基于FLRD技术的强抗干扰全光纤电流传感器研究

All-fiber current sensor (AFCS) has the enormous potentiality for replacing the traditional electromagnetic current transformer. This project focuses on the main disadvantages of AFCS including environmental sensitivity and weak anti-interference capability, and tries to introduce the fiber-loop ringdown (FLRD) technology into the AFCS in order to establish a new fiber current sensing mechanism based on ringdown time. This fiber current sensing mechanism based on ringdown time can reduce the influence of device noise on AFCS performance. In this project, an ringdwon AFCS with strong anti-interference ability will be developed and the optimization method also will be explored to improve the AFCS. Furthermore, a multi-channels AFCS, which can detect currents at different points, will be designed based on the ringdown AFCS. The project aims to break through the bottleneck of AFCS application and realize the great improvement in AFCS anti-interference ability. The project will benefit the development of the AFCS industry chain.

全光纤电流传感器（AFCS）具有取代传统电流互感器的巨大发展潜力。本项目针对AFCS对环境变化敏感，抗干扰能力差的问题开展研究工作，致力于将光纤环形衰荡（FLRD）技术引入AFCS，发展一种利用衰荡时间长度来测量电流强度的新型光纤电流传感方法，降低器件噪声对AFCS性能的影响，研发一种具有强抗干扰能力的衰荡型AFCS，探索这种AFCS的优化手段，并在此基础上设计可测量多路电流的多通道AFCS。本项目旨在突破AFCS实用化瓶颈，实现AFCS系统抗干扰能力的全面提升，对我国AFCS产业的成形发展具有现实意义。

本项目针对全光纤电流传感器(AFCS)对环境变化敏感，抗干扰能力差的问题开展研究工作，致力于将光纤环形衰荡（FLRD）技术引入AFCS设计中，建立一种利用衰荡时间长度来测量电流强度的新型光纤电流传感机制，降低器件噪声对AFCS性能的影响，研发一种具有强抗干扰能力的衰荡型AFCS，探索这种AFCS的优化手段，并在此基础上设计可测量多路电流的多通道AFCS。.项目执行期内，课题组按计划已完成：1）结合光纤环形腔衰荡技术，设计了一种循环式可利用衰荡时间来测量电流强度的全光纤电流传感器；2）在基于光纤环形腔衰荡的光纤电流传感方法基础上，结合单偏振单模（SPSM）器件和反射光路，从整体上提高AFCS系统抗干扰能力，实验结果表明该结构可以降低温度敏感性17dB，降低振动敏感性20dB；3）利用FLRD可时分复用(TDM)的特性，实现可测量多路电流的多通道AFCS，建立多路传感信号合并检测的方法。项目研究成果包括已发表论文7篇（皆标注基金项目号，其中3篇发表于SCI二区期刊，SCI三区期刊1篇，EI期刊论文1篇，CSCD期刊论文1篇，SPIE国际会议论文1篇），申请中国发明专利1项（审查中），联合培养光学专业博士研究生一名（已毕业）。综上，对照申请书，本项目已经全面完成申请书中提到的预期成果。.在完成计划研究内容的基础上，本项目还进行了一定的扩展，主要包含两个方面：1）针对光纤电流传感器使用的普通单模光纤(SSMF)作为传感光纤进行理论分析，提出一种去耦合假设用于分析偏振光信号在传输过程中的退偏效应；2）与美国匹兹堡大学和美国Corning公司合作研究采用光纤3D打印机打印AFCS的传感光纤环，该研究是世界首次将光纤3D打印技术应用于AFCS。这些拓展的工作将为本项目后续进一步研究奠定基础。