電 探測器8。
[0022] 上述結(jié)構(gòu)中：光源為具有不同波長的雙光源。磁光晶體的費爾德常數(shù)與波長和溫 度都有關(guān)系，在不同的光源波長下磁光晶體的費爾德常數(shù)與溫度之間有不同的函數(shù)關(guān)系， 所W在同一溫度和磁場強(qiáng)度下，不同波長的光在磁光晶體中旋轉(zhuǎn)的角度不同，在經(jīng)過差除 和運(yùn)算后兩個波長下的運(yùn)算輸出值也會不同。兩個光源的光束都通過了同一塊磁光晶體， 保證了在兩個不同的波長下，所需的磁光晶體的其他物理參數(shù)完全相同。
[0023] 本發(fā)明的基于雙波長結(jié)構(gòu)的光學(xué)電流互感器對磁場及電流值進(jìn)行測量的方法，包 括W下步驟：
[0024] 首先可W在不同的溫度下分別對兩個波長下的磁光晶體的費爾德常數(shù)進(jìn)行測量， 再通過測量值分別對兩個不同波長下磁光晶體的費爾德常數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行 標(biāo)定，具體過程為:在運(yùn)行之前，將光學(xué)電流互感器置于溫箱中，等間隔的將溫箱溫度從-20 °C調(diào)節(jié)至50°C，在每個溫度下對同一波長下的偏振方向互相垂直的兩路光強(qiáng)信號（III和1丄） 進(jìn)行測量，并記錄相對應(yīng)的磁場強(qiáng)度。隨后進(jìn)行差除和運(yùn)算，從而根據(jù)差除和的運(yùn)算輸出值 公式
對費爾德常數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)，可W得至I
由此 可W得到每個溫度點所對應(yīng)的費爾德常數(shù)，再對記錄點進(jìn)行擬合W得到費爾德常數(shù)與溫度 之間的函數(shù)關(guān)系。磁光晶體的費爾德常數(shù)與波長和溫度都有關(guān)系，在不同的光源波長下磁 光晶體的費爾德常數(shù)與溫度之間有不同的函數(shù)關(guān)系。
[0025] 在兩個不同的波長下，磁光晶體的費爾德常數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系分別為：
[0026]
C1)
[0027] 其中，為第一光源波長下、某一溫度點Τ的磁光晶體的費爾德常數(shù)；為第二光 源波長下、某一溫度點T的磁光晶體的費爾德常數(shù)。
[0028] 在實際測量過程中，兩束不同波長的線偏振光在外界磁場的作用下經(jīng)過磁光晶體 后旋轉(zhuǎn)的角度θ?、θ2為：
[0029]
(2)
[0030] 其中，Η為傳感頭所在位置的磁場強(qiáng)度，L為光束在磁光晶體中通過的長度(為已知 量)。
[0031] 經(jīng)過偏振分光棱鏡分光后，得到了偏振方向互相垂直的兩路光信號，再經(jīng)過波分 解復(fù)用器后，可W分別得到與兩個光源相對應(yīng)的兩組偏振方向互相垂直的光強(qiáng)信號，對同 一波長下測量的偏振方向互相垂直的兩路光強(qiáng)信號進(jìn)行差除和運(yùn)算后可得到輸出值為：
[0032]
(3)
[0033] 由方程組(3)可知，所得到的兩個方程中含有溫度Τ和磁場強(qiáng)度Η兩個未知數(shù)，因此 可W通過對方程組(3)進(jìn)行求解W得到溫度Τ和磁場強(qiáng)度Η，再由電流I與其產(chǎn)生的磁場Η之 間的關(guān)系，即可求得所測電流值的大小。
【主權(quán)項】
1. 一種基于雙波長結(jié)構(gòu)的光學(xué)電流互感器，其特征在于，該裝置包括通過光纖連接的 第一光源（1 )、第二光源(2)、光纖耦合器(3)、傳感頭(4)、第一波分解復(fù)用器(5)、第二波分 解復(fù)用器(6)、第一光電探測器(7)、第二光電探測器(8);傳感頭(4)內(nèi)的光學(xué)元件依次為第 一準(zhǔn)直器(9 )、起偏器（IO )、磁光晶體（I 1 )、偏振分光棱鏡（12 )、第二準(zhǔn)直器（13)和第三準(zhǔn)直 器(14);其中： 作為輸入雙光源的第一光源（1)、第二光源（2)具有不同的波長;第一光源（1)、第二光 源(2)發(fā)出的光通過光纖耦合器(3)耦合入同一根光纖，該光纖傳輸?shù)墓馐M(jìn)入傳感頭(4); 在所述傳感頭(4)中：光束經(jīng)第一準(zhǔn)直器(9)準(zhǔn)直后入射至起偏器（10)，經(jīng)過起偏器（10)后 變?yōu)槠窆馊肷渲链殴饩w(11 )，磁光晶體(11)出射的光經(jīng)過偏振分光棱鏡（12)變?yōu)槠?