一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置及方法。本發(fā)明通過(guò)設(shè)置兩個(gè)磁光材料作為傳感頭，在測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，應(yīng)保證兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，且兩個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向之間的夾角△θ滿(mǎn)足：0＜△θ＜180°。當(dāng)這兩個(gè)磁光材料處于通電導(dǎo)體所形成的磁場(chǎng)中時(shí)，兩個(gè)磁光材料內(nèi)通過(guò)的偏振光都會(huì)由于法拉第效應(yīng)而使偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)；通過(guò)測(cè)量?jī)墒窆饨?jīng)兩個(gè)磁光材料后每一偏振光的偏振方向所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角，結(jié)合兩個(gè)磁光材料內(nèi)通光光路方向之間的固定夾角就可計(jì)算出導(dǎo)體內(nèi)的電流。采用本發(fā)明測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，磁光材料和導(dǎo)體之間的安裝角度不敏感，可消除現(xiàn)有技術(shù)中因磁光材料與導(dǎo)體之間安裝角度的不確定性而造成的測(cè)量誤差。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電流測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝 置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電流測(cè)量，尤其是大電流測(cè)量，是電力系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和大型生產(chǎn)企業(yè)在電力保障 方面的一項(xiàng)重要工作。目前該領(lǐng)域普遍采用的是電磁式互感測(cè)量方式，這種方式的測(cè)量技 術(shù)非常成熟，但存在著一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)：一、設(shè)備笨重（因?yàn)榇嬖诰€包和鐵芯）；二、在互感過(guò) 程中耗能高;三、為了防止過(guò)熱，需要將設(shè)備發(fā)熱部分浸入到油中，帶來(lái)極大的公共安全及 正常生活秩序的隱患。
[0003] 近些年，采用光傳感技術(shù)進(jìn)行電流測(cè)量日益受到重視。目前主流技術(shù)是利用法拉 第磁光效應(yīng)。利用法拉第磁光效應(yīng)測(cè)電流又分為兩類(lèi)，一類(lèi)是采用光纖環(huán)繞在電流導(dǎo)體的 周?chē)?，通過(guò)測(cè)量電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)電流的測(cè)量；另一類(lèi)是采用磁光材料，將 磁光材料放在導(dǎo)體附近，通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)改變通過(guò)磁光材料的光的偏振態(tài)，通過(guò)測(cè) 量光的偏振態(tài)隨著磁場(chǎng)的變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)體的電流測(cè)量。
[0004] 如圖1所示，圖1是采用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的原理圖。當(dāng)一束偏振光通過(guò)一個(gè) 處于磁場(chǎng)當(dāng)中的磁光材料時(shí)，其偏振方向由于法拉第磁光效應(yīng)而發(fā)生改變，在磁光材料長(zhǎng) 度一定的情況下，偏振方向改變的角度β隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B的增加而增加。而在導(dǎo)體中有電流 通過(guò)的時(shí)候，在導(dǎo)體周邊就會(huì)產(chǎn)生隨著電流的增加而增加的磁場(chǎng)，利用圖1長(zhǎng)度為D的磁光 材料，通過(guò)測(cè)量偏振光由于磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角度，從而計(jì)算出導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度。
[0005] 在使用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的系統(tǒng)上，磁光材料作為一種傳感介質(zhì)，通常是將 其放置在導(dǎo)體附近或者緊貼導(dǎo)體，從而實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量。如圖2所示，圖2中示出了磁光材料、 導(dǎo)體、光輸入和光輸出路徑(光輸入和光輸出路徑均采用光纖來(lái)實(shí)現(xiàn))等的側(cè)視圖（圖2(a)) 及端視圖（圖2(b))。
[0006] 目前普遍采用的利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的系統(tǒng)示意圖如圖3所示。其中光源 產(chǎn)生一束光，通過(guò)一個(gè)起偏器變成偏振光，再通過(guò)放置在電流導(dǎo)體（圖中所示為導(dǎo)體橫截 面)附近的磁光材料，由于電流磁場(chǎng)的作用，磁光材料使得通過(guò)的偏振光的偏振方向發(fā)生偏 轉(zhuǎn)，在另一端輸出的光就是一個(gè)與之前輸入的偏振光偏振方向不一致的偏振光。這個(gè)輸出 偏振光再通過(guò)一個(gè)檢偏器(或叫偏振片，這個(gè)檢偏器的偏振化方向是已知的，比如和前面的 起偏器的偏振化方向一致）；這時(shí)候通過(guò)檢偏器的光強(qiáng)就會(huì)減弱，因?yàn)楣獾钠穹较虬l(fā)生了 偏轉(zhuǎn)，只有平行于檢偏器偏振軸方向的偏振光分量能夠通過(guò)。而且電流越大周邊磁場(chǎng)越強(qiáng)， 磁光材料對(duì)通過(guò)的偏振光偏振方向的偏轉(zhuǎn)就越大，通過(guò)檢偏器的光強(qiáng)就越小(這里選定磁 光材料使偏振光偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)角不超過(guò)45°)。使用一個(gè)光探測(cè)器接收檢偏器的 輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，通過(guò)一個(gè)信號(hào)處理電路與光源輸出光光強(qiáng)進(jìn)行比較、計(jì)算即可 測(cè)出電流導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度。
[0007] 圖4是在圖3基礎(chǔ)上改進(jìn)的利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的系統(tǒng)示意圖，其中光源發(fā) 出的光經(jīng)過(guò)起偏器變成偏振光以后進(jìn)入磁光材料，在導(dǎo)體電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，通過(guò)磁 光材料的偏振光的偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，之后進(jìn)入一個(gè)偏振分束器，被分束成兩束偏振方向 相互垂直的偏振光。通過(guò)測(cè)量這兩束偏振光的光強(qiáng)并進(jìn)行比較，即可計(jì)算出磁光材料對(duì)光 的偏振程度，從而計(jì)算出電流強(qiáng)度。比如偏振分束器的一個(gè)偏振軸a與起偏器的偏振化方向 一致，那么在接收到通過(guò)磁光材料的受磁場(chǎng)影響發(fā)生偏轉(zhuǎn)的偏振光時(shí)，隨著磁場(chǎng)的增強(qiáng)，通 過(guò)偏振軸a的光強(qiáng)度就會(huì)減小，通過(guò)偏振分束器另外一個(gè)偏振軸b的光強(qiáng)就會(huì)增強(qiáng)。圖4所示 系統(tǒng)與圖3相比的區(qū)別在于，只需要比較偏振分束器兩個(gè)輸出光的光強(qiáng)大小即可測(cè)量電流， 而最重要的是這種系統(tǒng)不受光源輸出功率波動(dòng)和傳輸過(guò)程中光衰減的影響。
[0008] 但是，在放置磁光材料過(guò)程中，通常磁光材料相對(duì)于導(dǎo)體的擺放角度會(huì)有不確定 性。比如電流導(dǎo)體的外包絕緣層光滑不易限定磁光材料的安裝角度;或者由于安裝條件限 制，測(cè)量電流用的探頭無(wú)法和導(dǎo)體保持垂直角度等；另一個(gè)角度不確定性的重要來(lái)源是在 實(shí)際使用中不可避免的機(jī)械震動(dòng)。磁光材料是通過(guò)感受導(dǎo)體周邊磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)測(cè)量電流 的，而導(dǎo)體周邊的磁場(chǎng)方向與磁光材料通光方向之間的角度不確定，造成了電流測(cè)量的誤 差，同時(shí)角度的不同也會(huì)導(dǎo)致磁光材料對(duì)磁場(chǎng)的敏感度不同，磁光材料通光方向與導(dǎo)體電 流方向垂直的時(shí)候，磁光材料對(duì)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)感應(yīng)最敏感，兩者之間的角度偏離90°越 多，磁光材料感應(yīng)磁場(chǎng)的變化越小。這種情況就為采用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流帶來(lái)了不便， 會(huì)因?yàn)榇殴獠牧吓c導(dǎo)體之間角度的微小變化而產(chǎn)生測(cè)量誤差。因此，磁光材料與導(dǎo)體之間 角度的不確定性是采用非環(huán)繞磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流形成測(cè)量誤差的最重要來(lái)源之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的之一就是提供一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的方法，該方法能夠 在磁光材料擺放角度不受限制的情況下準(zhǔn)確測(cè)量導(dǎo)體的電流。
[0010] 本發(fā)明的目的之二就是提供一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，采用該裝置 測(cè)量導(dǎo)體電流，可消除現(xiàn)有技術(shù)中由于磁光材料與導(dǎo)體之間位置角度的不確定性而造成的 測(cè)量誤差。
