description

基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器

技术领域

本发明涉及一种基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，属于光纤传感及磁性流体材料领域。

背景技术

光纤电流传感器具有安全性能好、抗电磁干扰、非接触测量、可现场实时遥测和动态测量范围广等诸多优点，在电流测量和分析中吸引众多学者进行研究，并且将会在电力检测行业得到广泛使用。相对于传统的电流传感器而言，光纤电流传感器是基于磁光法拉第效应的原理进行设计的(文献1.Peng N,Yong Huang,et al，Fiber Optic Current Sensor Based on SpecialSpun Highly Birefringent Fiber[J]，IEEE Photonics Technology Letters，25(17):1668-1671，2013)，Peng N等人提出一种基于特殊的高双折射光纤和偏振旋转干涉原理的电流传感器，该传感器实现了0.5％的测量精度以及在40℃～70℃温度范围内具备良好的线性输出，可以满足工业上电流测量的需求。

目前，大量的基于光纤环形腔衰荡光谱技术的传感器的研究证明该型传感器具有高灵敏度和快速探测性能，如(文献2.Ni N,Chan C C,Xia L,et al.Fiber cavity ring-down refractiveindex sensor[J].Photonics Technology Letters,IEEE,2008,20(16):1351-1353)和(文献3.Qiu H,Qiu Y,Chen Z,et al.Strain measurement by fiber-loop ring-down spectroscopy and fiber modeconverter[J].Sensors Journal,IEEE,2008,8(7):1180-1183)，分别将环形腔衰荡光谱技术应用于测量折射率和表面张力，测量结果显示出该型传感器具有良好的线性度、稳定性以及测量精度。环形腔衰荡光谱技术的测量原理是用测量衰荡光谱的衰荡时间而不是测量衰荡信号强度，并且衰荡时间仅与环形腔的损耗和长度有关，而与光信号强度无关。由于衰荡时间与光信号强度无关，这样环形腔衰荡光谱技术就具有不受激光器噪声以及外界损耗影响的优点，进一步提高了测量的灵敏度。

磁流体主要由磁性微粒、载液和表面活性剂等组成，具有丰富的光学特性，如可调谐折射率，可调谐透射率，双折射效应和热透镜效应等。当外界磁场作用在磁流体上时，磁流体折射率会随着磁场强度的变化而变化，即具有折射率可调谐特性。目前在实验基础上已研制出了诸多基于磁流体的光学器件，如磁流体光纤传感器、磁流体光调制器、磁流体光栅、磁流体光纤滤波器等。随着近几年对磁性流体材料的研究发现磁流体的折射率随外界磁场的变化而变化这一重要的物理特性，磁性流体材料也被逐步应用在新型的光纤传感和测量技术中。

国内学者(文献4.Zu P,Chan C C,Lew W S,et al.Magneto-optical fiber sensor based onmagnetic fluid[J].Optics letters,2012,37(3):398-400)设计了一种将磁流体薄膜置于Sagnac干涉仪和一个保偏光纤组成的环形腔中用于产生一个正弦干涉光谱信号进行磁场测量的系统，输出的干涉光谱随着磁场强度的变化而发生移动，该系统的灵敏度和分辨率分别达到16.7pm/Oe和0.60Oe；天津大学的研究人员(文献5.Li L,Han Q,Chen Y,et al.An All-Fiber Optic CurrentSensor Based on Ferrofluids and Multimode Interference[J].IEEE Sensors Journal,2014,14(6):1749-1753)提出一种基于磁流体和多模干涉仪的全光纤电流传感器，将磁流体填充在无芯光纤(NCF)中形成一种单模-多模-单模(SMS)结构的新型电流传感器并且实现了可达2.12dB/A测量灵敏度，最小可测电流大小为200mA。但是该实验系统并未考虑磁场产生装置工作时的温度对磁流体折射率的影响，这会导致电流测量的准确性和稳定性无法确定。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点，提出一种基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，该传感器具有实用可靠、设计巧妙、测量精度高且可方便调谐的优点。

