[发明专利]在线消除光源功率波动的煤矿光纤电流传感器及控制方法

说明书

本发明公开了一种在线消除光源功率波动的煤矿光纤电流传感器及控制方法，属于光纤传感技术领域，由光源、光纤环形器、光纤起偏器、第一准直透镜、磁光晶体、第二准直透镜、矩形磁芯、螺线管、传感光纤环、反射膜、载流导体和光电探测器组成。在该传感器的光路中引入螺线管、矩形铁芯和磁光晶体，螺线管中驱动电流激发的磁场经矩形铁芯引导作用在磁光晶体上，通过改变驱动电流的大小和流通方向分别改变磁光晶体中旋光角度的大小和极性，由此构建磁光晶体中旋光角度周期性变化规律，相邻周期磁光晶体中旋光角度大小相等、极性相反，基于此，通过对相邻周期内光电探测器的检测光强进行差分运算消除光源功率波动的影响。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种在线消除光源功率波动的煤矿光纤电流传感器及控制方法。

背景技术

光纤电流传感器具备体小质轻、本征绝缘、耐腐蚀和抗电磁干扰等优点，特别适合在煤矿井下推广使用，目前光纤电流传感器主要根据法拉第旋光效应展开设计，由此衍生出两种主流传感方案，一种方案是在传感光纤中输入一束线偏振光，待测电流激发的磁场诱导线偏振光发生等比例旋转，通过检测旋转角度获得待测电流；另外一种方案是在传感光纤中输出两束旋向相反的圆偏振光，待测电流激发的磁场诱导两束圆偏振光形成等比例的相位差，通过检测相位差获得待测电流。这两种传感方案在被有效实施前，均需面临如何解决光源功率波动对测量结果的影响问题，为此，第一种传感方案利用偏振分束器(双光路结构)将携带旋光角度信息的输出线偏振光进行正交分解，通过对正交信号进行处理以消除光源功率波动影响。第二种传感方案利用相位调制器在两束等幅正交的线偏振光(用于产生两束旋向相反的圆偏振光)中引入π/2相位差，由此消除光源功率波动影响。第一种传感方案的精度取决于偏振分束器两条正交光路的差异性，只有偏振分束器两条正交光路完全一致的条件下，才能消除光源功率波动的影响，而第二种传感方案所采用的相位调制器价格昂贵，是目前光纤电流传感器制造成本高的主要因素之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对以上问题本发明提出一种在线消除光源功率波动的煤矿光纤电流传感器及控制方法，该装置及方法能够消除光源功率波动对测量结果的影响，具有测量精度高、结构简单、成本低等优点。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种在线消除光源功率波动的煤矿光纤电流传感器，包括光源、光纤环形器、光纤起偏器、第一准直透镜、磁光晶体、第二准直透镜、矩形磁芯、螺线管、传感光纤环、反射膜、载流导体和光电探测器；所述光源与光纤环形器连接，所述光纤环形器与光纤起偏器连接，所述光纤起偏器与第一准直透镜连接，所述第一准直透镜、磁光晶体和第二准直透镜的水平中心线在同一条直线上，所述矩形磁芯的水平中心线与磁光晶体的水平中心线的夹角为45°，在矩形磁芯上绕制螺线管，所述第二准直透镜与传感光纤环连接，传感光纤环末端电镀反射膜，所述传感光纤环穿过载流导体，所述光电探测器连接光纤环形器；

具体包含如下步骤；

步骤1，光源的输出光经光纤环形器进入光纤起偏器后形成正向线偏振光，从光纤起偏器输出的正向线偏振光由第一准直透镜形成平行光后进入磁光晶体，由磁光晶体输出后经第二准直透镜耦合进传感光纤环；

步骤2，经反射膜后形成反向线偏振光并返回传感光纤环，反向线偏振光经第二准直透镜形成平行光后进入磁光晶体，由磁光晶体输出后经第一准直透镜耦合进光纤起偏器，由光纤起偏器输出后经光纤环形器进入光电探测器；

步骤3，往螺线管通入驱动电流使矩形磁芯产生磁场，矩形磁芯的磁场诱导正向线偏振光和反向线偏振光在经过磁光晶体时产生法拉第旋光效应，正向线偏振光和反向线偏振光的旋光角度为α，α的大小和极性分别随着驱动电流在螺线管的大小和流通方向的变化而变化，驱动电流的变化规律具有周期性，相邻周期内驱动电流的极性相反、大小相同，使得相邻周期内α为+π/8和-π/8；