[0011] 本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的方法，包括 如下步驟：
[0012 ] a、使第一磁光材料和第二磁光材料分別相對(duì)導(dǎo)體而放置，且兩個(gè)磁光材料的相對(duì) 位置固定不變，第一磁光材料距導(dǎo)體的距離等于第二磁光材料距導(dǎo)體的距離，且第一磁光 材料的通光方向與第二磁光材料的通光方向保持一個(gè)大于0°小于180°的角度；
[0013] b、設(shè)置光源;使光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒窆?，分別為第一偏振光和第二偏振 光;使第一偏振光通過(guò)第一磁光材料，使第二偏振光通過(guò)第二磁光材料；
[0014] C、測(cè)量第一偏振光通過(guò)第一磁光材料后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角βι， 測(cè)量第二偏振光通過(guò)第二磁光材料后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角β2;
[0015] d、根據(jù)如下公式計(jì)算導(dǎo)體內(nèi)的電流：
[0017]上述公式中，μ〇為真空磁導(dǎo)率，R為兩個(gè)磁光材料與導(dǎo)體之間的距離，VjPD^別為 第一磁光材料的維爾德系數(shù)和長(zhǎng)度，￥2和02分別為第二磁光材料的維爾德系數(shù)和長(zhǎng)度，Λθ 為兩個(gè)磁光材料通光方向之間的夾角。
[0018] 本發(fā)明通過(guò)設(shè)置兩個(gè)相對(duì)放置的磁光材料(例如為磁光晶體或磁光玻璃等)來(lái)同 時(shí)作為電流傳感器件，測(cè)量導(dǎo)體電流過(guò)程中，保證兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，以使 兩個(gè)磁光材料內(nèi)傳輸光路方向之間的夾角固定不變;使每一個(gè)磁光材料內(nèi)通入一束偏振 光，由于法拉第效應(yīng)，偏振光在經(jīng)過(guò)磁光材料后偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，偏振方向改變的角度 正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于兩個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向和各自對(duì)應(yīng)位置處所感受到的導(dǎo)體磁場(chǎng) 方向之間的角度不同，因此兩個(gè)磁光材料對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的感應(yīng)靈敏度不同，故兩束偏振光 通過(guò)兩個(gè)磁光材料后偏振方向改變的角度不同。本發(fā)明通過(guò)分別測(cè)量?jī)墒窆馔ㄟ^(guò)各自 對(duì)應(yīng)的磁光材料后偏振方向改變的角度扮和此(偏振方向改變的角度可根據(jù)光強(qiáng)的變化而 求出），
，即可求出導(dǎo)體內(nèi) 的電流。公式中：Vi和V2分別為兩個(gè)磁光材料的維爾德系數(shù)，Di和D2分別為兩個(gè)磁光材料的 長(zhǎng)度，ΛΘ為兩個(gè)磁光材料內(nèi)的光傳輸方向之間的夾角，R為兩個(gè)磁光材料與導(dǎo)體之間的距 離;在測(cè)量電流過(guò)程中，^〇1、〇 2、八0和1?這些參數(shù)都是已知或可測(cè)量的，因此，通過(guò)上述 公式就能計(jì)算出導(dǎo)體的電流。且上述計(jì)算公式中不涉及單個(gè)磁光材料通光方向與磁場(chǎng)方向 之間的角度，因此，測(cè)量過(guò)程中不受兩個(gè)磁光材料擺放角度的限制，消除了現(xiàn)有技術(shù)中因?yàn)?磁光材料與導(dǎo)體之間角度的不確定性(磁光材料與導(dǎo)體之間角度的不確定性也就是磁光材 料通光方向與磁場(chǎng)方向之間角度的不確定性)而造成的測(cè)量誤差。
[0019] 本發(fā)明的目的之二是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，包括： [0020]第一磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置；
[0021] 第二磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置;且第二磁光材料距導(dǎo)體的距離與第一磁光材料 距導(dǎo)體的距離相等;兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，且測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，兩個(gè)磁光材料 內(nèi)通光方向之間的夾角ΛΘ滿(mǎn)足:0<ΛΘ<180°;
[0022] 光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光；
[0023] 偏振分束單元，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束偏振光，兩束 偏振光分別入射所述第一磁光材料和所述第二磁光材料；
[0024] 第一檢偏器，用于接收來(lái)自所述第一磁光材料的出射光；
[0025] 第二檢偏器，用于接收來(lái)自所述第二磁光材料的出射光；
[0026] 第一光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第一檢偏器的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第一電 信號(hào)；
[0027] 第二光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第二檢偏器的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第二電 信號(hào)；以及
[0028] 信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器和所述第二光探測(cè)器相接，用于接收所 述第一電信號(hào)和所述第二電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算導(dǎo)體內(nèi)的電流。
[0029] 上述裝置中，所述偏振分束單元包括起偏器和分束器;所述起偏器用于接收所述 光源產(chǎn)生的測(cè)量光并輸出一束偏振光，所述分束器用于將來(lái)自所述起偏器的一束偏振光分 束為兩束偏振光。
[0030] 上述裝置中，所述偏振分束單元包括分束器、第一起偏器和第二起偏器;所述分束 器用于將所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為兩束測(cè)量光;所述第一起偏器用于接收來(lái)自所 述分束器的其中一束測(cè)量光并輸出一束偏振光，所述第二起偏器用于接收來(lái)自所述分束器 的另一束測(cè)量光并輸出一束偏振光。
[0031] 上述裝置中，所述偏振分束單元為偏振分束器，所述偏振分束器用于將所述光源 產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光。
[0032] 上述裝置中，比較優(yōu)選的技術(shù)方案是:通過(guò)設(shè)置使得兩個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向之 間的夾角ΛΘ為90°。
[0033] 本發(fā)明還提供了另一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，包括：
[0034]第一磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置；
[0035]第二磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置;且第二磁光材料距導(dǎo)體的距離與第一磁光材料 距導(dǎo)體的距離相等;兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，且測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，兩個(gè)磁光材料 內(nèi)通光方向之間的夾角ΛΘ滿(mǎn)足:0<ΛΘ<180°;
[0036] 光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光；
[0037] 第一偏振分束單元，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束偏振光， 兩束偏振光分別入射所述第一磁光材料和所述第二磁光材料；
[0038] 第二偏振分束單元，用于接收來(lái)自所述第一磁光材料的出射光并將其分束為兩束 偏振方向相互垂直的偏振光；
[0039] 第三偏振分束單元，用于接收來(lái)自所述第二磁光材料的出射光并將其分束為兩束 偏振方向相互垂直的偏振光；
[0040] 第一光探測(cè)器和第二光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第二偏振分束單元的兩束 偏振光，并分別產(chǎn)生第一電信號(hào)和第二電信號(hào)；
[0041] 第三光探測(cè)器和第四光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第三偏振分束單元的兩束 偏振光，并分別產(chǎn)生第三電信號(hào)和第四電信號(hào)；以及
[0042] 信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器、所述第二光探測(cè)器、所述第三光探測(cè)器 和所述第四光探測(cè)器相接，用于接收所述第一電信號(hào)、所述第二電信號(hào)、所述第三電信號(hào)和 所述第四電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算導(dǎo)體內(nèi)的電流。
[0043]上述裝置中，所述第二偏振分束單元和所述第三偏振分束單元可以是偏振分束 器，也可以是沃拉斯頓棱鏡。
[0044]上述裝置中，所述第二偏振分束單元為第一沃拉斯頓棱鏡，所述第三偏振分束單 元為第二沃拉斯頓棱鏡;在所述第一沃拉斯頓棱鏡和所述第二沃拉斯頓棱鏡的后端均設(shè)置 有雙光纖準(zhǔn)直器，且所述第一光探測(cè)器和所述第二光探測(cè)器分別通過(guò)光纖接收來(lái)自所述第 一沃拉斯頓棱鏡的光信號(hào)，所述第三光探測(cè)器和所述第四光探測(cè)器分別通過(guò)光纖接收來(lái)自 所述第二沃拉斯頓棱鏡的光信號(hào)。
[0045]上述裝置中，比較優(yōu)選的技術(shù)方案是:通過(guò)設(shè)置使得兩個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向之 間的夾角ΛΘ為90°。