方向互相垂直的兩束光，一束光經(jīng)第二準(zhǔn)直器（13)輸出；再經(jīng)過第一波分解復(fù)用器(5)將不 同波長的光分開;入射至第一光電探測器(7)和第二光電探測器(8);另一束光經(jīng)第三準(zhǔn)直 器(14)后輸出;再經(jīng)過第二波分解復(fù)用器(6)將不同波長的光分開，分別入射至第一光電探 測器(7)和第二光電探測器(8)。2. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙波長結(jié)構(gòu)的光學(xué)電流互感器的測量方法，其特征 在于，該方法包括以下步驟： 步驟一、將基于雙波長結(jié)構(gòu)的光學(xué)電流互感器置于溫箱中，在每個溫度下對同一波長 下的偏振方向互相垂直的兩路光強(qiáng)信號Il I和I丄進(jìn)行測量，并記錄相對應(yīng)的磁場強(qiáng)度。隨后 進(jìn)行差除和運(yùn)算，從而根據(jù)差除和的運(yùn)算輸出值公式對 費爾德常數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)，得到在得到了每個溫度點所對應(yīng)的費爾德常數(shù)后，再對 記錄點進(jìn)行擬合以得到費爾德常數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系;在兩個不同的波長下，磁光晶 體的費爾德常數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系分別為：其中，Vai為第一光源波長下、某一溫度點T的磁光晶體的費爾德常數(shù);Va2為第二光源波 長下、某一溫度點T的磁光晶體的費爾德常數(shù)； 步驟二、在實際測量過程中，得到兩束不同波長的偏振光在外界磁場的作用下經(jīng)過磁 光晶體后旋轉(zhuǎn)的角度θ?、θ2為：其中V為磁光晶體的費爾德常數(shù)，H為傳感頭所在位置的磁場強(qiáng)度，L為光束在磁光晶體 中通過的長度； 步驟三、經(jīng)過偏振分光棱鏡分光后，得到了偏振方向互相垂直的兩路光信號，再經(jīng)過波 分解復(fù)用器后，分別得到與第一光源1、第二光源2這兩個光源相對應(yīng)的兩組偏振方向互相 垂直的光強(qiáng)信號，對同一波長下測量的偏振方向互相垂直的兩路光強(qiáng)信號進(jìn)行差除和運(yùn) 算，得到運(yùn)算輸出值為：其中，ZdPZ2*別為兩個波長下的偏振方向互相垂直的光強(qiáng)信號進(jìn)行差除和運(yùn)算后的 輸出值;對方程組(3)進(jìn)行求解，得到溫度T和磁場強(qiáng)度H，再由電流I與其產(chǎn)生的磁場H之間 的關(guān)系，最終求得所測電流值的大小。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙波長結(jié)構(gòu)的光學(xué)電流互感器，包括通過光纖連接的第一光源1、第二光源2、光纖耦合器3、傳感頭4、第一波分解復(fù)用器5、第二波分解復(fù)用器6、第一光電探測器7、第二光電探測器8；傳感頭4內(nèi)的光學(xué)元件依次為第一準(zhǔn)直器9、起偏器10、磁光晶體11、偏振分光棱鏡12、第二準(zhǔn)直器13和第三準(zhǔn)直器14；測量方法包括：得到在兩個不同的波長下磁光晶體的費爾德常數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系；在實際測量過程中，得到兩束不同波長的偏振光在外界磁場的作用下經(jīng)過磁光晶體后旋轉(zhuǎn)的角度θ1、θ2；求解后得到溫度T和磁場強(qiáng)度H，再由電流I與其產(chǎn)生的磁場H之間的關(guān)系，最終求得所測電流值的大小。本發(fā)明提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。
【IPC分類】G01R15/24
【公開號】CN105486905
【申請?zhí)枴緾N201510837480
【發(fā)明人】胡浩豐, 韓佳慧, 劉鐵根, 俞明軒, 黃柄菁
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月26日