本發明專利技術公開了一種光纖電流互感器傳輸光譜的穩定控制裝置，屬于光纖傳輸技術領域。所述的穩定控制裝置在偏振器前端設置第一光纖濾波器，在傳感單元前端設置第二光纖濾波器，消除光纖電流互感器中由于對軸誤差及溫度引起光學器件光譜窗口漂移引入的光波譜形和功率變化，使光纖電流互感器中傳輸光譜穩定，消除傳感單元Faraday效應的積分光相移誤差。本發明專利技術提供的基于光纖濾波器的全光纖電流互感器光路新方案解決了傳統光路中光纖之間以及光纖與器件之間難以精確對軸以及溫度漂移導致的光學器件光譜窗口漂移問題，消除了光譜波動對誤差信號的影響，擴大了系統對直流隨機相位漂移的跟蹤范圍，提高系統的抗干擾能力和穩定性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光纖傳輸
，具體涉及一種光纖電流互感器傳輸光譜的穩定控制裝置。
技術介紹
基于磁光Faraday效應的光纖電流互感器采用光纖作為傳感介質，不存在鐵磁共振和磁滯飽和的隱患，同時具有頻帶寬、動態范圍大、檢測精度高、體積小、重量輕、環境適應性能好，以及制造和維護成本低等一系列優點，從根本上避免了傳統電流互感器的固有缺陷。光纖電流互感器中光路器件的對軸角度誤差及溫度引起光學器件的光譜窗口漂移，都會影響光路中傳輸光波的譜形和功率，影響傳感單元Faraday效應的積分光相移，同時導致干涉信號幅值波動即影響閉環前向通道增益，產生測量誤差，影響互感器測量精度。光路器件對軸角度誤差及溫度引起光學器件光譜窗口漂移是影響光纖電流互感器長期穩定性的一個重要因素，因此，傳輸光譜的穩定控制技術是光纖電流互感器的關鍵技術之一。目前已有的光纖電流互感器傳輸光譜的穩定控制技術主要有寬譜光源和光源溫控技術、調整光纖之間以及光纖與器件之間的對軸角度等。其中寬譜光源和光源溫控系統較為常用。首先分析一下光路器件對軸角度誤差及溫度引起光學器件光譜窗口漂移對傳輸光波譜形和功率影響的物理機制典型的光纖電流互感器光路由光源、偏振器、相位調制器、傳感單元與探測器構成，各個器件之間存在光纖的熔接。光入射進保偏光纖后，將其分解為沿慢軸和快軸的偏振分量。由于偏振模色散，不同的偏振分量通過一定長度的保偏光纖后具有不同的光程。光纖之間的熔接所產生的對軸角度誤差會使得從第一根光纖輸出的光波的2個偏振分量在進入第二根光纖時將發生偏振模式的交叉耦合；當保偏光纖的主軸與偏振器的透光軸成一定角度對接時，從偏振器輸出的光波將是沿透光軸方向傳輸的主波與I禹合波的干涉輸出。因此，光波經保偏光纖和偏振器傳輸后，輸出光譜的形狀將發生變化。光纖電流互感器中采用寬譜光源，通常是超輻射發光二極管(SLD)，利用寬譜光源相干長度短與保偏光纖的偏振保持優點，抑制對軸誤差導致的干涉耦合。同時，對光源采用溫控技術，以抑制溫度變化帶來的光源中心波長及光譜形狀變化。實際寬譜光源的光譜接近高斯函數，但是由于寬譜光源參數(比如管芯腔長、摻雜區位置、切割面角度與耦合尾纖的反射等)的不理想，仍存在譜型不對稱、譜中存在位置與大小不確定的紋波等情況，這將影響寬譜光源的相干函數，使得次相干峰與主相干峰可能產生寄生干涉信號，直接影響光纖電流互感器的精度。同時，溫控雖然可以較為有效的控制中心波長減小其漂移幅度，但是無法對光源光譜進行修正、調整。當光纖與光纖之間或光纖與器件之間的對軸角度不為零時，輸入光波經保偏光纖和偏振器傳輸后輸出光譜中會疊加周期函數，周期函數的周期和幅值與對軸角度和光纖長度有關。因此，實際應用中，當光纖長度一定時，為了控制光譜形狀的變化程度，應調整光纖之間以及光纖與器件之間的對軸角度。由于高精度的對軸誤差調整在光路的制作過程難以實現，使得這種方法的發展受到了一定限制。
技術實現思路
