CN110988435B - 提高光纤电流传感器信噪比的光路系统 - Google Patents

Abstract

公开了提高光纤电流传感器信噪比的光路系统，提高光纤电流传感器信噪比的光路系统中，宽带光源配置成提供光源，保偏光纤耦合器包括连接所述宽带光源的第一端口、连接第一光纤起偏器的第三端口和连接第二光纤起偏器的第二端口，第一光纤起偏器包括连接所述第三端口的输入端光纤以及与相位调制器一端光纤成45°熔接的输出端光纤，保偏光纤延迟线圈包括连接所述相位调制器另一端的第一端以及与λ/4光纤波片一端以45°熔接的第二端，电流传感光纤一端连接λ/4光纤波片，另一端连接光纤反射镜，第二光纤起偏器包括连接所述第二端口的输入端以及与光电探测器相连的输出端。

Description

提高光纤电流传感器信噪比的光路系统

技术领域

本发明涉及电流传感测量技术领域，特别是一种提高光纤电流传感器信噪比的光路系统。

背景技术

光纤电流传感器是一种基于磁光法拉第效应的光学电子式电流传感器，相比传统电磁式电流传感器，具有绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻、易安装、线性度好、动态范围大、无磁饱和现象，抗电磁干扰能力强，无二次开路安全问题，可测量交直流信号，计量和保护一体化，输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等众多优点，已经在智能化变电站中广泛应用，是高压交直流电流测量领域的主要技术发展方向。

现有反射式串联型光纤电流传感器的光路系统结构方案是光纤电流传感器主要的光路系统方案之一，其具有的最小非互易性能能够最大程度得抵消由于温度、振动冲击等环境因素引起的光纤器件机械应力变化和保偏光纤偏振串扰的问题。

虽然反射式串联型光纤电流传感器的光路系统具有最小非互易特性，但是受光纤电流传感器光路系统中实际光纤器件性能的限制及其全温环境(-40℃～+70℃)下性能的劣化，以及保偏光纤因机械应力或温度引起的偏振光串扰(既保偏光纤的快、慢轴上的偏振光相互耦合)，特别是光纤起偏器的起偏性能和保偏光纤耦合器的保偏性能易受温度影响；与此同时光纤起偏器还存在正向和反向输入时起偏性能不一致，正向输入时起偏性能较好而反向输入时较差，这些非理想的因素致使偏振串扰的光波进入光电探测器中，形成传感器的光路噪声，造成传感器的信噪比下降，最终影响电流传感器对小电流的测量精度。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的提出了一种提高光纤电流传感器信噪比的光路系统，其通过在光路中的保偏光纤耦合器一端连接第二光纤起偏器的正向输入端，第二光纤起偏器的输出端再与光电探测器相连，大大降低进入光电探测器的光路噪声，提高了光纤电流传感器的信噪比和对小电流的测量精度。

一种提高光纤电流传感器信噪比的光路系统包括，

宽带光源，其配置成提供光源，

保偏光纤耦合器，其包括连接所述宽带光源的第一端口、连接第一光纤起偏器的第三端口和连接第二光纤起偏器的第二端口，

第一光纤起偏器，其包括连接所述第三端口的输入端光纤以及与相位调制器一端光纤成45°熔接的输出端光纤，

保偏光纤延迟线圈，其包括连接所述相位调制器另一端的第一端以及与λ/4光纤波片一端以45°熔接的第二端，

电流传感光纤，其一端连接λ/4光纤波片，另一端连接光纤反射镜，

第二光纤起偏器，其包括连接所述第二端口的输入端以及与光电探测器相连的输出端。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统中，第一端口和第二端口位于所述保偏光纤耦合器的同一侧，第三端口位于所述保偏光纤耦合器的另一侧，第一端口和第二端口为可互换端口。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统中，所述保偏光纤耦合器还包括位于第三端口同侧的用于连接第一光纤起偏器的第四端口，所述第四端口和第三端口为可互换端口。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统中，宽带光源包括低偏宽带光源和高偏宽带光源。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统中，电流传感光纤包括低双折射保圆偏振光纤和高双折射保圆偏振光纤。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统中，相位调制器包括铌酸锂相位调制器。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统中，提高光纤电流传感器信噪比的光路系统还包括连接光电探测器的信号处理单元。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统中，所述信号处理单元包括数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在保偏光纤耦合器的一端与光电探测器之间连接的光纤起偏器，大大降低了由于光路系统中保偏光纤、光纤起偏器、保偏光纤耦合器及其它光纤器件因机械应力或温度引起的，并最终进入光电探测器中的偏振串扰光波，从而提高电流传感器的信噪比和对小电流的测量精度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统的保偏光纤耦合器结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统的光纤起偏器结构示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图3更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图l至图3所示，一种提高光纤电流传感器信噪比的光路系统包括，