本发明采用的技术方案为：一种基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，该传感器由可调谐激光器1，电光调制器2，波形发生器3，一号光隔离器4，一号2×2耦合器5，电流传感单元6，二号光隔离器7，延时单模光纤8，二号2×2耦合器9，高速光电探测器10和光谱仪11组成，所述一号2×2耦合器5，电流传感单元6，二号光隔离器7，延时单模光纤8，二号2×2耦合器9组成环形腔；可调谐激光器1产生的宽谱光进入电光调制器2输入端，所述电光调制器2的调制端口与波形发生器3相连，对输入的宽谱光源进行调制后产生脉冲信号光，所述脉冲信号光从电光调制器2的输出端输出后经光隔离器4进入环形腔，脉冲信号光在环形腔中的光路传输如下：所述光隔离器4的输出端口与一号2×2耦合器5的输入端口501相连，脉冲信号光从一号2×2耦合器5的输出端口502输出进入电流传感单元6，所述电流传感单元6为一填充磁流体的薄膜单元，经过磁流体吸收后得到的脉冲信号光从电流传感单元6的输出端口输出，经二号光隔离器7后从二号2×2耦合器9的输入端口901输入，所述二号2×2耦合器9将脉冲光信号一分为二：一路信号光从二号2×2耦合器9的输出端口902输出被高速光电探测器10探测后进入光谱仪11进行记录和显示；另一路信号光通过二号2×2耦合器9的输出端口903后经延时单模光纤8延时后从一号2×2耦合器5的输入端口503输入，从一号2×2耦合器5的输出端口502输出，再次在环形腔中进行传输，这样，依次有多个不断衰减的脉冲信号光被光谱仪11记录后形成一个衰荡光谱。

进一步地，所述的可调谐激光器1工作于C波段，其输出的光波长为(1528.77～1563.86)nm，进入光纤环中的光功率为4.2mW。

进一步地，所述一号2×2耦合器5的分光比为81：19，所述二号2×2耦合器9的分光比为82：18。

进一步地，所述延时单模光纤8的长度由波形发生器3产生脉冲信号光的周期决定，为了保证在一个衰荡光谱周期内环形腔中只有一个光脉冲进行传输，这样必须根据波形发生器3的输出对延时单模光纤8的长度进行设计，例如，当波形发生器3产生脉冲信号光的频率为6.65kHz，脉冲宽度为4.5us，占空比为3％时，延时单模光纤8的长度为3km。

进一步地，所述电流传感单元6由一号准直透镜601、二号准直透镜602、介质薄膜603、磁流体604和磁场605组成，一号2×2耦合器5的输出端口502通过光纤连接一号准直透镜601，所述准直透镜601用于使从一号2×2耦合器5的输出端口502输出进入光纤中的脉冲信号光束呈平行光，该平行光通过填充有磁流体604的三块介质薄膜603后平行射入二号准直透镜602，经二号准直透镜602聚束后耦合进入与二号光隔离器7输入端口相连的光纤；一号准直透镜602、二号准直透镜603及与其相连的光纤均处在同一轴线上，并且一号准直透镜601的右侧端面与左侧介质薄膜之间的距离以及二号准直透镜602的左侧端面与右侧介质薄膜之间的距离均为5mm(该距离由所选用准直透镜的焦距决定)，所述磁场605的方向与磁流体604表面垂直(即平行于脉冲信号光的传播方向)。

进一步地，所述的电流传感单元6中介质薄膜603为三块厚度均为10um的玻璃薄片，其中中间一块玻璃薄片的中心挖出一个直径为10mm的圆孔，圆孔内填充有体积浓度为0.17emg/g的磁流体604，左右两块介质薄膜起到封装的作用，填充的磁流体具有折射率大小随磁场强度变化的特性。