[0046]本發(fā)明還提供了第三種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，包括：
[0047]第一磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置；
[0048]第二磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置;且第二磁光材料距導(dǎo)體的距離與第一磁光材料 距導(dǎo)體的距離相等;兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，且測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，兩個(gè)磁光材料 內(nèi)通光方向之間的夾角ΛΘ為90° ;
[0049] 光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光；
[0050] 偏振分束器，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束偏振方向相互垂 直的偏振光，分別為透射偏振光和反射偏振光;所述反射偏振光入射所述第一磁光材料，所 述透射偏振光入射所述第二磁光材料；
[0051 ]第一沃拉斯頓棱鏡，用于接收來(lái)自所述第一磁光材料的出射光并將其分束為兩束 偏振方向相互垂直的偏振光；
[0052] 第二沃拉斯頓棱鏡，用于接收來(lái)自所述第二磁光材料的出射光并將其分束為兩束 偏振方向相互垂直的偏振光；
[0053] 第一光探測(cè)器和第二光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第一沃拉斯頓棱鏡的兩束 偏振光，并分別產(chǎn)生第一電信號(hào)和第二電信號(hào)；
[0054]第三光探測(cè)器和第四光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第二沃拉斯頓棱鏡的兩束 偏振光，并分別產(chǎn)生第三電信號(hào)和第四電信號(hào)；以及
[0055]信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器、所述第二光探測(cè)器、所述第三光探測(cè)器 和所述第四光探測(cè)器相接，用于接收所述第一電信號(hào)、所述第二電信號(hào)、所述第三電信號(hào)和 所述第四電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算導(dǎo)體內(nèi)的電流；
[0056]所述偏振分束器、所述第一磁光材料、所述第二磁光材料、所述第一沃拉斯頓棱鏡 和所述第二沃拉斯頓棱鏡五者膠合在一起形成一個(gè)光學(xué)器件集成單元。
[0057]在該裝置中，還可在光學(xué)器件集成單元中設(shè)置直角反射鏡，具體地，使直角反射鏡 膠合在第一磁光材料和第一沃拉斯頓棱鏡之間，由第一磁光材料出射的光首先經(jīng)直角反射 鏡反射后再入射第一沃拉斯頓棱鏡，這樣，入射第一沃拉斯頓棱鏡的光和入射第二沃拉斯 頓棱鏡的光將平行，更利于光學(xué)器件集成單元的集成。
[0058]本發(fā)明還提供了第四種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，包括：
[0059] 第一磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置；
[0060] 第二磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置;且第二磁光材料距導(dǎo)體的距離與第一磁光材料 距導(dǎo)體的距離相等;兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，且測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，兩個(gè)磁光材料 內(nèi)通光方向之間的夾角ΛΘ滿(mǎn)足:0<ΛΘ<180°;
[0061 ] 光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光；
[0062] 分束器，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束測(cè)量光，分別為第一 分束測(cè)量光和第二分束測(cè)量光；
[0063] 第一光環(huán)形器，用于接收來(lái)自所述分束器的所述第一分束測(cè)量光并輸出一個(gè)第一 光環(huán)形器測(cè)量光；
[0064] 第二光環(huán)形器，用于接收來(lái)自所述分束器的所述第二分束測(cè)量光并輸出一個(gè)第二 光環(huán)形器測(cè)量光；
[0065] 第一偏振分束器，用于接收來(lái)自所述第一光環(huán)形器輸出的第一光環(huán)形器測(cè)量光， 并產(chǎn)生一個(gè)第一透射偏振光;所述第一透射偏振光入射所述第一磁光材料，所述第一透射 偏振光經(jīng)所述第一磁光材料后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第一偏轉(zhuǎn)光；
[0066] 第二偏振分束器，用于接收來(lái)自所述第二光環(huán)形器輸出的第二光環(huán)形器測(cè)量光， 并產(chǎn)生一個(gè)第二透射偏振光;所述第二透射偏振光入射所述第二磁光材料，所述第二透射 偏振光經(jīng)所述第二磁光材料后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第二偏轉(zhuǎn)光；
[0067] 第一反射鏡，用于對(duì)所述第一磁光材料輸出的第一偏轉(zhuǎn)光進(jìn)行反射形成第一反射 光，所述第一反射光入射所述第一磁光材料;所述第一反射光經(jīng)所述第一磁光材料后偏振 方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第一返回偏轉(zhuǎn)光，所述第一返回偏轉(zhuǎn)光經(jīng)所述第一偏振分束器后形成兩 束偏振方向相互垂直的偏振光，分別為第一返回透射偏振光和第一返回反射偏振光，所述 第一返回透射偏振光經(jīng)所述第一光環(huán)形器后形成第一返回光環(huán)形器測(cè)量光；
[0068] 第二反射鏡，用于對(duì)所述第二磁光材料輸出的第二偏轉(zhuǎn)光進(jìn)行反射形成第二反射 光，所述第二反射光入射所述第二磁光材料;所述第二反射光經(jīng)所述第二磁光材料后偏振 方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第二返回偏轉(zhuǎn)光，所述第二返回偏轉(zhuǎn)光經(jīng)所述第二偏振分束器后形成兩 束偏振方向相互垂直的偏振光，分別為第二返回透射偏振光和第二返回反射偏振光;所述 第二返回透射偏振光經(jīng)所述第二光環(huán)形器后形成第二返回光環(huán)形器測(cè)量光；
[0069] 第一光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第一偏振分束器輸出的第一返回反射偏振光并 產(chǎn)生第一電信號(hào)；
[0070] 第二光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第一光環(huán)形器輸出的第一返回光環(huán)形器測(cè)量光 并產(chǎn)生第二電信號(hào)；
[0071] 第三光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第二偏振分束器輸出的第二返回反射偏振光并 產(chǎn)生第三電信號(hào)；
[0072] 第四光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第二光環(huán)形器輸出的第二返回光環(huán)形器測(cè)量光 并產(chǎn)生第四電信號(hào)；以及
[0073]信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器、所述第二光探測(cè)器、所述第三光探測(cè)器 和所述第四光探測(cè)器相接，用于接收所述第一電信號(hào)、所述第二電信號(hào)、所述第三電信號(hào)和 所述第四電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算導(dǎo)體內(nèi)的電流。
[0074]上述裝置中，比較優(yōu)選的技術(shù)方案是:通過(guò)設(shè)置使得兩個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向之 間的夾角ΛΘ為90°。
[0075] 本發(fā)明所提供的裝置具有多種不同形式的結(jié)構(gòu)；但是，所有這些裝置在設(shè)計(jì)時(shí)的 中心思想是一致的。本發(fā)明所提供的裝置的中心思想是設(shè)置兩個(gè)相對(duì)位置固定不變的磁光 材料，且這兩個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向之間的夾角ΛΘ(ΛΘ滿(mǎn)足:〇<ΛΘ<180°)固定不變；由 這兩個(gè)磁光材料同時(shí)作為電流傳感器件。當(dāng)這兩個(gè)磁光材料處于通電導(dǎo)體所形成的磁場(chǎng)中 時(shí)，兩個(gè)磁光材料內(nèi)通入的偏振光都會(huì)由于法拉第效應(yīng)而使偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)；由于兩個(gè) 磁光材料之間通光方向保持一個(gè)0~180°的夾角，因此兩束偏振光分別在兩個(gè)磁光材料內(nèi) 傳輸后偏振方向偏轉(zhuǎn)的角度不同，通過(guò)測(cè)量可得出每一束偏振光在經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的磁光材料后 偏振方向所偏轉(zhuǎn)的角度(簡(jiǎn)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)角），通過(guò)所測(cè)兩個(gè)偏轉(zhuǎn)角即可計(jì)算出導(dǎo)體內(nèi)的電流。該 電流的計(jì)算與磁光材料通光方向和導(dǎo)體電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向之間的角度無(wú)關(guān)，因此可消 除現(xiàn)有電流測(cè)量裝置因磁光材料與導(dǎo)體之間角度的變化而造成的測(cè)量誤差。
【附圖說(shuō)明】
[0076] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的原理圖。
[0077] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中采用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)磁光材料和導(dǎo)體的放置位置示意 圖。
