专利名称：基于bso晶体的差流检测方法及实现此方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学检测领域，具体涉及一种差流测量方法和装置。
背景技术：
目前探测电流在电线中传输是否出现异常的光学仪器是利用光束经过光学电流 互感器后的光强是否变化进行探测的装置，光强探测装置中的光电转换器所接收的光信息 是经过电流互感后产生变化的光信息，两台光电转换器将接收到的两束光使用数字信号进 行比较，如果两个数字信号有差别，说明在光的传输中由于电流发生了异常，因此使经过光 电转换器的光束也发生了变化，从而启动电流保护装置。现有技术存在的缺点是使用两台 光电探测器的成本高，并且在使用过程中受电磁干扰性强，在光信号转变为电信号后出现 的误差影响很大，从而获得的两光束的偏振角度的准确率低。
发明内容
本发明为了解决现有的电流传输异常检测的光学探测仪器存在光在传播过程中 受电磁干扰、测量准确率低、成本高的问题，提出一种基于BSO晶体的差流检测方法及实现 此方法的装置。基于BSO晶体的差流检测方法，具体过程如下步骤一、第一偏振光束和第二偏振光束分别垂直入射至第一 BSO旋光晶体和第二 BSO旋光晶体光接收表面的中心位置，所述第一偏振光束和第二偏振光束为两束具有相同 频率和相同强度的偏振光，并且第一偏振光束和第二偏振光束的偏振方向正交，所述第一 BSO旋光晶体和第二 BSO旋光晶体分别设置在同一根输电线的周围，并且设置在同一根输 电线的不同位置，距离输电线的距离相等，并且在输电线中传输电流产生的磁场范围内；步骤二、第一 BSO旋光晶体出射的光束和第二 BSO旋光晶体出射的光束同时入射 至光电探测器的光接收面上，若光电探测器探测到干涉条纹，则电线中的电流出现异常传输；若光电探测器未探测到干涉条纹，则电线中的电流正常传输。实现基于BSO晶体的差流检测方法的装置，它包括第一光源、分束转换器、第一 BSO旋光晶体、第二 BSO旋光晶体、第一半透半反镜、第一全反镜和光电探测器，所述第一光 源发出的光束入射至分束转换器，经过分束转换器的光被分成相同频率、相同强度和偏振 方向正交的第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束垂直入射至第一 BSO旋光晶 体光接收表面的中心位置，所述第一 BSO旋光晶体的透射光入射至第一半透半反镜透射面 的中心位置，然后经该第一半透半反镜透射的光束垂直入射至光电探测器的光接收面；所述第二偏振光束垂直入射第二 BSO旋光晶体光接收表面的中心位置，所述第二 BSO旋光晶体的透射光入射至第一全反镜的中心位置，经过该第一全反镜反射的光束入射 至第一半透半反镜反射面的中心位置，由该第一半透半反镜反射的光束垂直入射至光电探 测器的光接收面。
本发明的有益效果本发明方法和装置是采用光学的方法判断两束光的偏转角 度，所述光在传播过程中光束受电磁干扰性�。竦玫墓獾钠嵌鹊淖既仿矢撸捎诓捎� 一台光电探测器进行探测，从而降低了成本。本发明适用于电流传输异常检测领域。
图1是两个光源、旋光晶体上下排列的基于BSO晶体的差流检测装置的结构示意 图。图2为一个光源、旋光晶体上下排列的基于BSO晶体的差流检测装置的结构示意图。图 3为两个光源、旋光晶体左右排列的基于BSO晶体的差流检测装置的结构示意图。图4为一 个光源、旋光晶体左右排列的基于BSO晶体的差流检测装置的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一、基于BSO晶体的差流检测方法，具体过程如下步骤一、第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1分别垂直入射至第一 BSO旋光晶 体3和第二 BSO旋光晶体4光接收表面的中心位置，所述第一偏振光束1-1和第二偏振光 束2-1为两束具有相同频率和相同强度的偏振光，并且第一偏振光束1-1和第二偏振光束 2-1的偏振方向正交，所述第一 BSO旋光晶体3和第二 BSO旋光晶体4分别设置在同一根输 电线的周围，并且设置在同一根输电线的不同位置，距离输电线的距离相等，并且在输电线 中传输电流产生的磁场范围内；步骤二、第一 BSO旋光晶体3出射的光束和第二 BSO旋光晶体4出射的光束同时 入射至光电探测器7的光接收面上，若光电探测器7探测到干涉条纹，则电线中的电流出现异常传输；若光电探测器7未探测到干涉条纹，则电线中的电流正常传输。步骤二可以还包括将第一 BSO旋光晶体3出射的光束和第二 BSO旋光晶体4出射 的光束衰减的步骤，所述两束光的衰减倍数相同，衰减后的两束光同时入射至光电探测器7 的光接收面上。偏振方向正交的第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1可以是第一偏振光束 1-1的偏振方向垂直于光束的传播方向，第二偏振光束2-1的偏振方向平行于光束的传播 方向。
