一种光纤磁光探头装置及其应用系统制造方法及图纸

一种涉及光学的光纤磁光探头装置及其应用系统，该光纤磁光探头装置包括采用光纤导向的光和法拉第磁光旋转器，采用正交光偏振处理，对所述的光进行正交偏振分量的分光、磁光感应、合波处理，其特征在于：法拉第磁光旋转器后设置波片，波片用于对法拉第磁光旋转器两束输出光的偏振面进行旋转，以避免近零失敏，而磁光感应、偏振检测对两正交偏振分量同时、等量进行以避免光源和传输光路引起的光偏振漂移对测量结果的影响。该系统包括电光组件和磁光探头装置，电光组件与磁光探头装置通过光纤光环路连通，电光组件向磁光探头装置发出光源，并对该磁光探头装置所导出的光进行采集、检测、分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学，尤其涉及一种光纤磁光探头装置及其应用系统。
技术介绍
在高压高功率直流或交流电力传输系统中，在零电位安全地方监控和测量高压线上的电流和位相十分必要。相对于传统的电流互感器，光纤光学传感器应用于电流和磁场的检测具有绝缘方便，安全性高、尺寸小、抗干扰能力强、以及低成本等特性。几百年前麦可·法拉第发现当线偏光通过放置在磁场中的活石玻璃后偏振面发生偏转，这一特性叫法拉第效应，现已广泛应用于感应磁场。偏振面的旋转量正比与磁场如下式所示φ＝VH其中，Φ是旋转量，H是磁场强度，V是费尔德常数。在安培定律中，给出了磁场和导体中电流的关系如下 这样，法拉第效应也常用来感应导体中的电流。通常，不同的玻璃有不同的费尔德常数，但一般都很小，在10-4deg/cm-Oe的量级。人们常用光纤绕导体无数圈的方法来增加光通过磁光介质和磁场的距离，从而提高感应的灵敏度，并且，受光纤通信产业的影响，大量的研发促成了超大费尔德常数的铁磁材料的产生和面市，使得小尺寸的法拉第旋光器成为可能。在过去十几年中，较普遍地采用如下两种光线光学的技术方案来测量电流。一种是采用光纤本身的法拉第效应，即上述的光纤绕导体的方法。这种方法需要很长的且(许多)无数圈的光纤缠绕导体，不但造成了光探头尺寸的增大而且也增强了光陀螺效应，光纤的光陀螺效应会同时感应角动量，为了去除振动对电流测量的影响，就需要十分复杂的光纤光路系统。同时，由于光纤必须绕着导体，安装时必须应用特别的连接件，也需要中断输电。该技术方案的缺点还包括偏振态的起偏和检偏困难、需要低折射率的特殊材料制作光纤，以及光纤的热应力导致的偏振态干扰很难消除，在美国专利US6703821B2、US6301400B1、US6563589B1、US6356351B1及US6636321B2等都采用这种方法。另一种技术方案是采用小尺寸法拉第旋光器内植光纤光路，这种技术方案采用小尺寸磁光材料如各种类型的石榴石晶体结合其它光学元件如光准直器，透镜等光学元件构成的自由空间的光探头，在美国专利编号US6,756,781发表了典型的此一途径的设计方案，但在这个技术方案中，必需运用偏振保持光纤和固定偏振态的光源，任何中间环节的偏振态飘动将影响测量精度和稳定性。对于上述两种技术方案，只要采用法拉第效应去感应磁场或电流，都需要特殊的设计来监测偏振态的偏转或两正交偏振光相对位相变化，一般应用塞纳干涉方法把偏振面旋转量或偏振位相变化转换成光强度变化。简单的偏振检测或塞纳干涉给出如下的关系I∝sin2φ=12(1-cos2φ)]]>在上式中，I是光强或光电管检测到的光信号，Φ是法拉第旋转量。由该式可以看出，当法拉旋转量很小时，此探测系统很不敏感，即，会产生所谓的近零失敏的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的光纤磁光探头装置及其应用系统，以克服现有技术中近零失敏的缺点。本专利技术所采用的光纤磁光探头装置包括采用光纤导向的光和法拉第磁光旋转器，采用光偏振处理，对所述的光正交偏振分量进行分波、磁光感应、合波处理，其特征在于所述的法拉第磁光旋转器后设置波片，所述的波片用于对法拉第磁光旋转器两束输出光的偏振面进行旋转以避免近零失敏，而磁光感应，偏振检测对两正交偏振分量同时、等量进行。所述的波片的晶体光轴与所述法拉第磁光旋转器两束输出光的正交偏振面成22.5°或67.5°。