进一步地，所述的电流传感单元6中产生磁场605的磁场产生装置由两个螺线管式电感线圈605A和605B、水冷装置605C及可编程直流电源605D组成，两个螺线管式电感线圈分别位于填充有磁流体604的介质薄膜603两侧，产生的磁场垂直于介质薄膜603表面，水冷系统605C通过冷凝水循环流动对工作时的电感线圈605A和605B进行降温，可编程直流电源605D通过改变在电感线圈605A和605B中的输入电流进而产生一个稳定的磁场605，该磁场产生装置由于具有水冷装置从而减少了电感线圈工作时由于温度升高对磁流体折射率的干扰(即降低磁流体折射率温度交叉敏感特性)。

本发明具有以下有益效果：

1)利用磁流体在不同磁场下的折射率变化特性实现外界电流进行传感的方法具有更高的测量精度、更优化的系统、更好的可实现性，传感器结构参数易于工艺制作，具有良好的适用性；

2)磁流体填充的电流传感单元置于磁场中并保持光的传输方向与磁场方向平行，空间上提高了磁流体中脉冲信号光和磁场的相互作用强度，可以用来实现小体积、高灵敏度的各种全光器件；

3)本发明提供的磁场产生装置具有水冷装置，通过改变磁流体在不同磁场强度下的折射率特性，有效地降低了基于腔衰荡光谱技术的光纤电流传感器中磁流体折射率受温度交叉干扰的影响，提高了该电流传感器的应用范围；

4)本发明采用不同耦合器分光比对测量系统进行了优化，克服了由于衰荡光谱信号的损耗过大导致的解调精度下降的问题，并且实现了3.42mA/us的高灵敏度电流测量。

附图说明

图1所示的是一种基于环形腔衰荡光谱技术的高精度电流传感器系统的结构示意图，其中：1为可调谐激光器，2为电光调制器，3为波形发生器，4为一号光隔离器，5为一号2×2耦合器，6为电流传感单元，7为二号光隔离器，8为延时单模光纤，9为二号2×2耦合器，10为高速光电探测器，11为光谱仪11；501是一号2×2耦合器5输入端的第一端口，502为一号2×2耦合器5输入端的第二端口，503为一号2×2耦合器5输出端的第一端口；901是二号2×2耦合器9输入端的第一端口，902为二号2×2耦合器9输出端的第一端口，903为二号2×2耦合器9输出端的第二端口。

本发明所用连接光纤均为普通单模光纤，所用连接电缆均为自带的连接线或具有标准接口的连接线。

图2具有水冷装置的磁场产生装置结构示意图。

图3磁流体填充的电流传感单元结构示意图。

图4使用波长为1531.63nm的C波段可调谐激光器，使用的两个2×2耦合器分光比组合为81:19和82:18、填充磁流体的体积浓度为C＝0.17emg/g、玻璃介质薄膜的厚度为d＝10um、测量所用的高速光电探测器动态响应为1MHz，转换效率为0.95mA/mW，本发明所述光纤电流传感器测量的不同电流强度光谱曲线。

图5实验测量的电流强度与衰荡时间的关系曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的具体结构、原理以及结构优化过程作进一步的详细说明。

本发明提出一种基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，该传感器由可调谐激光器1，电光调制器2，波形发生器3，一号光隔离器4，一号2×2耦合器5，电流传感单元6，二号光隔离器7，延时单模光纤8，二号2×2耦合器9，高速光电探测器10和光谱仪11组成。所述一号2×2耦合器5，电流传感单元6，二号光隔离器7，延时单模光纤8，二号2×2耦合器9组成环形腔；可调谐激光器1产生的宽谱光源进入电光调制器2输入端，所述电光调制器2的调制端口与波形发生器3相连，对输入的宽谱光进行调制后产生脉冲信号光，所述脉冲信号光从电光调制器2的输出端输出后经光隔离器4进入环形腔，脉冲信号光在环形腔中的光路传输如下：所述光隔离器4的输出端口与一号2×2耦合器5的输入端口501相连，脉冲信号光从一号2×2耦合器5的输出端口502输出进入电流传感单元6，所述电流传感单元6用于放置磁流体填充的薄膜单元，经过磁流体吸收后得到的脉冲光信号从电流传感单元6的输出端口输出，经二号光隔离器7后从二号2×2耦合器9的输入端口901输入，所述二号2×2耦合器9将脉冲光信号一分为二：一路信号光从二号2×2耦合器9的输出端口902输出被高速光电探测器10探测后进入光谱仪11进行记录和显示；另一路信号光通过二号2×2耦合器9的输出端口903后经延时单模光纤8延时后再从一号2×2耦合器5的输入端口503输入，从一号2×2耦合器5的输出端口502输出，再次在环形腔中进行传输，这样，依次有多个不断衰减的信号光被光谱仪11记录后形成一个衰荡光谱。所述电流传感单元6由一号准直透镜601、二号准直透镜602、介质薄膜603、磁流体604和磁场产生装置605组成。