[0078] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中采用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0079] 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中在圖3所示系統(tǒng)基礎(chǔ)上改進(jìn)后的測(cè)量導(dǎo)體電流的系統(tǒng)示意圖。
[0080] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0081 ]圖6是本發(fā)明實(shí)施例3的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0082] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例5的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0083] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例6的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0084] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例7的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0085] 圖10是本發(fā)明實(shí)施例8的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0086] 圖中：1、第一磁光晶體，2、第二磁光晶體，3、導(dǎo)體，4、分束器，5、第一起偏器，6、第 二起偏器，7、第一檢偏器，8、第二檢偏器，9、第一光探測(cè)器，10、第二光探測(cè)器，11、第三光探 測(cè)器，12、第四光探測(cè)器，13、第一偏振分束器，14、第二偏振分束器，15、第三偏振分束器， 16、第一沃拉斯頓棱鏡，17、第二沃拉斯頓棱鏡，18、雙光纖準(zhǔn)直器，19、直角反射鏡，20、第一 光環(huán)形器，21、第二光環(huán)形器，22、第一反射鏡，23、第二反射鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0087] 實(shí)施例1，一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的方法。
[0088] 本發(fā)明實(shí)施例使用兩個(gè)磁光晶體(一種磁光材料)做傳感頭(或稱(chēng)電流傳感器件）， 測(cè)量導(dǎo)體電流并消除因?yàn)閭鞲蓄^和導(dǎo)體之間擺放角度變化而產(chǎn)生的測(cè)量誤差，具體理論依 據(jù)如下：
[0089]如圖1和圖3所示，當(dāng)導(dǎo)體中電流為I，距離導(dǎo)體為R的磁光材料所在位置處的磁感 應(yīng)強(qiáng)度為B，根據(jù)安培環(huán)路定理，B與I的關(guān)系為：
[0090] ^cB · dl=y〇JJsJ · dS=y〇Ienc (1)
[0091 ]設(shè)導(dǎo)體為一段長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)電流為I，距離導(dǎo)體為R處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為：
[0093]式(2)中，μ〇為真空磁導(dǎo)率。
[0094] 根據(jù)法拉第效應(yīng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度Β與光在長(zhǎng)度為D的磁光材料中產(chǎn)生的光偏振旋轉(zhuǎn)角 度(或稱(chēng)偏轉(zhuǎn)角)β的關(guān)系為：
[0095] p=VB-D = VBDco^.〇 (3)
[0096] 式(3)中，Θ為磁光材料內(nèi)光傳輸方向與磁光材料處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角，V為磁 光材料的維爾德系數(shù)(Verdet constant)。
[0097] 利用法拉第磁光效應(yīng)測(cè)量電流原理是:首先，通過(guò)測(cè)量偏振旋轉(zhuǎn)角度β而得到磁感 應(yīng)強(qiáng)度Β(見(jiàn)式(3))，然后，通過(guò)安培環(huán)路定理求得電流強(qiáng)度(見(jiàn)式(2))。
[0098]由式(2)和式(3)可以得到：
[0100]在基于法拉第磁光效應(yīng)的電流傳感器設(shè)計(jì)中，許多環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影 響。這包括磁光材料的維爾德系數(shù)測(cè)定，磁光材料的尺寸測(cè)定，實(shí)際使用時(shí)傳感頭相對(duì)于待 測(cè)導(dǎo)體的空間位置，偏振方向變化角度的測(cè)量。
[0101]傳感頭相對(duì)于待測(cè)導(dǎo)體的空間位置又包括:傳感頭內(nèi)通光方向與待測(cè)導(dǎo)體中心的 距離R以及傳感頭內(nèi)通光方向與傳感頭處磁場(chǎng)方向的夾角θ。本發(fā)明所要解決的問(wèn)題就是： 克服傳感頭通光方向與待測(cè)導(dǎo)體中心電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向之間的角度θ對(duì)測(cè)量精度造成 的影響。
[0102] 本發(fā)明通過(guò)下面的推導(dǎo)來(lái)證明采用兩個(gè)通光方向夾角固定，且距導(dǎo)體距離相同 (均為R)的傳感頭的結(jié)構(gòu)以消除傳感頭與待測(cè)磁場(chǎng)的夾角Θ對(duì)電流測(cè)量的影響。
[0103] 首先我們考慮一般情況，即兩個(gè)磁光材料通光方向的夾角是非正交(任意非零角 度）。假設(shè)兩個(gè)磁光材料通光方向的夾角為ΛΘ;其中一個(gè)傳感頭與待測(cè)導(dǎo)線距離為R，與待 測(cè)磁場(chǎng)的夾角為Θ;另一個(gè)傳感頭與待測(cè)導(dǎo)線距離也為R，與待測(cè)磁場(chǎng)的夾角為Θ+ΛΘ。兩個(gè) 傳感頭的長(zhǎng)度分別為〇 1與02,它們的維爾德系數(shù)分別為^與^。電流在兩個(gè)傳感頭處導(dǎo)致的 偏振旋轉(zhuǎn)角度分別為βι與&。
[0104] 根據(jù)公式(4)可得出：
[0107] 又cos(9+Δ Θ) =cos9cos Δ Θ - sinQsin Δ Θ (7)
[0108] 根據(jù)公式(5)可得出：

[0119]得到（12)式為I與ΛΘ的關(guān)系式，與Θ無(wú)關(guān)，即計(jì)算出的電流與磁光材料通光方向和 磁場(chǎng)方向之間的角度Θ無(wú)關(guān)。由此可以證明本發(fā)明可成功克服傳感頭通光方向與待測(cè)導(dǎo)體 中心電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向之間的角度Θ對(duì)測(cè)量精度造成的影響。兩個(gè)傳感頭可以任意角 度放置于導(dǎo)線處，但考慮到實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，為了制作加工使用方便一般取Α θ = π/2(即兩個(gè) 磁光材料傳感頭正交）。
[0120]當(dāng)兩個(gè)傳感頭正交即兩傳感頭之間夾角為90°即ΔΘ=3?/2時(shí)，公式（12)可化簡(jiǎn)為
[0122]如果在應(yīng)用中，兩個(gè)傳感頭選擇相同的磁光材料，并加工成同樣長(zhǎng)度，貝ljVi = V2 = V，Di = D2 = D，那么公式（13)可簡(jiǎn)化為
[0124] 從上式可以看到:采用兩個(gè)正交的傳感頭，傳感頭與待測(cè)磁場(chǎng)的夾角導(dǎo)致的誤差 相互抵消了。所以只要測(cè)出兩個(gè)傳感頭的偏振旋轉(zhuǎn)角度扮與說(shuō)，就可以得到電流值I。
[0125] 在實(shí)際應(yīng)用中，可以事先將兩個(gè)傳感頭固定在一起，以保證在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，始 終保持兩個(gè)傳感頭內(nèi)通光方向之間的夾角ΛΘ不變。
[0126] 本發(fā)明實(shí)施例提供的利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的方法，包括如下步驟：
[0127] a、在待測(cè)導(dǎo)體附近設(shè)置兩個(gè)磁光晶體，分別為第一磁光晶體和第二磁光晶體;使 第一磁光晶體和第二磁光晶體的相對(duì)位置固定不變;兩個(gè)磁光晶體內(nèi)傳輸光線之間的夾角 為ΛΘ，兩個(gè)磁光晶體距導(dǎo)體的距離相等均為R;第一磁光晶體的維爾德系數(shù)為％，長(zhǎng)度為D 1; 第二磁光晶體的維爾德系數(shù)為V2,長(zhǎng)度為D2。
[0128] b、設(shè)置光源;使光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒€偏振光，分別為第一線偏振光和第二 線偏振光;使第一線偏振光沿第一磁光晶體的軸心線入射第一磁光晶體，使第二線偏振光 沿第二磁光晶體的軸心線入射第二磁光晶體。導(dǎo)體內(nèi)的電流會(huì)在兩個(gè)磁光晶體處產(chǎn)生磁 場(chǎng)，由于法拉第效應(yīng)，入射磁光晶體的線偏振光的偏振方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)。
[0129] c、測(cè)量第一線偏振光通過(guò)第一磁光晶體后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角 ，測(cè)量第二線偏振光通過(guò)第二磁光晶體后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角β 2。第一偏 轉(zhuǎn)角扮可通過(guò)測(cè)量第一線偏振光通過(guò)第一磁光晶體后，再通過(guò)一個(gè)檢偏器后光強(qiáng)的變化而 求得，第二偏轉(zhuǎn)角此可通過(guò)測(cè)量第二線偏振光通過(guò)第二磁光晶體后再通過(guò)一個(gè)檢偏器后光 強(qiáng)的變化而求得。
[0130] d、根據(jù)上面公式(12)即可計(jì)算得出導(dǎo)體內(nèi)的電流I。
[0131] 通過(guò)本發(fā)明中的方法，可在電流測(cè)量過(guò)程中解決由于傳感頭與導(dǎo)體之間的角度誤 差而導(dǎo)致的測(cè)量精度降低的問(wèn)題。
[0132] 說(shuō)明：本發(fā)明實(shí)施例中采用線偏振光，其他偏振光(例如橢圓偏振光）只要是在通 過(guò)磁光材料時(shí)因?yàn)殡娏鞔艌?chǎng)而產(chǎn)生角度偏轉(zhuǎn)的，均可以使用本方法。
