用於光纖傳感器的自適應濾波器的製作方法

2023-06-11 03:52:31

專利名稱：用於光纖傳感器的自適應濾波器的製作方法
用於光纖傳感器的自適應濾波器 相關申請 本申請涉及2007年5月4日提交的、題為"Adaptive Filters for FiberOptic Sensors (用於光纖傳感器的自適應濾波器)"的第60/927， 609號美國專利申請，並要求該
申請的優先權，該申請的公開內容在此通過引用併入。
背景 本發明涉及光纖電流和電壓傳感器，且更特別地，涉及在這種傳感器中使用的自 適應濾波器。 發電行業所使用的電力系統的一個重要方面是測量高壓輸電線路上承載的功率
的能力。在電壓被逐步降低用於配電之前，通常已在系統的高壓側上執行了功率測量。然
而，越來越需要遍及配電系統的更加頻繁和更加準確的功率測量(例如，電壓和電流測
量)。 一些與進行這種功率測量關聯的最近的創新涉及到使用光纖傳感器。 例如，光纖電流傳感器基於法拉第效應工作。導線中流動的電流引起磁場，所述磁
場通過法拉第效應旋轉在圍繞載流導線纏繞的光纖中傳播的光的偏振面。法拉第定律可表
示為 I = # HdL (1) 其中I為電流，H為磁場，且對繞電流的閉路取積分。如果感測光纖圍繞載流導線 纏繞整數圈，且感測光纖中的每一點具有對磁場恆定的靈敏度，則光纖中光的偏振面的旋 轉依賴於導線中正承載的電流，並對所有外部產生的磁場，例如由附近導線內承載的電流 引起的磁場，不靈敏。在存在磁場時，光的偏振面旋轉通過的角度A①給出為
A①=V / HdL (2) 其中V是玻璃纖維的維爾德(Verdet)常數。 在該路逕自身閉合的情況下，感測光纖沿其路徑對磁場進行線積分，其正比於導 線中的電流。因此，AO 二VNI，其中N是感測光纖圍繞載流導線纏繞的圈數。由於電流的 存在引起的光的偏振態的旋轉可通過以下方式來測量將具有明確定義的線偏振態的光注 入感測區域，然後在光退出感測區域後分析光的偏振態。可選地，AO表示在感測光纖中 傳播的圓偏振光波遇到的過量相移。 此技術與如在1997年7月1日發布的、發明人為James N. Blake的題為"Fiber Optic Interferometric Circuit and Magnetic Field Sensor (光纖幹涉計量電路禾口石茲 場傳感器)"的第5，644，397號美國專利中公開的同軸(in-line)光纖電流傳感器相關，該 專利在此通過引用併入。光纖傳感器還公開在1997年12月9日發布的、發明人為James N. Blake的題為"FiberOptics Apparatus and Method for Accurate Current Sensing(用 於精確電流感應的光纖裝置和方法)"的第5， 696， 858號美國專利以及James N. Blake的 題為"Fiber Optic Current Sensor (光纖電流傳感器)"的第6， 188， 811號美國專利中， 上述專利的公開內容在此通過弓I用併入。 這些類型的光纖電流傳感器具有，例如，它們在很寬動態範圍上操作的優點。這使 單個的光學電流傳感器可能既操作為保護裝置又操作為測量裝置。在某些電力線中的應用要求測量高達170kA的電流以及以幾個百分比內的精度處理瞬變電流的能力，而同時又能 夠在百分之幾十的精度內測量1A的電流水平。其他的應用要求對均方根電流寬動態範圍 的測量。除用於電力品質確定的基頻工頻(fundamental power frequency)電流外，仍有 其他的應用要求精確地測量寬範圍的電流諧波。 在所有這些示例性應用中，光纖電流傳感器依賴其內在的線性和寬帶寬操作，以 確切地捕獲真實的電流值。然而，光纖電流傳感器還在感測的電流上增加白噪聲。此噪聲 可以是電子噪聲，但還包含與光學感測機構關聯的散粒噪聲的分量。噪聲的存在限制傳感 器的功能滿足前面提到的應用，特別是當真實的電流在動態範圍的低端時。某些情況下，接 收儀器中更複雜的信號處理可允許光纖傳感器的白噪聲被濾出，而因此實質上對應用無影 響。然而，因為接收儀器並未在考慮光纖傳感器的情況下進行設計，因此它們不總是濾出白 噪聲，而因此產生錯誤的測量。例如，如果噪聲相對於真實的電流是相當大的值，則若沒有 濾出噪聲，均方根電流計算可能嚴重錯誤。 —種解決此噪聲問題的途徑是謹慎地配置光纖感測圈數、以及光纖電流傳感器中 的傳感器帶寬，以對於應用優化信號、噪聲以及線性。然而，此方法使光纖電流傳感器可能 不能實現全部範圍的應用，且從成本的觀點來看也不是最適宜的，因為在被感測的電流很 小時，要求使用許多圈昂貴的感測光纖。另外，一旦傳感器投入使用，感測圈數就不能輕易 地改變，所以傳感器一旦被安裝就很難再被優化。 因此，期望提供光學電流(和電壓)傳感器以及感測方法來解決前述問題。