具体实施方式
二、结合图2和图4说明本实施方式，实现基于BSO晶体的差流检测 方法的装置，它包括第一光源1、分束转换器13、第一 BSO旋光晶体3、第二 BSO旋光晶体4、 第一半透半反镜5、第一全反镜6和光电探测器7，所述第一光源1发出的光束入射至分束 转换器13，经过分束转换器13的光被分成相同频率、相同强度和偏振方向正交的第一偏振 光束1-1和第二偏振光束2-1，所述第一偏振光束1-1垂直入射至第一 BSO旋光晶体3光接 收表面的中心位置，所述第一 BSO旋光晶体3的透射光入射至第一半透半反镜5透射面的 中心位置，然后经该第一半透半反镜5透射的光束垂直入射至光电探测器7的光接收面；所述第二偏振光束2-1垂直入射第二 BSO旋光晶体4光接收表面的中心位置，所 述第二 BSO旋光晶体4的透射光入射至第一全反镜6的中心位置，经过该第一全反镜6反 射的光束入射至第一半透半反镜5反射面的中心位置，由该第一半透半反镜5反射的光束 垂直入射至光电探测器7的光接收面。
具体实施方式
三、结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
二 的不同之处在于分束转换器13由半波片8、第二半透半反镜9和第二全反镜10组成，第一 光源1发出的光束入射至第二半透半反镜9的中心位置后被分成强度相等的透射光束和反 射光束，所述反射光束入射至第二全反镜10中心位置，经由该第二全反镜10的反射光束为 第一偏振光束1-1，所述透射光束经过半波片8后的光束为第二偏振光束2-1。本实施方式所述的光源有一个，所述第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1由一 个光源发出，第一偏振光束1-1的强度为第一光源1发出光束强度的一半，第二偏振光束 2-1的强度为第一光源1发出光束强度的一半，并且第二偏振光束2-1经过半波片8偏振方 向偏转后获得。第一光源1发出的光束入射至第二半透半反镜9的中心位置后被分成强度相等的 透射光束和反射光束，所述反射光束入射至第二全反镜10后反射光束即为第一偏振光束 1-1，所述透射光束经过半波片8后，偏振方向改变90 °，形成于第一偏振光束1-1偏振方向 正交的第二偏振光束2-1。本实施方式所述的光源有两个，分别为第一光源1和第二光源2，所述第一偏振光 束1-1由第一光源1发出，第二偏振光束2-1由第二光源发出并经过半波片8偏振方向偏 转后获得。
具体实施方式
四、本实施方式与具体实施方式
二或三中的不同之处在于的第一光 源1为半导体激光器，所述半导体激光器发出光束的波长为850nm。
具体实施方式
五、结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三 的不同之处在于基于BSO晶体的差流检测装置，它还包括第二光源2，所述第二光源2发 出的光束入射至分束转换器13。
具体实施方式
六、结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式
五的进一步说明，具体实施方式
五中分束转换器13为半波片8，所述第一光源1与第二光源 2分别发出相同频率、相同强度和相同偏振态的两束光束，第一光源1发出的光束为第一偏 振光束1-1，第二光源2发出的光束经过半波片8后，偏振方向改变90°，形成与第一偏振 光束1-1偏振方向正交的第二偏振光束2-1。
具体实施方式
七、结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式
五的进一步说明，具体实施方式
五中分束转换器13为两根保偏光纤Q，第一光源1发出的 光束为第一偏振光束1-1，第二光源2发出的光束为第二偏振光束2-1，所述第一偏振光束 1-1和第二偏振光束2-1分别在两根保偏光纤Q中传输。
具体实施方式
八、本实施方式是与具体实施方式
五、六或七的不同之处在于第一 光源1和第二光源2均为半导体激光器，所述半导体激光器输出波长为850nm的光束。
具体实施方式
九、结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式是对具 体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八的第一 BSO旋光晶体3和第二 BSO旋光晶体4均是 由一块左旋光BSO晶体L和一块右旋光BSO晶体R堆叠在一起组成的BSO旋光晶体。本发明采用一块左旋光BSO晶体L和一块右旋光BSO晶体R堆叠在一起形成一块 旋光晶体用以改善电流互感器的温度特性。
具体实施方式
