一种矢量光场行波增强的电流传感器的制作方法

1.本发明属于电流检测设备技术领域，具体来说是一种矢量光场行波增强的电流传感器。


背景技术：

2.电流强度是单位时间里通过导体任一横截面的电量，简称电流，电流符号为 i，单位是安培，用字母a表示。电流传感器是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，电流传感广泛存在于电力传输、数字化、自动化、物联网、供电系统、变压站、防雷、电气工程、电子技术等领域中，并且发挥重要的作用。
3.在先技术中，存在多种电流传感装置，包括：分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等。其中，电子式电流互感器包括霍尔电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器、变频功率传感器等。参见美国专利“hall effect current sensor”，专利号：us10,823,764 b2,专利授权时间：2020年11月3日，专利申请人是美国te connectivity公司，在先技术尽管具有一定的优特，仍然存在一些本质不足：1）基于电磁场传播特性进行电流检测，本质上在抗电磁干扰特性上存在不足，容易受到外界电磁影响；2）当电流垂直于外磁场通过时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，利用电势差进行电流感知，检测灵敏度存在本质限制，无法实现高灵敏度电流传感；3）在现技术使用过程中，需要与被检测电流导体进行一定的空间放置要求，甚至需要传感装置套在电流导线上，严重限定了电流传感的适用范围，使用灵活性收到显著影响；4）由于主体感知机理基于电磁场转换，电磁场与电子参数之间的转换，传感系统时间动态响应范围较小，检测区间也存在一定受限范围。