[0133] 實(shí)施例2,一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置。
[0134] 如圖5所示，本實(shí)施例中的裝置包括第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、分束器4、第 一起偏器5、第二起偏器6、第一檢偏器7、第二檢偏器8、第一光探測(cè)器9、第二光探測(cè)器10、信 號(hào)處理電路、光源以及實(shí)現(xiàn)這些器件連接的光路傳輸器件(例如光纖等）。
[0135] 第一磁光晶體1和第二磁光晶體2均設(shè)置在待測(cè)導(dǎo)體3的附近，第一磁光晶體1和第 二磁光晶體2距待測(cè)導(dǎo)體3的安裝距離相等，均為R;兩個(gè)磁光晶體的相對(duì)位置保持不變，在 測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，兩個(gè)磁光晶體內(nèi)通光方向之間的夾角（Λ Θ，該Λ Θ即為兩個(gè)磁光晶體內(nèi)通 光方向各自與其對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)方向之間的角度的差）固定不變;本實(shí)施例中導(dǎo)體3內(nèi)的電流所 產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與兩個(gè)磁光晶體內(nèi)線偏振光的傳輸方向之間的夾角隨機(jī)。比較優(yōu)選的技術(shù) 方案是:通過(guò)設(shè)置使得兩個(gè)磁光晶體內(nèi)通光方向之間的夾角ΛΘ為90°。更優(yōu)選的方案，使兩 個(gè)磁光晶體的擺放方向滿(mǎn)足:兩個(gè)磁光晶體內(nèi)通光方向與導(dǎo)體內(nèi)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向之間 的夾角為45°或接近45° (例如44°~46°)。
[0136] 光源設(shè)置在兩個(gè)磁光晶體前方，光源用于產(chǎn)生一束測(cè)量光（一般為偏振態(tài)不可 知）。分束器4設(shè)置在光源后方，分束器4用于將光源所產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為兩束測(cè)量 光，分別為透射測(cè)量光和反射測(cè)量光。第一起偏器5和第二起偏器6設(shè)置在分束器4和磁光晶 體之間。第一起偏器5用于接收來(lái)自分束器4的透射測(cè)量光并輸出第一線偏振光，第二起偏 器6用于接收來(lái)自分束器4的反射測(cè)量光并輸出第二線偏振光。第一線偏振光入射第一磁光 晶體1，第二線偏振光入射第二磁光晶體2。
[0137] 分束器4、第一起偏器5和第二起偏器6構(gòu)成一個(gè)偏振分束單元，偏振分束單元的作 用是：用于將光源所產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為兩束線偏振光，分別為第一線偏振光和第二 線偏振光，分束后的兩束線偏振光分別入射第一磁光晶體1和第二磁光晶體2。
[0138] 第一線偏振光和第二線偏振光在兩個(gè)磁光晶體內(nèi)傳輸，會(huì)由于法拉第磁光效應(yīng)而 導(dǎo)致偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的角度與所對(duì)應(yīng)的磁光晶體處的磁感應(yīng)強(qiáng)度有 關(guān)。第一檢偏器7設(shè)置在第一磁光晶體1后方，其用于接收來(lái)自第一磁光晶體1的出射光，并 將接收到的偏振光中與其偏振化方向不一致的光分量濾除。優(yōu)選的，可以使第一檢偏器7的 偏振化方向（即光軸方向）與第一起偏器5的偏振化方向（即光軸方向）相同，這樣，第一檢偏 器7就用來(lái)將第一線偏振光因第一磁光晶體1而造成的偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)后的與第一檢偏 器7偏振化方向不一致的光分量濾除。第二檢偏器8設(shè)置在第二磁光晶體2后方，其用于接收 來(lái)自第二磁光晶體2的出射光，并將接收到的偏振光中與其偏振化方向不一致的光分量濾 除。優(yōu)選的，可以使第二檢偏器8的偏振化方向與第二起偏器6的偏振化方向相同，這樣，第 二檢偏器8就用來(lái)將第二線偏振光因第二磁光晶體2而造成的偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)后的與第 二檢偏器8偏振化方向不一致的光分量濾除。通過(guò)設(shè)置使第一檢偏器7的偏振化方向與第一 起偏器5的偏振化方向相同，使第二檢偏器8的偏振化方向與第二起偏器6的偏振化方向相 同，可以使后期通過(guò)測(cè)量光強(qiáng)計(jì)算偏轉(zhuǎn)角更加簡(jiǎn)便。
[0139] 第一光探測(cè)器9設(shè)置在第一檢偏器7的后方，其用于接收來(lái)自第一檢偏器7的檢偏 輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第一電信號(hào)。第二光探測(cè)器10設(shè)置在第二檢偏器8的后方，其用于接收 來(lái)自第二檢偏器8的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第二電信號(hào)。
[0140]信號(hào)處理電路分別與第一光探測(cè)器9和第二光探測(cè)器10相接，用于接收第一光探 測(cè)器9產(chǎn)生的第一電信號(hào)和第二光探測(cè)器10產(chǎn)生的第二電信號(hào)；信號(hào)處理電路根據(jù)接收到 的第一電信號(hào)計(jì)算第一線偏振光經(jīng)第一磁光晶體1后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角，根 據(jù)接收到的第二電信號(hào)計(jì)算第二線偏振光經(jīng)第二磁光晶體2后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏 轉(zhuǎn)角，再根據(jù)第一偏轉(zhuǎn)角和第二偏轉(zhuǎn)角計(jì)算導(dǎo)體3內(nèi)的電流(具體計(jì)算公式見(jiàn)實(shí)施例1)。
[0141] 通過(guò)光探測(cè)器所接收到的光強(qiáng)信號(hào)判斷偏轉(zhuǎn)角的變化，既可以采用與光源輸入到 系統(tǒng)的光強(qiáng)進(jìn)行比較的辦法，也可以采用現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)測(cè)量的辦法（即通過(guò)已知電流磁場(chǎng)等進(jìn) 行系統(tǒng)校準(zhǔn)）。
[0142] 實(shí)施例3,一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置。
[0143] 如圖6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2相比所不同的是:本實(shí)施例中的偏振分束單元由 第一起偏器5和分束器4構(gòu)成。第一起偏器5放置在光源的后方，其用于接收光源發(fā)出的測(cè)量 光并產(chǎn)生一束線偏振光。分束器4設(shè)置在第一起偏器5與兩個(gè)磁光晶體之間，分束器4用于將 來(lái)自第一起偏器5的一束線偏振光分束為兩束線偏振光，分別為透射線偏振光(即第一線偏 振光)和反射線偏振光(即第二線偏振光）；分束后的兩束線偏振光分別入射兩個(gè)磁光晶體。
[0144] 本實(shí)施例中其他器件結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系及工作過(guò)程等可參見(jiàn)實(shí)施例2中所描述。
[0145] 實(shí)施例4,一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置。
[0146] 本實(shí)施例與實(shí)施例2相比所不同的是:本實(shí)施例中偏振分束單兀為偏振分束器，偏 振分束器用于將光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分束后 的兩束線偏振光分別入射兩個(gè)磁光晶體。
[0147] 本實(shí)施例中其他器件結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系及工作過(guò)程等可參見(jiàn)實(shí)施例2中所描述。
[0148] 實(shí)施例5,一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置。
[0149 ]如圖7所不，本實(shí)施例中的裝置包括第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、光源、第一偏 振分束器13、第二偏振分束器14、第三偏振分束器15、第一光探測(cè)器9、第二光探測(cè)器10、第 三光探測(cè)器11、第四光探測(cè)器12、信號(hào)處理電路以及連接這些器件實(shí)現(xiàn)光路傳輸?shù)墓饫w。
[0150] 本實(shí)施例中第一磁光晶體1和第二磁光晶體2的設(shè)置方式可參見(jiàn)實(shí)施例2中描述。
[0151] 光源設(shè)置在兩個(gè)磁光晶體的前方，光源用于產(chǎn)生一束測(cè)量光。第一偏振分束器13 設(shè)置在光源與兩個(gè)磁光晶體之間，第一偏振分束器13用于接收來(lái)自光源的一束測(cè)量光并產(chǎn) 生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為透射線偏振光（即第一線偏振光)和反射線偏 振光（即第二線偏振光）。第一線偏振光入射第一磁光晶體1，第二線偏振光入射第二磁光晶 體2〇
[0152] 第一線偏振光和第二線偏振光在兩個(gè)磁光晶體內(nèi)傳輸，經(jīng)兩個(gè)磁光晶體出射后的 線偏振光的偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。第二偏振分束器14設(shè)置在第一磁光晶體1的后方，其用于 接收來(lái)自第一磁光晶體1的出射光并將其分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光。優(yōu)選 的，第二偏振分束器14的光軸與第一偏振分束器13的光軸對(duì)齊。第三偏振分束器15設(shè)置在 第二磁光晶體2的后方，其用于接收來(lái)自第二磁光晶體2的出射光并將其分束為兩束偏振方 向相互垂直的線偏振光。優(yōu)選的，第三偏振分束器15的光軸與第一偏振分束器13的光軸對(duì) 齊。
[0153] 第一光探測(cè)器9和第二光探測(cè)器10設(shè)置在第二偏振分束器14的后方，兩者分別接 收來(lái)自第二偏振分束器14的兩束線偏振光，并分別產(chǎn)生第一電信號(hào)和第二電信號(hào)。第三光 探測(cè)器11和第四光探測(cè)器12設(shè)置在第三偏振分束器15的后方，兩者分別接收來(lái)自第三偏振 分束器15的兩束線偏振光，并分別產(chǎn)生第三電信號(hào)和第四電信號(hào)。
