一種基于虛擬儀器的光纖電流感測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2.2光纖電流感測(cè)光路系統(tǒng)

圖2 光纖電流感測(cè)光路系統(tǒng)

　　光纖電流感測(cè)光路如圖2所示，由激光接上光隔離器、光消偏振器、光循環(huán)器、光偏振器、四分之一波長(zhǎng)板、法拉第旋轉(zhuǎn)器、感測(cè)頭、法拉第反射鏡組合而成。在激光輸出端，通常都會(huì)接上一個(gè)光隔離器，光隔離器是只允許光波單方向傳輸組件，常使用在光源后面，其功能是避免反射的光波回到激光的共振腔，而影響激光的正常操，甚至燒毀激光。激光輸出的光既不是純粹偏振光，也不是非偏振光，而是有殘余部分偏振狀態(tài)偏振光。由于這樣的偏振光偏振方向并不固定，因此直接通過(guò)光偏振器產(chǎn)生的線性偏振光能量也會(huì)隨著通過(guò)之偏振光與光偏振器之夾角而變化。為了要避免這種光能量因偏振光與光偏振器之角度變化產(chǎn)生光功率變化的情況，在系統(tǒng)中使用消光偏振器來(lái)消除激光的偏振狀態(tài)，從而產(chǎn)生一個(gè)無(wú)偏振狀態(tài)的光源，對(duì)于各個(gè)方向都含有相同的能量，在經(jīng)過(guò)光路后光偏振器而產(chǎn)生穩(wěn)定之偏振光，從而使系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度噪聲降低。光循環(huán)器是利用法拉第原理，使得光在光纖路徑上不會(huì)相互的耦合，具有單向傳輸?shù)奶匦?，并且具有隔離器的功能。系統(tǒng)中的光偏振器的作用是產(chǎn)生線性偏振光，并且產(chǎn)生四十五度角分光，使兩道光在X方向與Y方向中行進(jìn)，并且在偏振保持光纖中X方向與Y方向具有相同光能量;而四分之一波長(zhǎng)板是將線性偏振光轉(zhuǎn)換成左旋圓偏振光與右旋偏振化光。對(duì)電流的感應(yīng)是在光纖感測(cè)頭部分，此系統(tǒng)中的感測(cè)頭為將光纖以相同距離纏繞電流上，這是希望光纖上每一點(diǎn)都對(duì)磁場(chǎng)有相同的相位變化，而且每一點(diǎn)所產(chǎn)生的彎曲損耗也都相同。最后使用法拉第反射鏡，將光予以反射，法拉第反射鏡可以將光旋轉(zhuǎn)九十度，從而對(duì)于在不同路徑上行走的光，旋轉(zhuǎn)九十度而達(dá)到交換路徑，而達(dá)到補(bǔ)償溫度或是振動(dòng)造成的光纖折射率之緩慢變化。

　　光經(jīng)過(guò)光隔離器，光解偏振器，光循環(huán)器，光偏振器，四分之一波長(zhǎng)板，感測(cè)頭，法拉第反射鏡之后在反向經(jīng)過(guò)光纖電流感測(cè)頭，四分之一波長(zhǎng)板，光偏振器，完成一個(gè)回路;在光偏振器的地方產(chǎn)生干涉，由光電轉(zhuǎn)換電路將干涉光轉(zhuǎn)成電信號(hào)之后，在進(jìn)行信號(hào)分析。

　　3. 光纖電流感測(cè)虛擬軟件系統(tǒng)

　　本光纖電流感測(cè)系統(tǒng)的虛擬軟件采用NI公司的LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用圖形化語(yǔ)言，根據(jù)需要編寫(xiě)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序使其于計(jì)算機(jī)通信，然后將相關(guān)的圖形或圖標(biāo)進(jìn)行連接，選擇合理的方法及參數(shù)就可以構(gòu)成一種新的虛擬儀器。軟件系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單方便。LabVIEW是一種基于圖形編程語(yǔ)言（G語(yǔ)言）的開(kāi)發(fā)環(huán)境。它與C、Pascal、Basic等傳統(tǒng)編程語(yǔ)言有著諸多相似之處如，相似的數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試工具，以及層次化、模塊化的編程特點(diǎn)等。但二者最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語(yǔ)言用文本語(yǔ)言編程;而LabVIEW使用圖形語(yǔ)言（即，各種圖標(biāo)、圖形符號(hào)、連線等）以框圖的形式編寫(xiě)程序。用LabVIEW編程無(wú)需具備太多編程經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW使用的都是測(cè)試工程師們熟悉的術(shù)語(yǔ)和圖標(biāo)，如各種旋鈕、開(kāi)關(guān)、波形圖等，界面非常直觀形象，因此LabVIEW對(duì)于沒(méi)有豐富編程經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試工程師們來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)極好的選擇。

　　3.1虛擬軟件系統(tǒng)功能

　　本虛擬軟件將有關(guān)測(cè)試功能集成在一個(gè)面板上，這里著重介紹LabVIEW的框圖程序設(shè)計(jì)。框圖程序是虛擬儀器的核心部分，虛擬示波器儀器主要由它來(lái)完成數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示。本系統(tǒng)框圖程序主要包括數(shù)據(jù)采集、波形顯示、參數(shù)測(cè)量、頻譜分析和波形存儲(chǔ)及回放等5大功能模塊，如圖3示。

　　圖3 光纖電流虛擬軟件測(cè)量系統(tǒng)