十、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式
九的进一步说明，本实施方式中第一 BSO旋光晶体3和第二 BSO旋光晶体4均是由一块左旋光BSO晶体L和一块右旋光BSO晶体R平行的上下堆叠在一起组成的BSO旋光晶体，所述 左旋光BSO晶体L和右旋光BSO晶体R的长度均在5-20mm的范围内，且两晶体长度相等， 第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1分别从左旋光BSO晶体L和右旋光BSO晶体R接触 面处垂直入射至第一 BSO旋光晶体3和第二 BSO旋光晶体4。
具体实施方式
十一、结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方 式九的进一步说明，本实施方式中第一 BSO旋光晶体3和第二 BSO旋光晶体4均是由一块 左旋光BSO晶体L和一块右旋光BSO晶体R平行的左右堆叠在一起组成的BSO旋光晶体， 所述左旋光BSO晶体L和右旋光BSO晶体R的长度均在5-40mm的范围内，且两晶体长度相
-vj-，O具体实施方式
十二、结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式与具 体实施方式二、三、四、五、六、七、八、九、十或十一的不同之处在于所有光束在保偏光纤Q 中传输。
具体实施方式
十一、本实施方式是对具体实施方式
二的进一步说明，具体实施方 式二中的第一偏振光束1-1的偏振方向垂直于光束的传播方向，第二偏振光束2-1的偏振 方向平行于光束的传播方向。本发明的工作原理本发明采用的是基于法拉第磁光效应的两束光干涉的偏振 效应，用于经过光学电流互感器后的两束光通过干涉后的图像强度区分它们偏振方向的不 同，从而启动电流保护装置。本发明的光传输部分是在保偏光纤Q中传输的，输入的第一偏振光束1-1的偏振 态偏振态垂直于光的传播方向，所述两个经过堆叠的旋光晶体旁分别设置有电线，该电线 产生磁�。礁鼍逯糜诖懦≈校龅谝黄窆馐�1-1经过第一 BSO旋光晶体3后的偏振 态的角度发生变化，所述半波片8使第二偏振光束2-1的偏振角度与第一偏振光束1-1相 差90°，所述第二偏振光束2-1的偏振态与光的传播方向平行；与光的传播方向平行的第 二偏振光束2-1经过第二 BSO旋光晶体4后产生旋光效应，即第二偏振光束2-1的偏振态 的角度发生了变化；判断经过第一 BSO旋光晶体3出射的光束与经过第二 BSO旋光晶体4出射的光束 发生的偏振态的偏转角度是否相同，如果第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1偏振态的偏转角度相同，则经过第一 BSO旋光晶体3出射的光束经过半透半反镜5 (第一偏振光束1-1有一半的光强直接穿透 该镜，也就是取其透射能量)与经过第二 BSO旋光晶体4出射的光束再经全反镜6反射后 再经半透半反镜5 (取其反射能量)，汇合的光束共同射向光电探测器；由于第一偏振光束 1-1和第二偏振光束2-1的偏振态的偏转角度相同，故汇合的两束光束仍是正交的，因此在 光电探测器7上没有干涉条纹的产生，判断该电流正常传输；如果第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1偏振态的偏转角度不同，则说明第二 偏振光束2-1经过的第二旋光晶体4周围的电流出现异常；所述第二 BSO旋光晶体4内的 磁场也将发生变化，根据法拉第效应，则经过第一 BSO旋光晶体3出射的光束经过半透半反 镜5(第一偏振光束1-1有一半的光强直接穿透该镜，也就是取其透射能量)与经过第二 BSO旋光晶体4出射的光束再经全反镜6反射后再经半透半反镜5 (取其反射能量)，汇合的 光束共同射向光电探测器；由于第一偏振光束1-1和第二偏振光束2-1的偏振态的偏转角
7度不同，故汇合的两束光束的偏振态不是正交的，所以两束光将发生干涉，产生干涉条纹， 通过光电探测器7探测的条纹的干涉情况可知电线中电流出现异常，进而启动电流保护装置。
权利要求
基于BSO晶体的差流检测方法，其特征在于具体过程如下步骤一、第一偏振光束(1 1)和第二偏振光束(2 1)分别垂直入射至第一BSO旋光晶体(3)和第二BSO旋光晶体(4)光接收表面的中心位置，所述第一偏振光束(1 1)和第二偏振光束(2 1)为两束具有相同频率和相同强度的偏振光，并且第一偏振光束(1 1)和第二偏振光束(2 1)的偏振方向正交，所述第一BSO旋光晶体(3)和第二BSO旋光晶体(4)分别设置在同一根输电线的周围，并且设置在同一根输电线的不同位置，距离输电线的距离相等，并且在输电线中传输电流产生的磁场范围内；步骤二、第一BSO旋光晶体(3)出射的光束和第二BSO旋光晶体(4)出射的光束同时入射至光电探测器(7)的光接收面上，若光电探测器(7)探测到干涉条纹，则电线中的电流出现异常传输；若光电探测器(7)未探测到干涉条纹，则电线中的电流正常传输。