[0154] 信號(hào)處理電路分別與第一光探測(cè)器9、第二光探測(cè)器10、第三光探測(cè)器11和第四光 探測(cè)器12相接，用于接收第一電信號(hào)、第二電信號(hào)、第三電信號(hào)和第四電信號(hào)。信號(hào)處理電 路在接收到四種電信號(hào)時(shí)，首先根據(jù)第一電信號(hào)和第二電信號(hào)計(jì)算出第一線偏振光經(jīng)第一 磁光晶體1后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)第三電信號(hào)和第四電信號(hào)計(jì)算出第二 線偏振光經(jīng)第二磁光晶體2后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角，再根據(jù)第一偏轉(zhuǎn)角和第二 偏轉(zhuǎn)角計(jì)算導(dǎo)體3內(nèi)的電流。
[0155] 本實(shí)施例與實(shí)施例2、3、4相比，可以消除光源輸出波動(dòng)和信號(hào)傳輸過(guò)程中造成的 檢測(cè)誤差。
[0156] 實(shí)施例6,一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置。
[0157] 如圖8所示，本實(shí)施例與實(shí)施例5相比所不同的是:本實(shí)施例由第一沃拉斯頓棱鏡 16代替實(shí)施例5中的第二偏振分束器14(見(jiàn)圖7)，由第二沃拉斯頓棱鏡17代替實(shí)施例5中的 第三偏振分束器15(見(jiàn)圖7)。沃拉斯頓棱鏡與偏振分束器的作用相同，都是用于將一束光分 束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光。
[0158] 本實(shí)施例中由沃拉斯頓棱鏡代替實(shí)施例5中的偏振分束器，可以減少因?yàn)槠穹?束器分光過(guò)程中的損耗，同時(shí)也可以更有利于系統(tǒng)的集成。在第一沃拉斯頓棱鏡16和第二 沃拉斯頓棱鏡17的后端均帶有雙光纖準(zhǔn)直器18,通過(guò)雙光纖準(zhǔn)直器18可以將沃拉斯頓棱鏡 所產(chǎn)生的兩束偏振光很方便地輸入到光纖當(dāng)中。
[0159] 實(shí)施例7,一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置。
[0160]如圖9所不，本實(shí)施例中的裝置包括第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、光源、第一偏 振分束器13、第一沃拉斯頓棱鏡16、第二沃拉斯頓棱鏡17、直角反射鏡19、第一光探測(cè)器9、 第二光探測(cè)器10、第三光探測(cè)器11、第四光探測(cè)器12和信號(hào)處理電路。
[0161 ] 本實(shí)施例中第一磁光晶體1和第二磁光晶體2垂直相接，即兩個(gè)磁光晶體內(nèi)通光方 向之間的夾角為90°;兩個(gè)磁光晶體的相對(duì)位置固定不變。第一偏振分束器13設(shè)置在第一磁 光晶體1和第二磁光晶體2相接的拐角處，第一偏振分束器13的反射面與第一磁光晶體1的 前端面相膠合，第一偏振分束器13的透射面與第二磁光晶體2的前端面相膠合;光源發(fā)出的 測(cè)量光經(jīng)第一偏振分束器13后分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光，分別為透射偏振光 和反射偏振光;反射偏振光從第一偏振分束器13的反射面出射并入射第一磁光晶體1，透射 偏振光從第一偏振分束器13的透射面出射并入射第二磁光晶體2。第二沃拉斯頓棱鏡17置 于第二磁光晶體2后方且兩者膠合在一起;經(jīng)第二磁光晶體2后的偏振光直接入射第二沃拉 斯頓棱鏡17。直角反射鏡19置于第一磁光晶體1的后方，直角反射鏡19的一個(gè)直角邊與第一 磁光晶體1的后端面相膠合，第一沃拉斯頓棱鏡16的前端面與直角反射鏡19的另一直角邊 相膠合。由第一磁光晶體1出射的偏振光經(jīng)直角反射鏡19反射后入射第一沃拉斯頓棱鏡16。 第一沃拉斯頓棱鏡16和第二沃拉斯頓棱鏡17的后端均帶有雙光纖準(zhǔn)直器18。第一偏振分束 器13、第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、直角反射鏡19、第一沃拉斯頓棱鏡16和第二沃拉斯 頓棱鏡17六者膠合在一起形成一個(gè)光學(xué)器件集成單元。本實(shí)施例通過(guò)這種集成，能夠小型 化電流檢測(cè)傳感頭；同時(shí)還可以避免在安裝過(guò)程中，因?yàn)榈谝淮殴饩w1和第二磁光晶體2 之間安裝角度的誤差而造成的測(cè)量誤差。
[0162]本實(shí)施例中光學(xué)器件集成單元中的直角反射鏡19的作用是使入射第一沃拉斯頓 棱鏡16的光和入射第二沃拉斯頓棱鏡17的光平行，這樣更利于光學(xué)器件集成單元的集成。 當(dāng)然，其他實(shí)施例中不設(shè)置直角反射鏡19也是可行的，在不設(shè)置直角反射鏡19時(shí)，第一沃拉 斯頓棱鏡16的前端面直接與第一磁光晶體1的后端面相膠合即可。
[0163] 光學(xué)器件集成單元放置在導(dǎo)體3的附近，且第一磁光晶體1距導(dǎo)體3的距離等于第 二磁光晶體2距導(dǎo)體3的距離。光源設(shè)置在光學(xué)器件集成單元的前方，光源與光學(xué)器件集成 單元之間、光學(xué)器件集成單元和光探測(cè)器之間仍可由光纖來(lái)連接。
[0164] 光源用于產(chǎn)生一束測(cè)量光。光源所產(chǎn)生的一束測(cè)量光經(jīng)光纖傳輸至第一偏振分束 器13,由第一偏振分束器13產(chǎn)生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為透射線偏振光 和反射線偏振光;本實(shí)施例中由第一偏振分束器13所產(chǎn)生的透射線偏振光稱(chēng)為第二線偏振 光，由第一偏振分束器13所產(chǎn)生的反射線偏振光稱(chēng)為第一線偏振光。第一線偏振光入射第 一磁光晶體1，第二線偏振光入射第二磁光晶體2。
[0165] 第一線偏振光和第二線偏振光在兩個(gè)磁光晶體內(nèi)傳輸，經(jīng)兩個(gè)磁光晶體出射后的 線偏振光的偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。第一磁光晶體1出射的光經(jīng)直角反射鏡19反射后入射第 一沃拉斯頓棱鏡16,第一沃拉斯頓棱鏡16將接收到的線偏振光分束為兩束偏振方向相互垂 直的線偏振光，分束后的兩束線偏振光分別通過(guò)光纖輸入至第一光探測(cè)器9和第二光探測(cè) 器10,第一光探測(cè)器9和第二光探測(cè)器10分別接收第一沃拉斯頓棱鏡16輸出的兩束線偏振 光，并分別產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)(第一電信號(hào)和第二電信號(hào)）。第二沃拉斯頓棱鏡12在第二磁光 晶體2的后方接收來(lái)自第二磁光晶體2的出射光，并將接收到的線偏振光分束為兩束偏振方 向相互垂直的線偏振光，分束后的兩束線偏振光分別通過(guò)光纖輸入至第三光探測(cè)器11和第 四光探測(cè)器12,第三光探測(cè)器11和第四光探測(cè)器12分別接收第二沃拉斯頓棱鏡17輸出的兩 束線偏振光，并分別產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)(第三電信號(hào)和第四電信號(hào)）。
[0166] 信號(hào)處理電路分別通過(guò)光纖與第一光探測(cè)器9、第二光探測(cè)器10、第三光探測(cè)器11 和第四光探測(cè)器12相接，信號(hào)處理電路接收來(lái)自四個(gè)光探測(cè)器的電信號(hào)，并根據(jù)第一電信 號(hào)和第二電信號(hào)計(jì)算出第一線偏振光經(jīng)第一磁光晶體1后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn) 角，根據(jù)第三電信號(hào)和第四電信號(hào)計(jì)算出第二線偏振光經(jīng)第二磁光晶體2后偏振方向發(fā)生 偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角，再根據(jù)第一偏轉(zhuǎn)角和第二偏轉(zhuǎn)角計(jì)算導(dǎo)體3內(nèi)的電流。
[0167] 實(shí)施例8,一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置。
[0168] 如圖10所示，本實(shí)施例中的裝置包括第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、光源、分束 器4、第一偏振分束器13、第二偏振分束器14、第一光環(huán)形器20、第二光環(huán)形器21、第一反射 鏡22、第二反射鏡23、第一光探測(cè)器9、第二光探測(cè)器10、第三光探測(cè)器11、第四光探測(cè)器12、 信號(hào)處理電路以及連接這些器件實(shí)現(xiàn)光路傳輸?shù)墓饫w。
[0169] 本實(shí)施例中第一磁光晶體1和第二磁光晶體2的設(shè)置方式可參見(jiàn)實(shí)施例2中描述。
[0170] 光源置于兩個(gè)磁光晶體前方，光源用于產(chǎn)生一束測(cè)量光。分束器4位于光源后方， 分束器4用于接收光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束測(cè)量光，分別為透射過(guò)去的第一分 束測(cè)量光和反射過(guò)去的第二分束測(cè)量光。第一光環(huán)形器20和第二光環(huán)形器21位于分束器4 后方，每一個(gè)光環(huán)形器均有三個(gè)端口（分別為左端口、右端口和下端口）。