本发明的原理如下：

可调谐激光器1发出的宽谱光被电光调制器2调制后形成脉冲信号光，经由一号光隔离器4和一号2×2耦合器进入环形腔循环多次，在每次的循环中，只有一小部分脉冲信号光通过二号2×2耦合器9输出端的第二端口903耦合出该环形腔并被高速光电探测器10检测到，其余部分继续在环形腔中衰荡损耗。被高速探测器10检测到的输出信号光呈现指数衰减形式，可以用下式表示：

$\frac{dI}{dt}=-\frac{I\mathrm{\δ}c}{nL}---\left(1\right)$

式(1)中I表示在t时刻的光强(也即从二号2×2耦合器9的输出端口903输出的光强)，L，c，n和δ分别表示该环形腔的光纤的总长度，光在光纤中的传播速度，光纤纤芯的折射率及光在环形腔内的总损耗。而实时脉冲信号光强度I可以由(2)式得出：

$I=I_0{e}^{-\frac{c}{nL}\mathrm{\δ}t}---\left(2\right)$

I₀表示初始光强(也即从一号2×2耦合器5的输入端口501输入环形腔的光强)，当高速光电探测器10检测到光强在环形腔内衰减到初始光强I₀的1/e时，此时光衰荡的时间用衰荡时间常数τ表示，如式(3)所示：

$\mathrm{\τ}=\frac{nL}{c\mathrm{\δ}}=\frac{nL}{c({\mathrm{\δ}}_i+{\mathrm{\δ}}_s)}---\left(3\right)$

式中，δ_i是环形腔内的总损耗值，δ_s是外界物理量作用下脉冲光信号在传感单元中产生的损耗。对于特定的环形腔光纤传感器，其环形腔内的总损耗值δ_i是固定的，该损耗由传感器的结构、耦合器的吸收损耗、光纤的总长度及反射率等决定。当外界测量参数(如磁场的作用，外力的施加，温度的波动等，本发明为磁场的作用)在电流传感单元6处变化时，也会导致脉冲光信号在该处产生损耗δ_s，根据光在不同磁场作用下磁流体的透过率特性，信号光产生的损耗为：

δ_s＝-αCHd                (4)

其中，α是磁流体的相对吸收系数，C是磁流体的浓度，H是外加磁场强度，d为磁流体厚度。当产生外加磁场的电感线圈中输入的电流强度为i时，该电感线圈产生的磁场强度为N为单位长度上的线圈匝数。

脉冲光信号在环形腔中传输一次时，从二号2×2耦合器9的输出端口903输出光强I₁和从一号2×2耦合器5输入口501输入光纤环形腔的光强I₀之间的关系分别为：

$\mathrm{\δ}={\mathrm{\δ}}_i+{\mathrm{\δ}}_s=-10\lg \left(\frac{I_1}{I_0}\right)---\left(5\right)$

$I_1=I_0\·{10}^{-\frac{{\mathrm{\δ}}_i}{10}}\·{10}^{-\frac{{\mathrm{\δ}}_s}{10}}=I_0\·{10}^{-\frac{{\mathrm{\δ}}_i}{10}}\·e^{\frac{\mathrm{\α}CdH}{4.34}}=I_0\·{10}^{-\frac{{\mathrm{\δ}}_i}{10}}\·e^{\frac{\mathrm{\α}CdNi}{4.34\×2}}---\left(6\right)$