2.根据权利要求1所述的基于BSO晶体的差流检测方法，其特征在于步骤二还包括将 第一 BSO旋光晶体(3)出射的光束和第二 BSO旋光晶体(4)出射的光束衰减的步骤，所述 两束光的衰减倍数相同，衰减后的两束光同时入射至光电探测器(7)的光接收面上。
3.根据权利要求1所述的基于BSO晶体的差流检测方法，其特征在于第一偏振光束 (1-1)的偏振方向垂直于光束的传播方向，第二偏振光束(2-1)的偏振方向平行于光束的 传播方向。
4.实现权利要求1所述的基于BSO晶体的差流检测方法的装置，其特征在于它包括第 一光源(1)、分束转换器(13)、第一 BSO旋光晶体(3)、第二 BSO旋光晶体(4)、第一半透半 反镜(5)、第一全反镜(6)和光电探测器(7)，所述第一光源(1)发出的光束入射至分束转 换器(13)，经过分束转换器(13)的光被分成相同频率、相同强度和偏振方向正交的第一偏 振光束(1-1)和第二偏振光束(2-1)，所述第一偏振光束(1-1)垂直入射至第一BSO旋光晶 体(3)光接收表面的中心位置，所述第一 BSO旋光晶体(3)的透射光入射至第一半透半反 镜(5)透射面的中心位置，然后经该第一半透半反镜(5)透射的光束垂直入射至光电探测 器(7)的光接收面；所述第二偏振光束(2-1)垂直入射第二 BSO旋光晶体(4)光接收表面的中心位置，所 述第二 BSO旋光晶体(4)的透射光入射至第一全反镜(6)的中心位置，经过该第一全反镜 (6)反射的光束入射至第一半透半反镜(5)反射面的中心位置，由该第一半透半反镜(5)反 射的光束垂直入射至光电探测器(7)的光接收面。
5.根据权利要求4所述的基于BSO晶体的差流检测装置，其特征在于分束转换器(13) 由半波片(8)、第二半透半反镜(9)和第二全反镜(10)组成，第一光源(1)发出的光束入射 至第二半透半反镜(9)的中心位置后被分成强度相等的透射光束和反射光束，所述反射光 束入射至第二全反镜(10)中心位置，经由该第二全反镜(10)的反射光束为第一偏振光束 (1-1)，所述透射光束经过半波片(8)后的光束为第二偏振光束(2-1)。
6.根据权利要求4所述的基于BSO晶体的差流检测装置，其特征在于它还包括第二光 源(2)，所述第二光源(2)发出的光束入射至分束转换器(13)。
7.根据权利要求6所述的基于BSO晶体的差流检测装置，其特征在于分束转换器(13) 为半波片(8)，所述第一光源(1)与第二光源(2)分别发出相同频率、相同强度和相同偏振 态的两束光束，第一光源(1)发出的光束为第一偏振光束(1-1)，第二光源(2)发出的光束经过半波片(8)后，偏振方向改变90°，形成与第一偏振光束(1-1)偏振方向正交的第二偏 振光束(2-1)。
8.根据权利要求6所述的基于BSO晶体的差流检测装置，其特征在于分束转换器(13) 为两根保偏光纤(Q)，第一光源(1)发出的光束为第一偏振光束(1-1)，第二光源(2)发出 的光束为第二偏振光束(2-1)，所述第一偏振光束(1-1)和第二偏振光束(2-1)分别在两根 保偏光纤(Q)中传输。
9.根据权利要求4、5、6、7或8所述的基于BSO晶体的差流检测装置，其特征在于第一 BSO旋光晶体(3)和第二 BSO旋光晶体(4)均是由一块左旋光BSO晶体(L)和一块右旋光 BSO晶体(R)堆叠在一起组成的BSO旋光晶体。
10.根据权利要求4所述的基于BSO晶体的全光纤差流检测方法，其特征在于第一偏振 光束(1-1)的偏振方向垂直于光束的传播方向，第二偏振光束(2-1)的偏振方向平行于光 束的传播方向。
全文摘要
基于BSO晶体的差流检测方法及实现此方法的装置，涉及一种差流测量方法和装置。解决了现有的电流传输异常检测的光学探测仪器存在光在传播过程中受电磁干扰、测量准确率低、成本高的问题，所述方法具体如下一、第一偏振光束和第二偏振光束分别垂直入射至第一BSO旋光晶体和第二BSO旋光晶体上；二、出射的光束同时入射至光电探测器上，由光电探测器上是否出现干涉条纹判断电流是否出现异常传输。所述装置，第一光源和第二光源发出的光束分别垂直入射至第一BSO旋光晶体和第二BSO旋光晶体的中心位置，出射光传输至光电探测器的光敏面。本发明适用于电流传输异常检测领域。
文档编号G01R19/00GK101975882SQ201010283298
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者于文斌, 吴磊, 张国庆, 申岩, 路忠峰, 郭志忠 申请人:哈尔滨工业大学
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