一种基于矢量光场腔增强效应的电流传感装置的制作方法

1.本发明属于光学技术领域，具体来说是一种基于矢量光场腔增强效应的电流传感装置。
2.

背景技术：

3.电磁学上把单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称电流，电流符号为 i，单位是安培（用字母a表示），在导体中的自由电荷在电场的作用下做有规则的定向运动就可以形成了电流。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、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。
4.在先技术中，存在多种电流传感装置，依据测量原理不同，主要可分为：分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等。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；电子式电流互感器没有铁磁饱和，传输频带宽，二次负荷容量小；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，尽管在先技术具有一定的优特，但是，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：

5.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装置存在抗干扰能力差、灵敏度低的问题。
6.技术方案为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：本发明的一种基于矢量光场腔增强效应的电流传感装置，包括激光光源和依次设置于所述激光光源出射光束路径的光场调节器、偏振分光镜、光束整形器和高精细度腔，所述高精细度腔中心区域设有碱金属原子气室，所述碱金属原子气室设置于检测电流产生的磁场区域内，所述高精细度腔的球面朝向激光光源出射光束，所述高精细度腔设有两个球
面光束出射端，两个所述球面光束出射端分别设有两个光束偏振分析传感器用于接收高精细度腔的出射光束，两个所述光束偏振分析传感器均通讯连接有同一信息处理单元。
7.优选的，两个所述球面光束出射端分别为球面光束出射端一和球面光束出射端二，两个所述光束偏振分析传感器分别为光束偏振分析传感器一和光束偏振分析传感器二，所述球面光束出射端一的出射光束被光束偏振分析传感器一接收，所述球面光束出射端二的出射光束依次经过光束整形器和偏振分光镜后被光束偏振分析传感器二接收。
8.优选的，所述激光光源采用线偏振激光光源、圆偏振光源、径向偏振光源、方位角偏振光源的一种。
9.优选的，所述光场调节器采用基于液晶的偏振空间光调制器、微纳结构偏振器件、微镜阵列偏振器件的一种。
10.优选的，所述偏振分光镜采用偏振分光棱镜、偏振分光棱镜平面镜的一种。
11.优选的，所述光束整形器采用透射式光束整形器、反射式光束整形器的一种。
12.优选的，所述碱金属原子气室中采用铷原子、铯原子的一种。
13.优选的，所述光束偏振分析传感器一和光束偏振分析传感器二均采用偏振选择器和光电探测器集成的光束偏振分析传感装置。
14.优选的，所述信息处理单元采用电脑、单片机的一种。
15.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：本发明的一种基于矢量光场腔增强效应的电流传感装置，包括激光光源和依次设置于激光光源出射光束路径的光场调节器、偏振分光镜、光束整形器和高精细度腔，高精细度腔中心区域设有碱金属原子气室，碱金属原子气室设置于检测电流产生的磁场区域内，高精细度腔的球面朝向激光光源出射光束，高精细度腔设有两个球面光束出射端，两个球面光束出射端分别设有两个光束偏振分析传感器用于接收高精细度腔的出射光束，两个光束偏振分析传感器均通讯连接有同一信息处理单元。信息处理单元通过分析信息光场的偏振特性，得到碱金属原子气室所处空间的磁场信息，通过电流磁效应得到被检测电流的大小。将电流磁效应和全光法弱磁检测技术相结合，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，本质决定本发明装置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
16.图1为本发明的一种基于矢量光场腔增强效应的电流传感装置的结构示意图。