光脉冲信号在环形腔中传输m(m为整数)圈后，从二号2×2耦合器9的输出端口903输出的光脉冲强度I_m为：

$I_m=I_0{e}^{\frac{-({\mathrm{\δ}}_s+{\mathrm{\δ}}_i)}{4.34}\·m}=I_0{e}^{\frac{-({\mathrm{\δ}}_s+{\mathrm{\δ}}_i)t}{4.34t_r}}---\left(7\right)$

式(7)中t_r为光脉冲信号在环形腔中传输一圈所用的时间，传输m圈后的时间为t_m＝mt_r；当输出光脉冲强度I_m衰减为输入光纤环形腔的信号光功率I₀的1/e时，衰荡光谱的衰荡时间τ与环形腔损耗δ之间的关系为：

$\frac{t_r}{\mathrm{\τ}}=\frac{4.34}{\mathrm{\δ}}=\frac{4.34}{{\mathrm{\δ}}_i+{\mathrm{\δ}}_s}---\left(8\right)$

对式(8)两边同时进行微分可得：

$\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ}}{\mathrm{\τ}}=\frac{\mathrm{\Δ}({\mathrm{\δ}}_i+{\mathrm{\δ}}_s)}{{\mathrm{\δ}}_i+{\mathrm{\δ}}_s},{\mathrm{\Δ\δ}}_i=0---\left(9\right)$

最后结合式(4)，式(8)和式(9)可以得出该传感器测得的磁场和电流大小：

$\mathrm{\Δ}H=\frac{{\mathrm{\Δ\δ}}_s}{4.34\mathrm{\α}Cd}=\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ}}{\mathrm{\τ}}\frac{{\mathrm{\δ}}_i+{\mathrm{\δ}}_s}{4.34\mathrm{\α}Cd}=\frac{{\mathrm{\Δ\τt}}_r}{{\mathrm{\τ}}^2\mathrm{\α}Cd}---\left(10\right)$

$\mathrm{\Δ}i=\frac{2\mathrm{\Δ}H}{N}=\frac{2{\mathrm{\Δ\τt}}_r}{{\mathrm{N\τ}}^2\mathrm{\α}Cd}=\frac{2}{N}\frac{1}{\mathrm{\α}Cd}\frac{1}{\mathrm{\τ}/t_r}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ}}{\mathrm{\τ}}---\left(11\right)$

本发明中磁流体填充的电流传感单元6的制作方法如下：首先制作三片厚度均为10um的介质薄膜603，该结构如图3所示。在制作时介质薄膜603使用的是玻璃薄片，大小均为20mm×20mm，其中第二片介质薄膜的中心位置处带有一个直径d＝10mm的圆形通孔；然后将带有圆形通孔的介质薄膜与任意一片不带通孔的介质薄膜在紫外灯照射下使用UV胶进行粘连，再使用胶头滴管将体积浓度为0.17emg/g的磁流体逐滴滴入并填充满介质薄膜中心位置的圆形通孔；最后再用第三片不带通孔的介质薄膜封装后在紫外灯照射下使用UV胶进行粘连，封装完成后进行紫外灯照射24小时处理。

本发明所采用的两个2×2耦合器分光比的选取将影响环形腔中光衰荡信号峰值的个数，进而影响着衰荡峰值点曲线的拟合和衰荡时间的测量。因此，为了提高拟合方程的准确性，在设计光纤环形衰荡腔的光路时，应选择合适的耦合器分光比来提高整个系统的性能。本发明的环形腔系统中两个耦合器分光比的选取过程如下：

仿真时，设定输入光脉冲信号功率为I₀＝2mW，在光纤环衰荡腔中，每次经过电流传感单元6由于磁流体的吸收导致光脉冲信号损耗了β₁＝3dB，在光隔离器4和7上损耗的光强均为0.1dB，而光脉冲信号每次通过延时光纤8中的传输损耗为β₂＝0.6dB，高速光电探测器10能探测到的经二号2×2耦合器9的输出端口902中耦合出来的光脉冲信号的最小分辨率为P＝100nW。最终，光脉冲信号第一次从二号2×2耦合器9的输出端口902输出被探测到的信号为：