[0171 ] 第一分束測(cè)量光由第一光環(huán)形器20的左端口入射第一光環(huán)形器20，并由第一光環(huán) 形器20的右端口輸出，將第一光環(huán)形器20右端口輸出的光稱(chēng)為第一光環(huán)形器測(cè)量光。第一 偏振分束器13位于第一光環(huán)形器20和第一磁光晶體1之間。第一偏振分束器13接收來(lái)自第 一光環(huán)形器20的第一光環(huán)形器測(cè)量光，并產(chǎn)生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為 透射線偏振光和反射線偏振光;此處所產(chǎn)生的反射線偏振光(沿圖10中第一偏振分束器13 向上傳輸)在本實(shí)施例裝置中沒(méi)有用到，故不再提及;此處將第一偏振分束器13所產(chǎn)生的透 射線偏振光稱(chēng)為第一透射線偏振光。第一透射線偏振光入射第一磁光晶體1，第一透射線偏 振光在第一磁光晶體1內(nèi)傳輸時(shí)偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即：經(jīng)第一磁光晶體1出射的線偏振光 的偏振方向與第一透射線偏振光的偏振方向相比，兩者之間相差一個(gè)第一偏轉(zhuǎn)角;將第一 透射線偏振光經(jīng)第一磁光晶體1傳輸后由第一磁光晶體1輸出的線偏振光稱(chēng)為第一偏轉(zhuǎn)光。 第一反射鏡22位于第一磁光晶體1的后方，第一磁光晶體1出射的第一偏轉(zhuǎn)光經(jīng)第一反射鏡 22后被反射，由第一反射鏡22反射后的光稱(chēng)為第一反射光，第一反射光即是第一偏轉(zhuǎn)光反 射后的光。第一反射光入射第一磁光晶體1，第一反射光經(jīng)第一磁光晶體1后偏振方向再次 發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角仍然是第一偏轉(zhuǎn)角，將第一反射光經(jīng)第一磁光晶體1后由第一 磁光晶體1出射的光稱(chēng)為第一返回偏轉(zhuǎn)光。第一返回偏轉(zhuǎn)光再次經(jīng)第一偏振分束器13,由第 一偏振分束器13分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第一返回透射線偏振光 和第一返回反射線偏振光，第一返回反射線偏振光由第一光探測(cè)器9來(lái)接收，并產(chǎn)生一個(gè)第 一電信號(hào);第一返回透射線偏振光經(jīng)第一光環(huán)形器20的右端口后由第一光環(huán)形器20的下端 口輸出，輸出的光稱(chēng)為第一返回光環(huán)形器測(cè)量光，該第一返回光環(huán)形器測(cè)量光由第二光探 測(cè)器10來(lái)接收，并產(chǎn)生一個(gè)第二電信號(hào)。
[0172] 第二分束測(cè)量光由第二光環(huán)形器21的左端口入射第二光環(huán)形器21，并由第二光環(huán) 形器21的右端口輸出，將第二光環(huán)形器21右端口輸出的光稱(chēng)為第二光環(huán)形器測(cè)量光。第二 偏振分束器14位于第二光環(huán)形器21和第二磁光晶體2之間。第二偏振分束器14接收來(lái)自第 二光環(huán)形器21的第二光環(huán)形器測(cè)量光，并產(chǎn)生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為 透射線偏振光和反射線偏振光;此處所產(chǎn)生的反射線偏振光(沿圖10中第二偏振分束器14 向上傳輸)在本實(shí)施例裝置中沒(méi)有用到，故不再提及;此處將第二偏振分束器14所產(chǎn)生的透 射線偏振光稱(chēng)為第二透射線偏振光。第二透射線偏振光入射第二磁光晶體2,第二透射線偏 振光在第二磁光晶體2內(nèi)傳輸時(shí)偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即：經(jīng)第二磁光晶體2出射的線偏振光 的偏振方向與第二透射線偏振光的偏振方向相比，兩者之間相差一個(gè)第二偏轉(zhuǎn)角;將第二 透射線偏振光經(jīng)第二磁光晶體2傳輸后由第二磁光晶體2輸出的線偏振光稱(chēng)為第二偏轉(zhuǎn)光。 第二反射鏡23位于第二磁光晶體2的后方，第二磁光晶體2出射的第二偏轉(zhuǎn)光經(jīng)第二反射鏡 23后被反射，由第二反射鏡23反射后的光稱(chēng)為第二反射光，第二反射光即是第二偏轉(zhuǎn)光反 射后的光。第二反射光入射第二磁光晶體2,第二反射光經(jīng)第二磁光晶體2后偏振方向再次 發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角仍然是第二偏轉(zhuǎn)角，第二反射光經(jīng)第二磁光晶體2后由第二磁 光晶體2出射的光稱(chēng)為第二返回偏轉(zhuǎn)光。第二返回偏轉(zhuǎn)光再次經(jīng)第二偏振分束器14,由第二 偏振分束器14分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第二返回透射線偏振光和 第二返回反射線偏振光，第二返回反射線偏振光由第三光探測(cè)器11來(lái)接收，并產(chǎn)生一個(gè)第 三電信號(hào);第二返回透射線偏振光經(jīng)第二光環(huán)形器21的右端口后由第二光環(huán)形器21的下端 口輸出，輸出的光稱(chēng)為第二返回光環(huán)形器測(cè)量光，該第二返回光環(huán)形器測(cè)量光由第四光探 測(cè)器12來(lái)接收，并產(chǎn)生一個(gè)第四電信號(hào)。
[0173] 信號(hào)處理電路通過(guò)光纖分別與第一光探測(cè)器9、第二光探測(cè)器10、第三光探測(cè)器11 和第四光探測(cè)器12相接，信號(hào)處理電路接收來(lái)自四個(gè)光探測(cè)器的電信號(hào)，并根據(jù)第一電信 號(hào)和第二電信號(hào)計(jì)算出第一透射線偏振光兩次經(jīng)第一磁光晶體1后偏振方向所發(fā)生的偏轉(zhuǎn) 角，該偏轉(zhuǎn)角為第一偏轉(zhuǎn)角的二倍;根據(jù)第三電信號(hào)和第四電信號(hào)計(jì)算出第二透射線偏振 光兩次經(jīng)第二磁光晶體2后偏振方向所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角，該偏轉(zhuǎn)角為第二偏轉(zhuǎn)角的二倍;再根 據(jù)第一偏轉(zhuǎn)角和第二偏轉(zhuǎn)角計(jì)算導(dǎo)體3內(nèi)的電流。
[0174]本實(shí)施例中使線偏振光兩次通過(guò)磁光晶體，使得偏振方向偏轉(zhuǎn)的角度增長(zhǎng)一倍， 這樣可以提高測(cè)量的靈敏度。
[0175]以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí) 施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存 在矛盾，都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。
[0176]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái) 說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù) 范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的方法，其特征是，包括如下步驟： a、 使第一磁光材料和第二磁光材料分別相對(duì)導(dǎo)體而放置，兩個(gè)磁光材料距導(dǎo)體的距離 相等;兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，兩個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向之間 的夾角ΛΘ滿(mǎn)足:0<ΛΘ<180° ; b、 設(shè)置光源;使光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒窆?，分別為第一偏振光和第二偏振光;使 第一偏振光通過(guò)第一磁光材料，使第二偏振光通過(guò)第二磁光材料； c、 測(cè)量第一偏振光通過(guò)第一磁光材料后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角βι，測(cè)量 第二偏振光通過(guò)第二磁光材料后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角 d、 根據(jù)兩個(gè)偏轉(zhuǎn)角計(jì)算出導(dǎo)體內(nèi)的電流。2. -種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，其特征是，包括： 第一磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置； 第二磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置;且第二磁光材料距導(dǎo)體的距離與第一磁光材料距導(dǎo) 體的距離相等;兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，且測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，兩個(gè)磁光材料內(nèi)通 光方向之間的夾角ΛΘ滿(mǎn)足:0<ΛΘ<180° ; 光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光； 偏振分束單元，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束偏振光，兩束偏振 光分別入射所述第一磁光材料和所述第二磁光材料； 第一檢偏器，用于接收來(lái)自所述第一磁光材料的出射光； 第二檢偏器，用于接收來(lái)自所述第二磁光材料的出射光； 第一光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第一檢偏器的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第一電信號(hào)； 第二光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第二檢偏器的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第二電信號(hào)； 以及 信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器和所述第二光探測(cè)器相接，用于接收所述第 一電信號(hào)和所述第二電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算導(dǎo)體內(nèi)的電流。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，其特征是，所述偏振分束 單元包括起偏器和分束器;所述起偏器用于接收所述光源產(chǎn)生的測(cè)量光并輸出一束偏振 光，所述分束器用于將來(lái)自所述起偏器的一束偏振光分束為兩束偏振光。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，其特征是，所述偏振分束 單元包括分束器、第一起偏器和第二起偏器;所述分束器用于將所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量 光分束為兩束測(cè)量光;所述第一起偏器用于接收來(lái)自所述分束器的其中一束測(cè)量光并輸出 一束偏振光，所述第二起偏器用于接收來(lái)自所述分束器的另一束測(cè)量光并輸出另一束偏振 光。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，其特征是，所述偏振分束 單元為偏振分束器，所述偏振分束器用于將所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為兩束偏振方 向相互垂直的偏振光。