[发明专利]一种地铁/煤矿杂散电流光纤传感器闭环控制装置及方法

权利要求书

1.一种地铁/煤矿杂散电流光纤传感器闭环控制装置，其特征在于：该装置由宽带光源(1)、光纤环形器(2)、偏振调制器(3)、延迟光纤(4)、传感光纤(5)、光纤反射镜(6)、光纤骨架(7)、光电探测器(8)和控制单元(9)组成；宽带光源(1)与光纤环形器(2)的端口(21)连接，光纤环形器(2)的端口(22)与偏振调制器(3)的端口(31)连接，偏振调制器(3)的端口(32)与延迟光纤(4)连接，延迟光纤(4)与传感光纤(5)连接，传感光纤(5)和光纤反射镜(6)连接，传感光纤(5)缠绕在光纤骨架(7)上，光纤骨架(7)穿过载流导体(10)，光纤环形器(2)的端口(23)与光电探测器(8)的端口(81)连接，光电探测器(8)的端口(82)与控制单元(9)的端口(91)连接，偏振控制器(3)的端口(33)与控制单元(9)的端口(92)连接；

所述光纤环形器(2)的端口(21)与(22)之间的传输光路具备单向性，传输光路的消光比≥28dB；光纤环形器(2)的端口(22)与(23)之间的传输光路具备单向性，且传输光路的消光比≥28dB；

所述偏振调制器(3)由偏振面可调角度旋转模块(34)和偏振面固定角度旋转模块(35)组成；所述端口(22)输出的线偏振光从端口(31)进入偏振调制器(3)，依次经过偏振面可调角度旋转模块(34)和偏振面固定角度旋转模块(35)，从端口(32)输出，进入延迟光纤(4)；线偏振光经延迟光纤(4)进入传感光纤(5)，受到载流导体(10)上电流所激发磁场的作用，经过光纤反射镜(6)返回传感光纤(5)，再经过延迟光纤(4)输出；延迟光纤(4)输出的线偏振光从端口(32)进入偏振调制器(3)，依次经过偏振面固定角度旋转模块(35)和偏振面可调角度旋转模块(34)，从端口(31)输出；

所述偏振面可调角度旋转模块(34)由螺线管(341)和磁致旋光晶体(342)组成；所述控制单元(9)通过端口(92)输出调制电压，调制电压经端口(33)加载在螺线管(341)并在螺线管(341)内激发产生磁场，该磁场使通过磁致旋光晶体(342)的线偏振光旋转，旋转角度与螺线管(341)激发的磁场强度成正比；

所述偏振面固定角度旋转模块(35)由永磁环(351)和磁致旋光晶体(352)组成，通过磁致旋光晶体(352)的线偏振光的偏振面旋转π/8。

2.根据权利要求1所述的一种地铁/煤矿杂散电流光纤传感器闭环控制装置，其特征在于：所述延迟光纤(4)和所述传感光纤(5)为一根连续的高双折射旋转光纤的两个部分，延迟光纤(4)绕制成环形。

3.根据权利要求1所述的一种地铁/煤矿杂散电流光纤传感器闭环控制装置，其特征在于：所述控制单元(9)通过端口(91)接收从光电探测器(8)的端口(82)输出的信号，产生调制电压信号，由端口(92)输出。

4.基于权利要求1所述的闭环控制装置实现的一种地铁/煤矿杂散电流光纤传感器闭环控制方法，其特征在于：宽带光源(1)的输出光从端口(21)进入光纤环形器(2)，在端口(21)至端口(22)的传输光路中形成线偏振光，从端口(22)输出；从端口(22)输出的线偏振光经端口(31)进入偏振调制器(3)，在端口(31)至端口(32)的传输光路中偏振面发生第1次旋转，从端口(32)输出；从端口(32)输出的线偏光经延迟光纤(4)进入传感光纤(5)，受到载流导体(10)上电流所激发磁场的作用，偏振面发生第2次旋转，然后受到光纤反射镜(6)的作用返回传感光纤(5)，偏振面在相同磁场下发生第3次旋转，经过延迟光纤(4)返回至端口(32)；返回至端口(32)的线偏振光经端口(32)进入偏振调制器(3)，在端口(32)至端口(31)的传输光路中，偏振面发生第4次旋转，并从端口(31)输出；从端口(31)输出的线偏振光经端口(22)进入光纤环形器(2)，在端口(22)至端口(23)的传输光路中分解成偏振方向正交的两束光分量，仅允许其中一束光分量从端口(23)输出；从端口(23)输出的一束光分量经端口(81)进入光电探测器(8)，光电探测器(8)检测输入光信号并进行光电变换，变换结果从端口(82)输出，经端口(91)进入控制单元(9)；控制单元(9)根据端口(91)输入的变换结果产生调制电压信号，由端口(92)输出，经端口(33)控制第1次旋转和第4次旋转时偏振面旋转的角度。

5.根据权利要求4所述的一种地铁/煤矿杂散电流光纤传感器闭环控制方法，其特征在于：第1次和第4次的旋转角度大小相等，方向相同，第1次和第2次的旋转角度大小相等，方向相反，第3次和第4次的旋转角度大小相等，方向相反。