$I_{out2\left(1\right)}=I_0\·k_2\left({10}^{-0.1{\mathrm{\β}}_1}\right)\·k_1\·(1-k_2)\·{10}^{-0.1{\mathrm{\β}}_2}(1-k_1)---\left(12\right)$

接着，光脉冲信号在光纤环形腔内传输的输出光信号功率分别为I_out2(2)，I_out2(3)，…。循环m次后经二号2×2耦合器9的输出端口902输出被探测到的信号为：

$I_{out2\left(m\right)}=I_0\·k_1\left({10}^{-0.1{\mathrm{\β}}_1}\right)\·{10}^{-0.1(m-1){\mathrm{\β}}_2}{(1-k_2)}^{m-1}---\left(13\right)$

两个2×2耦合器分光比组合优化时，对各组输出的光脉冲信号进行选取的两个原则分别是：

(1)在光纤环形腔中的耦合出的一个衰荡光谱中的衰荡峰值数目越多越好；

(2)对比第一步选取出的衰荡光谱的衰荡峰的组合分别将其第1，2，3个衰荡峰值进行对比，选择较大的那组作为最佳的优化组合。

获取衰荡峰的具体方法如下：首先，用直线滑动平均法进行平滑滤波，会得到每个脉冲的最大值，选取每个最大值点所对应的横坐标；这个坐标所对应的原始数据的y值为中心点，两边各取适当的点数，并对这些点所对应的原始数据中的纵坐标求平均值会得到脉冲的幅值，并且作为每个脉冲的峰值；由于相邻两个脉冲的周期是定值，因此，这里在横坐标的设定上，我们以第一个脉冲的中点为第一个脉冲的x值，然后相邻脉冲的横坐标的差值为脉冲周期，这样我们便会得到一组峰值点的坐标。利用MATLAB选取其中较大的峰值下衰荡次数尽可能多的耦合器分光比组合，最终实现系统的优化得到两个2×2耦合器的最佳分光比组合为81:19和82:18。

图4为使用波长为1531.63nm的C波段可调谐激光器，使用的两个2×2耦合器分光比组合为81:19和82:18、填充磁流体的体积浓度为C＝0.17emg/g、玻璃介质薄膜的厚度为d＝10um、测量所用的高速光电探测器动态响应为1MHz，转换效率为0.95mA/mW，该光纤电流传感器测量的不同电流强度光谱曲线。可见，通过不同电流强度产生的磁场对应一条不同的光谱曲线，就可以通过对应每条曲线的时间常数可以实现对电流强度的测量，实验测量结果如图5所示。由图5可知，电流强度与衰荡时间的变化关系是Δi＝-0.0342·Δτ+2.923，该光纤电流传感器可以实现3.42mA/us的高电流灵敏度测量。在实际工程应用中，将该光纤电流传感系统的电流传感单元置于由电流产生的磁场环境中，通过电流和磁场之间的转换关系以及衰荡光谱曲线的衰荡时间和电流值之间的变换关系就可以得到相应的电流强度变化值。

本发明设计的光纤电流传感器具有高危恶劣环境下的电工测量，强电磁干扰预警，微弱磁场变化等功能，在电力行业、医疗卫生、国防工业、航空导航等诸多领域有良好的应用前景。

Claims (7)