技术实现要素：

4.1.发明要解决的技术问题本发明的目的在于解决现有的电流传感器抗干扰性低，传感灵敏度差的问题。
5.2.技术方案为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：本发明的一种矢量光场行波增强的电流传感器，包括激光光源和依次设置于激光光源发射路径上的偏振空间光调制器和等腰三角形空腔，所述等腰三角形空腔设有两个出射光场，两个所述出射光场分别设有第一光场矢量分析部件和第二光场矢量分析部件，所述等腰三角形空腔设置于被测电流产生磁场的空间内。
6.优选的，所述等腰三角形空腔包括第一高反射率腰面、底面和第二高反射率腰面，所述第一高反射率腰面、底面和第二高反射率腰面均为高发射率面。
7.优选的，所述激光光源发射光束经过偏振空间光调制器形成具有空间分布的矢量光场，所述矢量光场从第一高反射率腰面入射，分别在第二高反射率腰面反射和底面发生
反射，形成第一部分出射光场和第二部分出射光场。
8.优选的，所述激光光源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体激光器中的一种。
9.优选的，所述第一光场矢量分析部件和第二光场矢量分析部件均为光束分析器、偏振分光镜和光电传感器构成的偏振检测模块中的一种。
10.优选的，所述等腰三角形空腔内设有原子蒸汽，所述原子蒸气采用铷原子、铯原子中的一种。
11.3.有益效果采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明的一种矢量光场行波增强的电流传感器，包括激光光源和依次设置于激光光源发射路径上的偏振空间光调制器和等腰三角形空腔，等腰三角形空腔设有两个出射光场，两个出射光场分别设有第一光场矢量分析部件和第二光场矢量分析部件，等腰三角形空腔设置于被测电流产生磁场的空间内，第一光场矢量分析部件和第二光场矢量分析部件基于全光弱磁检测原理，通过分析得到碱金属原子气室所处空间的磁场信息，通过电流磁效应对应关系，得到被检测电流信息。将电流磁效应和全光法弱磁检测技术相结合，发挥矢量光场行波特性和光场腔增强原理，提高电流传感性能，通过光学方法检测电流磁效应，进而得到电流信息，光场不能存在电磁干扰行为，使得本实施例的传感器具有很好的抗电磁干扰特性，不容易受到外界电磁影响。
附图说明
12.图1为本发明的一种矢量光场行波增强的电流传感器的结构示意图。
13.示意图中的标号说明：1、激光光源；2、偏振空间光调制器；3、等腰三角形空腔；301、第一高反射率腰面；302、底面；303、第二高反射率腰面；4、第一光场矢量分析部件；5、第二光场矢量分析部件；6、被检测电流。
具体实施方式
14.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
15.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
16.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
17.实施例1
参照附图1，本实施例的一种矢量光场行波增强的电流传感器，包括激光光源1和依次设置于激光光源1发射路径上的偏振空间光调制器2和等腰三角形空腔3，所述等腰三角形空腔3设有两个出射光场，两个所述出射光场分别设有第一光场矢量分析部件4和第二光场矢量分析部件5，所述等腰三角形空腔3设置于被测电流6产生磁场的空间内，第一光场矢量分析部件4和第二光场矢量分析部件5基于全光弱磁检测原理，通过分析得到碱金属原子气室所处空间的磁场信息，通过电流磁效应对应关系，得到被检测电流6信息。将电流磁效应和全光法弱磁检测技术相结合，发挥矢量光场行波特性和光场腔增强原理，提高电流传感性能，通过光学方法检测电流磁效应，进而得到电流信息，光场不能存在电磁干扰行为，使得本实施例的传感器具有很好的抗电磁干扰特性，不容易受到外界电磁影响。
18.本实施例的等腰三角形空腔3包括第一高反射率腰面301、底面302和第二高反射率腰面303，所述第一高反射率腰面301、底面302和第二高反射率腰面303均为高发射率面。激光光源1发射光束经过偏振空间光调制器2形成具有空间分布的矢量光场，所述矢量光场从第一高反射率腰面301入射，分别在第二高反射率腰面303反射和底面302发生反射，形成第一部分出射光场和第二部分出射光场。激光光源1发射光束经过偏振空间光调制器2形成具有空间分布的矢量光场，矢量光场入射由单一光学元件等腰三角形空腔3构成的环形高精细度腔，等腰三角形空腔3内部设置有原子蒸气，本质上是检测信号的级联增强行为，具有传感灵敏度高等本质特点。且两个等腰面和底面均为高反射率面，矢量光场从第一高反射率腰面301入射，在第二高反射率腰面303反射，存在第一部分出射光场，在底面302发生反射，形成第二部分出射光场，矢量光场在等腰三角形空腔3内形成矢量光场行波；矢量光场的泵浦光部分进行原子极化，矢量光场的泵浦光部分进行弱磁信息提取，所用关键部件工作采用光学原理，装置一致性好、使用便利。
19.具体的，本实施例的激光光源1为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体激光器中的一种。
20.具体的，本实施例的第一光场矢量分析部件4和第二光场矢量分析部件5均为光束分析器、偏振分光镜和光电传感器构成的偏振检测模块中的一种。
21.具体的，本实施例的等腰三角形空腔3内设有原子蒸汽，所述原子蒸气采用铷原子、铯原子中的一种。
22.本实施例设备的工作过程为：激光光源1发射出的光束经过偏振空间光调制器2形成具有空间分布的矢量光场，矢量光场入射由单一光学元件等腰三角形空腔3构成的环形高精细度腔，等腰三角形空腔3内部设置有原子蒸气，等腰三角形空腔设置在被测电流6产生磁场的空间内；矢量光场从第一高反射率腰面301入射，在第二高反射率腰面303反射，存在第一部分出射光场，在底面302发生反射，形成第二部分出射光场，矢量光场在等腰三角形空腔内形成矢量光场行波；第一部分出射光场和第二部分出射光场的光路上分别设置第一光场矢量分析部件4和第二光场矢量分析部件5，第一光场矢量分析部件4和第二光场矢量分析部件5基于全光弱磁检测原理，通过分析得到得到碱金属原子气室所处空间的磁场信息，通过电流磁效应对应关系，得到被检测电流6信息。
23.以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保
护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。