所述装置依次包括输入光纤、输入光准直器、第一偏振分光器、法拉第磁光旋转器、1/2波片、第二偏振分光器、输出光准直器和输出光纤，其中，所述的输入光纤把光引入输入光准直器；所述的输入光准直器将光准直后输至第一偏振分光器；所述的第一偏振分光器将光分成两束光，所述两束光为偏振态相互正交的偏振光；所述的两正交的偏振光经过法拉第磁光旋转器，两个偏振光的偏振面被同时旋转一个相同的角度，所述旋转角的大小与所在点的磁场强度成比例，该法拉第磁光旋转器输出旋转后的两束输出光至1/2波片；所述的1/2波片将两束输出光的偏振面同时旋转，传输至第二偏振分光器；所述的第二偏振分光器选取光的分量合束，依次通过输出光准直器和输出光纤导出合束的光。所述的第一偏振分光器和第二偏振分光器为平板型偏振分光器或楔板型偏振分光器。所述装置包括输入光纤、输出光纤、光纤光准直器、偏振分光器、法拉第磁光旋转器、1/4波片和反射镜，所述的输入光纤和输出光纤均与光纤光准直器导通，其中，所述的输入光纤把光引入光纤光准直器；所述的光纤光准直器将光准直后输至偏振分光器；所述的偏振分光器将光分成两束光，所述两束光为偏振态相互正交的偏振光；所述的两正交的偏振光经过法拉第磁光旋转器，两个偏振光的偏振面被同时旋转一个相同的角度，所述旋转角的大小与所在点的磁场强度成比例，该法拉第磁光旋转器输出旋转后的两束输出光至1/4波片；所述的两束输出光通过1/4波片经反射镜反射回1/4波片，该1/4波片将所述两束输出光的偏振面同时旋转，传输至偏振分光器；所述的偏振分光器选取光的分量合束，依次通过光纤光准直器和输出光纤导出合束的光。所述输入光纤和输出光纤与光纤光准直器之间连接光纤环路器，所述的光纤环路器通过光纤与光纤光准直器直接导通。这种光纤磁光探头装置应用系统，包括电光组件和磁光探头装置，所述的电光组件与所述磁光探头装置通过光纤光环路连通，所述的电光组件向磁光探头装置发出光源，并对该磁光探头装置所导出的光进行采集、检测，所述的磁光探头装置安置于输电线路上，其特征在于该磁光探头装置采用光纤导向的光和法拉第磁光旋转器，法拉第磁光旋转器后设置波片，所述的波片用于对法拉第磁光旋转器两束输出光的偏振面进行旋转，通过偏振分光器向所述电光组件导出合束的光。所述电光组件至少包括光源、光探测器、模拟电路模块，其中，所述光源发出的光通过光纤传至磁光探头装置，所述光的强度在磁光探头装置中根据导体中电流的大小被调制，通过光纤传到光探测器中；所述的光探测器采集光信号，将检测到的电流信号发送至模拟电路模块；所述的模拟电路模块对接收到的信号进行分析处理，输出测量到的二次电流，用于对输电线路的测量和控制。所述的电光组件还包括数字信号处理模块，所述的数字信号处理模块对模拟电路模块接收到的信号进行数字化处理，由标准数字出口输出或显示到面板表中。所述系统还包括两个光纤环路器32a、32b和光耦合器，所述电光组件包括两个光探测器42a、42b，其中，所述的光源发出的光经过光耦合器分成等值的两部分后分别传输至两个光纤环路器32a、32b；所述的两个光纤环路器32a、32b通过光纤与磁光探头装置相导通；所述的两个光纤环路器32a、32b的输出端分别连通至光探测器42a、42b；所述的两个光纤环路器32a、32b的两路光从相反的方向通过磁光探头装置，所述的电光组件根据两个光探测器42a、42b所检测到的两个电流I42a、I42b，以下式进行比较分析处理Ic=I42a-I42bI42a+I42b]]>所述系统还包括两个光纤多波长分合器33a、33b，所述电光组件设有两个光源41a、41b、以及两个光探测器42a、42b；所述的两个光纤多波长分合器33a、33b通过光纤与磁光探头装置相导通；所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤磁光探头装置，包括采用光纤导向的光和法拉第磁光旋转器，采用光偏振处理对所述的光进行分光、磁光感应、合波处理，其特征在于：所述的法拉第磁光旋转器后设置波片，所述的波片用于对法拉第磁光旋转器两束输出光的偏振面进行旋转。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁海骏，
申请(专利权)人：上海舜宇海逸光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]