1.一种基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，其特征在于：该传感器由可调谐激光器(1)，电光调制器(2)，波形发生器(3)，一号光隔离器(4)，一号2×2耦合器(5)，电流传感单元(6)，二号光隔离器(7)，延时单模光纤(8)，二号2×2耦合器(9)，高速光电探测器(10)和光谱仪(11)组成，所述一号2×2耦合器(5)，电流传感单元(6)，二号光隔离器(7)，延时单模光纤(8)，二号2×2耦合器(9)组成环形腔；可调谐激光器(1)产生的宽谱光进入电光调制器(2)输入端，所述电光调制器(2)的调制端口与波形发生器(3)相连，对输入的宽谱光源进行调制后产生脉冲信号光，所述脉冲信号光从电光调制器(2)的输出端输出后经光隔离器(4)进入环形腔，脉冲信号光在环形腔中的光路传输如下：所述光隔离器(4)的输出端口与一号2×2耦合器(5)的输入端口(501)相连，脉冲信号光从一号2×2耦合器(5)的输出端口(502)输出进入电流传感单元(6)，所述电流传感单元(6)为一填充磁流体的薄膜单元，经过磁流体吸收后得到的脉冲信号光从电流传感单元(6)的输出端口输出，经二号光隔离器(7)后从二号2×2耦合器(9)的输入端口(901)输入，所述二号2×2耦合器(9)将脉冲光信号一分为二：一路信号光从二号2×2耦合器(9)的输出端口(902)输出被高速光电探测器(10)探测后进入光谱仪(11)进行记录和显示；另一路信号光通过二号2×2耦合器(9)的输出端口(903)后经延时单模光纤(8)延时后从一号2×2耦合器(5)的输入端口(503)输入，从一号2×2耦合器(5)的输出端口(502)输出，再次在环形腔中进行传输，这样，依次有多个不断衰减的脉冲信号光被光谱仪(11)记录后形成一个衰荡光谱。

2.一种如权利要求1所述基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，其特征在于：所述的可调谐激光器(1)工作于C波段，其输出的光波长为(1528.77～1563.86)nm，进入光纤环中的光功率为4.2mW。

3.一种如权利要求1所述基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，其特征在于：所述一号2×2耦合器(5)的分光比为81：19，所述二号2×2耦合器(9)的分光比为82：18。

4.一种如权利要求1所述基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，其特征在于：所述延时单模光纤(8)的长度由波形发生器(3)调制产生脉冲信号光的周期决定。

5.一种如权利要求1所述基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，其特征在于：所述电流传感单元(6)由一号准直透镜(601)、二号准直透镜(602)、介质薄膜(603)、磁流体(604)和磁场(605)组成，一号2×2耦合器(5)的输出端口(502)通过光纤连接一号准直透镜(601)，所述准直透镜(601)用于使从一号2×2耦合器(5)的输出端口(502)输出进入光纤中的脉冲信号光束呈平行光，该平行光通过填充有磁流体(604)的三块介质薄膜(603)后平行射入二号准直透镜(602)，经二号准直透镜(602)聚束后耦合进入与二号光隔离器(7)输入端口相连的光纤；一号准直透镜(602)、二号准直透镜(603)及与其相连的光纤均处在同一轴线上，并且一号准直透镜(601)的右侧端面与左侧介质薄膜之间的距离以及二号准直透镜(602)的左侧端面与右侧介质薄膜之间的距离均为5mm，该距离由所选用准直透镜的焦距决定，所述磁场(605)的方向与磁流体(604)表面垂直，即平行于脉冲信号光的传播方向。

6.一种如权利要求5所述基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，其特征在于：所述的电流传感单元(6)中介质薄膜(603)为三块厚度均为10um的玻璃薄片，其中中间一块玻璃薄片的中心挖出一个直径为10mm的圆孔，圆孔内填充有体积浓度为0.17emg/g的磁流体(604)，左右两块介质薄膜起到封装的作用，填充的磁流体具有折射率大小随磁场强度变化的特性。

7.一种如权利要求5所述基于环形腔衰荡光谱技术和磁流体的光纤电流传感器，其特征在于：所述的电流传感单元(6)中产生磁场(605)的磁场产生装置由两个螺线管式电感线圈(605A，605B)、水冷装置(605C)及可编程直流电源(605D)组成，两个螺线管式电感线圈(605A，605B)分别位于填充有磁流体(604)的介质薄膜(603)两侧，产生的磁场垂直于介质薄膜(603)表面，水冷系统(605C)通过冷凝水循环流动对工作时的电感线圈(605A，605B)进行降温，可编程直流电源(605D)通过改变在电感线圈(605A，605B)中的输入电流进而产生一个稳定的磁场(605)。