17.示意图中的标号说明：1、检测电流；2、碱金属原子气室；3、碱金属原子气室；4、光束整形器；5、偏振分光镜；6、光场调节器；7、激光光源；8、光束偏振分析传感器一；9、光束偏振分析传感器二；10、信息处理单元。
具体实施方式
18.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。
19.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。
20.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。
21.实施例1参照附图1，本实施例的一种基于矢量光场腔增强效应的电流传感装置，包括激光光源7和依次设置于所述激光光源7出射光束路径的光场调节器6、偏振分光镜5、光束整形器4和高精细度腔3，所述高精细度腔3中心区域设有碱金属原子气室2，所述碱金属原子气室2设置于检测电流1产生的磁场区域内，所述高精细度腔3的球面朝向激光光源7出射光束，所述高精细度腔3设有两个球面光束出射端，两个所述球面光束出射端分别设有两个光束偏振分析传感器用于接收高精细度腔3的出射光束，两个所述光束偏振分析传感器均通讯连接有同一信息处理单元10。信息处理单元10通过分析信息光场的偏振特性，得到碱金属原子气室2所处空间的磁场信息，通过电流磁效应得到被检测电流1的大小。
22.本实施例将电流磁效应和全光法弱磁检测技术相结合，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，本质决定本发明装置具有很好的抗电磁干扰特性，不容易受到外界电磁影响；利用光场矢量特性和腔增强原理，光场在高精细度腔中传播，增加了有效作用次数，本质上是检测信号的级联增强行为，同时，由于激光束经过光场调节器6产生矢量光场，已经经过偏振分光镜5和光束整形器4，入射高精细度腔3中，光场的矢量特性进一步提高了检测灵敏度，所以，本发明装置具有传感灵敏度高等本质特点；高精细度腔内3设置有一个碱金属原子气室2，碱金属原子气室2位于被检测电流1产生的磁场区域；信息处理单元10通过分析信息光场的偏振特性，得到磁场信息，通过电流磁效应得到，被检测电流参数，本发明包括全光法弱磁感知技术，将光学检测特点引入到电流检测，本装置具有易于安装、灵活性好、响应范围大的特点。
23.所述球面光束出射端分别为球面光束出射端一和球面光束出射端二，两个所述光束偏振分析传感器分别为光束偏振分析传感器一8和光束偏振分析传感器二9，所述球面光束出射端一的出射光束被光束偏振分析传感器一8接收，所述球面光束出射端二的出射光束依次经过光束整形器4和偏振分光镜5后被光束偏振分析传感器二9接收，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部分进行弱磁信息提取，信息光场分别通过高精细度腔3两个光束出射后，被光束偏振分析传感器一8和光束偏振分析传感器二9接收，本发明关键部件工作采用光学原理，装置一致性好、使用便利。
24.激光光源7采用线偏振激光光源、圆偏振光源、径向偏振光源、方位角偏振光源的一种。
25.光场调节器6采用基于液晶的偏振空间光调制器、微纳结构偏振器件、微镜阵列偏
振器件的一种。
26.偏振分光镜5采用偏振分光棱镜、偏振分光棱镜平面镜的一种。
27.光束整形器4采用透射式光束整形器、反射式光束整形器的一种。
28.碱金属原子气室3中采用铷原子、铯原子的一种。
29.光束偏振分析传感器一8和光束偏振分析传感器二9均采用偏振选择器和光电探测器集成的光束偏振分析传感装置。
30.信息处理单元10采用电脑、单片机的一种。
31.工作过程为：激光光源7出射光束的路上依次经过光场调节器6、偏振分光镜5、光束整形器4、高精细度腔3，激光光源7出射光束经过光场调节器6调节后成为矢量光束，矢量光束在高精细度腔3进行腔内回返传播。高精细度腔3球面光束出射端，一路按照入射光束方向返回传播，依次经过光束整形器4、偏振分光镜5、被光束偏振分析传感器二9接收，另一路出射光束被光束偏振分析传感器8一接收，第一光束偏振分析传感器8一和第二光束偏振分析传感器二9均与信息处理单元10相连接，信息处理单元10通过分析信息光场的偏振特性，得到碱金属原子气室2所处空间的磁场信息，通过电流磁效应得到被检测电流的大小。
32.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。