[发明专利]光纤电流互感器传输光谱的稳定控制装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传输技术领域，具体涉及一种光纤电流互感器传输光谱的稳定控制装置。

背景技术

基于磁光Faraday效应的光纤电流互感器采用光纤作为传感介质，不存在铁磁共振和磁滞饱和的隐患，同时具有频带宽、动态范围大、检测精度高、体积小、重量轻、环境适应性能好，以及制造和维护成本低等一系列优点，从根本上避免了传统电流互感器的固有缺陷。光纤电流互感器中光路器件的对轴角度误差及温度引起光学器件的光谱窗口漂移，都会影响光路中传输光波的谱形和功率，影响传感单元Faraday效应的积分光相移，同时导致干涉信号幅值波动即影响闭环前向通道增益，产生测量误差，影响互感器测量精度。光路器件对轴角度误差及温度引起光学器件光谱窗口漂移是影响光纤电流互感器长期稳定性的一个重要因素，因此，传输光谱的稳定控制技术是光纤电流互感器的关键技术之一。

目前已有的光纤电流互感器传输光谱的稳定控制技术主要有宽谱光源和光源温控技术、调整光纤之间以及光纤与器件之间的对轴角度等。其中宽谱光源和光源温控系统较为常用。

首先分析一下光路器件对轴角度误差及温度引起光学器件光谱窗口漂移对传输光波谱形和功率影响的物理机制：

典型的光纤电流互感器光路由光源、偏振器、相位调制器、传感单元与探测器构成，各个器件之间存在光纤的熔接。光入射进保偏光纤后，将其分解为沿慢轴和快轴的偏振分量。由于偏振模色散,不同的偏振分量通过一定长度的保偏光纤后具有不同的光程。光纤之间的熔接所产生的对轴角度误差会使得从第一根光纤输出的光波的2个偏振分量在进入第二根光纤时将发生偏振模式的交叉耦合;当保偏光纤的主轴与偏振器的透光轴成一定角度对接时,从偏振器输出的光波将是沿透光轴方向传输的主波与耦合波的干涉输出。因此，光波经保偏光纤和偏振器传输后,输出光谱的形状将发生变化。

光纤电流互感器中采用宽谱光源，通常是超辐射发光二极管(SLD)，利用宽谱光源相干长度短与保偏光纤的偏振保持优点，抑制对轴误差导致的干涉耦合。同时，对光源采用温控技术，以抑制温度变化带来的光源中心波长及光谱形状变化。

实际宽谱光源的光谱接近高斯函数，但是由于宽谱光源参数(比如管芯腔长、掺杂区位置、切割面角度与耦合尾纤的反射等)的不理想，仍存在谱型不对称、谱中存在位置与大小不确定的纹波等情况，这将影响宽谱光源的相干函数，使得次相干峰与主相干峰可能产生寄生干涉信号，直接影响光纤电流互感器的精度。同时，温控虽然可以较为有效的控制中心波长减小其漂移幅度，但是无法对光源光谱进行修正、调整。

当光纤与光纤之间或光纤与器件之间的对轴角度不为零时,输入光波经保偏光纤和偏振器传输后输出光谱中会叠加周期函数,周期函数的周期和幅值与对轴角度和光纤长度有关。因此,实际应用中,当光纤长度一定时,为了控制光谱形状的变化程度,应调整光纤之间以及光纤与器件之间的对轴角度。由于高精度的对轴误差调整在光路的制作过程难以实现，使得这种方法的发展受到了一定限制。

发明内容

本发明是提出了一种光纤电流互感器传输光谱的稳定控制装置，涉及无源光谱滤波控制方法，通过在光路中的关键位置引入两个光纤滤波器（所述的关键位置是指偏振器前端和传感单元前端），消除光纤电流互感器中由于对轴误差及温度引起光学器件光谱窗口漂移引入的光波谱形和功率变化，使光纤电流互感器中传输光谱稳定，消除传感单元Faraday效应的积分光相移误差。