本專利技術是提出了一種光纖電流互感器傳輸光譜的穩定控制裝置，涉及無源光譜濾波控制方法，通過在光路中的關鍵位置引入兩個光纖濾波器(所述的關鍵位置是指偏振器前端和傳感單元前端)，消除光纖電流互感器中由于對軸誤差及溫度引起光學器件光譜窗口漂移引入的光波譜形和功率變化，使光纖電流互感器中傳輸光譜穩定，消除傳感單元Faraday效應的積分光相移誤差。由于偏振耦合以及光學器件光譜窗口漂移的存在，光纖電流互感器輸出光波的譜形發生變化，功率降低，使主波干涉場的直流分量提高。同時，光路標度因子發生變化。主波干涉的標度因子隨模式耦合的強度增加而降低，交叉波和耦合波的存在使標度因子增加。標度因子與耦合點的分布、耦合點相位躍變均有關，當傳感單元受到外界因素干擾(如溫度或磁場)時，標度因子也會隨之發生變化且這種變化是隨機的。其次會產生寄生相移，使光纖電流互感器工作點發生漂移。同時，由于Farady效應的積分光相移大小還與耦合點的分布以及相位躍變的統計規律有關，其誤差特性具有很強的隨機性。最后，破壞輸出信號的對稱性。交叉波耦合破壞光電探測器輸出信號的對稱性，在大動態范圍時引起光纖電流互感器的標度因子的非線性。根據光干涉和衍射原理設計而成的光纖濾波器主要用來濾除信號中無用的頻率成分，其性能的高低直接關系到光路信號傳輸質量。本專利技術中在偏振器前設置的第一光纖濾波器可以對寬譜光源的光譜進行整形，使不同環境下的光譜形狀穩定，避免由于光源光譜波動導致的誤差。在傳感單元的前端設置的第二光纖濾波器可以濾除缺陷光路帶來的頻率噪聲成分，抑制光路器件對軸角度誤差以及光學器件光譜窗口漂移引入的傳感單元Faraday效應的積分光相移誤差，使進入傳感單元的光源光譜穩定，并精準測量Faraday效應的積分光相移。本專利技術提供的基于光纖濾波器的全光纖電流互感器光路新方案解決了傳統光路中光纖之間以及光纖與器件之間難以精確對軸以及溫度漂移導致的光學器件光譜窗口漂移問題，消除了光譜波動對誤差信號的影響，擴大了系統對直流隨機相位漂移的跟蹤范圍，提聞系統的抗干擾能力和穩定性。本專利技術的有益效果(I)、本專利技術在環形分束器后、偏振器前端設置第一光纖濾波器，調整光源光譜，修正光源光譜漂移所導致的誤差，提高了光信號靈敏度；(2)、本專利技術在傳感單元前設置第二光纖濾波器，修正光路中對軸誤差以及溫度漂移帶來的光譜窗口漂移，使系統傳輸光譜穩定，消除傳感單元Faraday效應的積分光相移誤差。附圖說明圖I為本專利技術提供的光路結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細說明。本專利技術采用光纖濾波器的光纖電流互感器方案，現有技術中的光纖電流互感器如參考文獻(光纖電流互感器λ/4波片溫度誤差補償，張朝陽，張春熹等，電工技術學報，2008年12月，第23卷第12期)，其中的光纖電流互感器結構包括光源、耦合器、起偏器、相位調制器、延遲光纜、傳感單元、光電轉換和信號處理單元等，通過對λ /4光纖波片溫度誤差形成機理的分析，得出波片相位延遲角度的溫度誤差是影響光纖電流互感器檢測精度的一個主要原因。本專利技術在現有技術的基礎上，提出了一種光纖電流互感器傳輸光譜的穩定控制裝置，在偏振器前端設置第一光纖濾波器，調整光源光譜；在傳感單元前端設置第二光纖濾波器，修正光路中對軸誤差以及溫度漂移帶來的光譜窗口漂移。所述的光纖電流互感器傳輸光譜的穩定控制裝置的光路結構如圖I所示，光路結構由寬譜光源、環形分束器、第一光纖濾波器、偏振器、延遲光纖、相位調制器、保偏延遲光纜、第二光纖濾波器、傳感單元、光電探測器和信號處理電路組成。其中，傳感單元包括45° °熔點，λ/4波片，反射鏡及傳感光纖環，第二光纖濾波器輸出端的光纖與傳感光纖環之間45°熔點熔接,在45°熔點處的傳感光纖環上設置有λ/4波片，在傳感光纖環的末端設置反射鏡。寬譜光源的光信號經過環形分束器后進入第一光纖濾波器，在第一光纖濾波器中被整形后，濾除光波中不需要的頻率分量光波，然后進入偏振器，光在偏振器中偏振方向發生變化，只朝一個方向(X軸)偏振。偏振器的輸出端與相位調制器的輸入端通過兩段保偏光纖以45°熔接，這段保偏光纖也稱延遲光纖，用于降低相位調制器輸入兩光波的偏振相關性。相位調制器的輸出端與第二光纖濾波器之間通過保偏延遲光纜熔接連接，同時，相位調制器本文檔來自技高網...
【技術保護點】
光纖電流互感器傳輸光譜的穩定控制裝置，光路結構包括寬譜光源、環形分束器、偏振器、相位調制器、延遲光纖、保偏延遲光纜、傳感單元、光電探測器和信號處理電路，其特征在于：在所述的光路結構中還包括第一光纖濾波器和第二光纖濾波器。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：王夏霄，馮秀娟，王熙辰，李傳生，于佳，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。