6. -種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，其特征是，包括： 第一磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置； 第二磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置;且第二磁光材料距導(dǎo)體的距離與第一磁光材料距導(dǎo) 體的距離相等;兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，且測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，兩個(gè)磁光材料內(nèi)通 光方向之間的夾角ΛΘ滿(mǎn)足:0<ΛΘ<180°; 光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光； 第一偏振分束單元，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束偏振光，兩束 偏振光分別入射所述第一磁光材料和所述第二磁光材料； 第二偏振分束單元，用于接收來(lái)自所述第一磁光材料的出射光并將其分束為兩束偏振 方向相互垂直的偏振光； 第三偏振分束單元，用于接收來(lái)自所述第二磁光材料的出射光并將其分束為兩束偏振 方向相互垂直的偏振光； 第一光探測(cè)器和第二光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第二偏振分束單元的兩束偏振 光，并分別產(chǎn)生第一電信號(hào)和第二電信號(hào)； 第三光探測(cè)器和第四光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第三偏振分束單元的兩束偏振 光，并分別產(chǎn)生第三電信號(hào)和第四電信號(hào)；以及 信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器、所述第二光探測(cè)器、所述第三光探測(cè)器和所 述第四光探測(cè)器相接，用于接收所述第一電信號(hào)、所述第二電信號(hào)、所述第三電信號(hào)和所述 第四電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算導(dǎo)體內(nèi)的電流。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，其特征是，所述第二偏振 分束單元和所述第三偏振分束單元是偏振分束器或沃拉斯頓棱鏡。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，其特征是，所述第二偏振 分束單元為第一沃拉斯頓棱鏡，所述第三偏振分束單元為第二沃拉斯頓棱鏡;在所述第一 沃拉斯頓棱鏡和所述第二沃拉斯頓棱鏡的后端均設(shè)置有雙光纖準(zhǔn)直器，且所述第一光探測(cè) 器和所述第二光探測(cè)器分別通過(guò)光纖接收來(lái)自所述第一沃拉斯頓棱鏡的光信號(hào)，所述第三 光探測(cè)器和所述第四光探測(cè)器分別通過(guò)光纖接收來(lái)自所述第二沃拉斯頓棱鏡的光信號(hào)。9. 一種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，其特征是，包括： 第一磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置； 第二磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置;且第二磁光材料距導(dǎo)體的距離與第一磁光材料距導(dǎo) 體的距離相等;兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，且測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，兩個(gè)磁光材料內(nèi)通 光方向之間的夾角ΛΘ為90° ; 光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光； 偏振分束器，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束偏振方向相互垂直的 偏振光，分別為透射偏振光和反射偏振光;所述反射偏振光入射所述第一磁光材料，所述透 射偏振光入射所述第二磁光材料； 第一沃拉斯頓棱鏡，用于接收來(lái)自所述第一磁光材料的出射光并將其分束為兩束偏振 方向相互垂直的偏振光； 第二沃拉斯頓棱鏡，用于接收來(lái)自所述第二磁光材料的出射光并將其分束為兩束偏振 方向相互垂直的偏振光； 第一光探測(cè)器和第二光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第一沃拉斯頓棱鏡的兩束偏振 光，并分別產(chǎn)生第一電信號(hào)和第二電信號(hào)； 第三光探測(cè)器和第四光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第二沃拉斯頓棱鏡的兩束偏振 光，并分別產(chǎn)生第三電信號(hào)和第四電信號(hào)；以及 信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器、所述第二光探測(cè)器、所述第三光探測(cè)器和所 述第四光探測(cè)器相接，用于接收所述第一電信號(hào)、所述第二電信號(hào)、所述第三電信號(hào)和所述 第四電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算導(dǎo)體內(nèi)的電流； 所述偏振分束器、所述第一磁光材料、所述第二磁光材料、所述第一沃拉斯頓棱鏡和所 述第二沃拉斯頓棱鏡五者膠合在一起形成一個(gè)光學(xué)器件集成單元。10.-種利用磁光材料測(cè)量導(dǎo)體電流的裝置，其特征是，包括： 第一磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置； 第二磁光材料，相對(duì)導(dǎo)體而放置;且第二磁光材料距導(dǎo)體的距離與第一磁光材料距導(dǎo) 體的距離相等;兩個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變，且測(cè)量導(dǎo)體電流時(shí)，兩個(gè)磁光材料內(nèi)通 光方向之間的夾角ΛΘ滿(mǎn)足:0<ΛΘ<180°; 光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光； 分束器，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束測(cè)量光，分別為第一分束 測(cè)量光和第二分束測(cè)量光； 第一光環(huán)形器，用于接收來(lái)自所述分束器的所述第一分束測(cè)量光并輸出一個(gè)第一光環(huán) 形器測(cè)量光； 第二光環(huán)形器，用于接收來(lái)自所述分束器的所述第二分束測(cè)量光并輸出一個(gè)第二光環(huán) 形器測(cè)量光； 第一偏振分束器，用于接收來(lái)自所述第一光環(huán)形器輸出的第一光環(huán)形器測(cè)量光，并產(chǎn) 生一個(gè)第一透射偏振光;所述第一透射偏振光入射所述第一磁光材料，所述第一透射偏振 光經(jīng)所述第一磁光材料后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第一偏轉(zhuǎn)光； 第二偏振分束器，用于接收來(lái)自所述第二光環(huán)形器輸出的第二光環(huán)形器測(cè)量光，并產(chǎn) 生一個(gè)第二透射偏振光;所述第二透射偏振光入射所述第二磁光材料，所述第二透射偏振 光經(jīng)所述第二磁光材料后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第二偏轉(zhuǎn)光； 第一反射鏡，用于對(duì)所述第一磁光材料輸出的第一偏轉(zhuǎn)光進(jìn)行反射形成第一反射光， 所述第一反射光入射所述第一磁光材料;所述第一反射光經(jīng)所述第一磁光材料后偏振方向 發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第一返回偏轉(zhuǎn)光，所述第一返回偏轉(zhuǎn)光經(jīng)所述第一偏振分束器后形成兩束偏 振方向相互垂直的偏振光，分別為第一返回透射偏振光和第一返回反射偏振光，所述第一 返回透射偏振光經(jīng)所述第一光環(huán)形器后形成第一返回光環(huán)形器測(cè)量光； 第二反射鏡，用于對(duì)所述第二磁光材料輸出的第二偏轉(zhuǎn)光進(jìn)行反射形成第二反射光， 所述第二反射光入射所述第二磁光材料;所述第二反射光經(jīng)所述第二磁光材料后偏振方向 發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第二返回偏轉(zhuǎn)光，所述第二返回偏轉(zhuǎn)光經(jīng)所述第二偏振分束器后形成兩束偏 振方向相互垂直的偏振光，分別為第二返回透射偏振光和第二返回反射偏振光;所述第二 返回透射偏振光經(jīng)所述第二光環(huán)形器后形成第二返回光環(huán)形器測(cè)量光； 第一光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第一偏振分束器輸出的第一返回反射偏振光并產(chǎn)生 第一電信號(hào)； 第二光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第一光環(huán)形器輸出的第一返回光環(huán)形器測(cè)量光并產(chǎn) 生第二電信號(hào)； 第三光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第二偏振分束器輸出的第二返回反射偏振光并產(chǎn)生 第二電ig號(hào)； 第四光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第二光環(huán)形器輸出的第二返回光環(huán)形器測(cè)量光并產(chǎn) 生第四電信號(hào)；以及 信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器、所述第二光探測(cè)器、所述第三光探測(cè)器和所 述第四光探測(cè)器相接，用于接收所述第一電信號(hào)、所述第二電信號(hào)、所述第三電信號(hào)和所述 第四電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算導(dǎo)體內(nèi)的電流。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK105866506SQ201610201367
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】楊麗君, 劉再旺, 尉長(zhǎng)江, 姚曉天, 欽明亮
【申請(qǐng)人】河北大學(xué), 北京高光科技有限公司