宽带光源1，其配置成提供光源，

保偏光纤耦合器3，其包括连接所述宽带光源1的第一端口、连接第一光纤起偏器4的第三端口和连接第二光纤起偏器5的第二端口，

第一光纤起偏器4，其包括连接所述第三端口的输入端光纤以及与相位调制器6一端光纤成45°熔接的输出端光纤，

保偏光纤延迟线圈7，其包括连接所述相位调制器6另一端的第一端以及与λ/4光纤波片8一端以45°熔接的第二端，

电流传感光纤9，其一端连接λ/4光纤波片8，另一端连接光纤反射镜10，

第二光纤起偏器5，其包括连接所述第二端口的输入端以及与光电探测器2相连的输出端。

本发明的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统可以大大降低进入光电探测器2的光路噪声，提高整个光路的信噪比，同时降低因保偏光纤耦合器的保偏性能和光纤起偏器反向输入时起偏性能较差带来的影响，提高光纤电流传感器测量小电流时的准确度。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，一种提高光纤电流传感器信噪比的光路系统结构包括宽带光源1，光电探测器2，保偏光纤耦合器3，第一光纤起偏器4，第二光纤起偏器5，铌酸锂相位调制器6，保偏光纤延迟线圈7，λ/4光纤波片8，电流传感光纤9和光纤反射镜10。所述光路系统的连接关系为：宽带光源1与保偏光纤耦合器3的第一端口相熔接；第二光纤起偏器5的输入端光纤与保偏光纤耦合器3的第二端口相熔接，第二光纤起偏器5的输出端光纤与光电探测器2相熔接；保偏光纤耦合器3的第三端口与第一光纤起偏器4的输入端光纤相熔接，第一光纤起偏器4的输出端光纤与铌酸锂相位调制器6的一端光纤成45°熔接，铌酸锂相位调制器6的另一端熔接保偏光纤延迟线圈7的一端，保偏光纤延迟线圈7的另一端以45°与λ/4光纤波片8的一端相熔接，λ/4光纤波片8的另一端熔接电流传感光纤9一端，电流传感光纤9的另一端熔接光纤反射镜10。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统的优选实施例中，第一端口和第二端口位于所述保偏光纤耦合器3的同一侧，第三端口位于所述保偏光纤耦合器3的另一侧，第一端口和第二端口为可互换端口。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统的优选实施例中，所述保偏光纤耦合器3还包括位于第三端口同侧的用于连接第一光纤起偏器4的第四端口，所述第四端口和第三端口为可互换端口。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统的优选实施例中，宽带光源1包括低偏宽带光源1和高偏宽带光源1。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统的优选实施例中，电流传感光纤9包括低双折射保圆偏振光纤和高双折射保圆偏振光纤。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统的优选实施例中，相位调制器6包括铌酸锂相位调制器6。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统的优选实施例中，提高光纤电流传感器信噪比的光路系统还包括连接光电探测器2的信号处理单元。

所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统的优选实施例中，所述信号处理单元包括数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

来自宽带光源1的光经由保偏光纤耦合器3进入第一光纤起偏器4起偏变为线偏振光，然后与相位调制器6尾纤成45度熔接后变为相互正交的两束线偏振光，经由保偏光纤延迟线圈7传输至λ/4光纤波片8以转换为左旋和右旋的两束圆偏振光之后进入电流传感光纤9，

两束圆偏振光经光纤反射镜10反射后旋转方向互换，然后经过λ/4光纤波片8后变为快慢轴互换的两束正交线偏振光，返回的两束线偏振光再次经历保偏光纤延迟线圈7及相位调制器6后在45°熔接处发生干涉，干涉光波从第一光纤起偏器4输出端输入后反向起偏，然后经保偏光纤耦合器3分光后经由第二光纤起偏器5起偏后进入光电探测器2。

处理方法大大降低进入光电探测器的光路噪声，提高整个光路系统的信噪比，同时降低因保偏光纤耦合器的保偏性能和光纤起偏器反向输入时起偏性能较差带来的影响，提高光纤电流传感器测量小电流时的准确度。

工业实用性

本发明所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统可以在电流测量领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (2)

1.一种提高光纤电流传感器信噪比的光路系统，其包括，

宽带光源，其配置成提供光源，

保偏光纤耦合器，其包括连接所述宽带光源的第一端口、连接第一光纤起偏器的第三端口和连接第二光纤起偏器的第二端口，

第一光纤起偏器，其包括连接所述第三端口的输入端光纤以及与相位调制器一端光纤成45°熔接的输出端光纤，

保偏光纤延迟线圈，其包括连接所述相位调制器另一端的第一端以及与λ/4光纤波片一端以45°熔接的第二端，

电流传感光纤，其一端连接λ/4光纤波片，另一端连接光纤反射镜，

第二光纤起偏器，其包括连接所述第二端口的输入端以及与光电探测器相连的输出端，降低了由于光路系统中保偏光纤、光纤起偏器、保偏光纤耦合器及其它光纤器件因机械应力或温度引起的，并最终进入光电探测器中的偏振串扰光波；电流传感光纤包括低双折射保圆偏振光纤和高双折射保圆偏振光纤，来自宽带光源的光经由保偏光纤耦合器进入第一光纤起偏器起偏变为线偏振光，然后与相位调制器尾纤成45度熔接后变为相互正交的两束线偏振光，经由所述保偏光纤延迟线圈传输至λ/4光纤波片以转换为左旋和右旋的两束圆偏振光之后进入所述电流传感光纤，两束圆偏振光经光纤反射镜反射后旋转方向互换，然后经过λ/4光纤波片后变为快慢轴互换的两束正交线偏振光，返回的两束线偏振光再次经历所述保偏光纤延迟线圈及相位调制器后在45°熔接处发生干涉，干涉光波从第一光纤起偏器输出端输入后反向起偏，然后经所述保偏光纤耦合器分光后经由第二光纤起偏器起偏后进入光电探测器，所述保偏光纤耦合器还包括位于第三端口同侧的用于连接第一光纤起偏器的第四端口，所述第四端口和第三端口为可互换端口，宽带光源包括低偏宽带光源和高偏宽带光源，第一端口和第二端口位于所述保偏光纤耦合器的同一侧，第三端口位于所述保偏光纤耦合器的另一侧，第一端口和第二端口为可互换端口，提高光纤电流传感器信噪比的光路系统还包括连接光电探测器的信号处理单元，所述信号处理单元包括数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

2.如权利要求1所述的提高光纤电流传感器信噪比的光路系统，其中，相位调制器包括铌酸锂相位调制器。

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