發明內容
根據本發明的系統和方法通過提供涉及光纖電流和電壓傳感器的，且更具體地， 涉及用在這種傳感器中的自適應濾波器的系統和方法，解決了對此以及其他的需要。
根據一個示例性實施方式，光纖電流傳感器包括光源；偏振分束器，其連接到所 述光源，具有可逆埠和不可逆埠 ；法拉第旋轉器，其連接到所述偏振分束器；第一 1/4 波片，其連接到所述法拉第旋轉器；保偏光纖，其連接到所述第一 1/4波片；第二 1/4波片， 其連接到所述保偏光纖；感測光纖，其連接到所述第二 1/4波片；檢測器，其經由所述不可 逆埠連接到所述偏振分束器，並具有輸出；以及自適應濾波器，其用於濾波所述輸出。
根據另一個示例性實施方式，一種裝置結合光纖電流或電壓傳感器使用，所述裝 置包括分束器，其用於分裂入射信號；梳狀濾波器；比較器，其用於比較原始信號與梳狀 濾波的信號，以及其中所述比較器確定權值；第一增益塊，其用於修改從頻率跟蹤梳狀濾波 器輸出的信號；第二增益塊，其用於修改原始信號；以及加法器，其用於由第一增益塊和第 二增益塊的輸出生成處理的信號。 根據另一個示例性實施方式，一種用於用自適應濾波器感測在大功率電壓線上的 電流或電壓的方法，包括在梳狀濾波器中濾波原始信號，其中所述梳狀濾波器輸出濾波的 信號；通過比較器比較所述原始信號與所述濾波的信號，並輸出加權因子；基於所述加權 因子，修改所述濾波的信號；基於所述加權因子，修改所述原始信號；以及求和所述修改的 濾波的信號與所述修改的原始信號，得到處理的信號。 根據另一個示例性實施方式，一種光纖電流傳感器包括源，其產生光；偏移元 件，其用於偏移所述光；保偏光纖，其連接到所述偏移元件；l/4波片，其連接到所述保偏光纖；感測光纖，其連接到所述1/4波片；反射器，其連接到所述感測光纖；耦合器，其連接到 所述光源並連接到檢測器，其中所述檢測器接收從所述反射器返回的光並產生與其關聯的 輸出；以及自適應濾波器，其用於濾波所述輸出。 根據另一個示例性實施方式，一種光學感測裝置，包括用於感測電流的光電流傳
感器和用於感測電壓的光電壓傳感器中的至少一個；以及頻率跟蹤梳狀濾波器，其用於濾
波用於感測電流的光電流傳感器和用於感測電壓的光電壓傳感器中的至少一個的輸出。 根據又一示例性實施方式，一種光學感測裝置，包括用於感測電流的光電流傳感
器和用於感測電壓的光電壓傳感器中的至少一個；以及自適應濾波器，其響應於所述輸出
大小的減小，降低用於感測電流的光電流傳感器和用於感測電壓的光電壓傳感器中的至少
一個的輸出的頻率響應。


附圖示出了本發明示例性實施方式，其中 圖1描示了根據示例性實施方式的包括自適應濾波器的光學電流傳感器；
圖2顯示了依據示例性實施方式的示例性自適應濾波器； 圖3(a)顯示了可用作根據示例性實施方式的自適應濾波器的一部分的梳狀濾波 器； 圖3 (b)示出了根據示例性實施方式的復位信號發生器； 圖4(a)示出了根據示例性實施方式的用於產生權值k的比較器； 圖4(b)為根據示例性實施方式的描示k作為總計值的函數的曲線圖；以及 圖5顯示了根據示例性實施方式用於感測高功率線路上的電流或電壓的方法流程圖。
具體實施例方式
本發明的以下詳細描述涉及附圖。不同附圖中相同的參考數字標識相同的或相似 的元件。另外，以下詳細描述不限制本發明。替代地，本發明的範圍由隨附的權利要求界定。
為了為此討論提供一些背景，公開的示例性光纖電流傳感器示為圖1並在下面描 述。然而應認識到，根據這些示例性實施方式的濾波裝置和技術不限於在此特定傳感器配 置中使用，且可用在其他光纖電流和電壓傳感器中。例如，這種濾波裝置和技術還能用在以 上通過引用併入的'397專利中描述的同軸光學電流傳感器中，或用在時分復用光學電壓 測量系統中，比如用在第7， 009， 378號美國專利中公開的系統中，該專利公開的內容也在 此特別通過引用併入。 圖1中，光源50(例如，超輻射發光二極體(SLED))發射具有隨機偏振態的光，所 述光耦合到單模(SM)光纖51中。光可選地由消偏器52消偏振，以使得從消偏器52輸出 的光的偏振態包含約二分之一的光具有第一線偏振態且剩餘的光具有與第一線偏振態正 交的第二線偏振態。 消偏振的光繼續傳播到偏振分束器(PBS)54，在偏振分束器處通過埠 55進入。 偏振分束器54操作以將消偏振的光分成其兩個正交偏振分量。 一個偏振分量(由箭頭A表 示)從PBS 54內的分裂接合處(splittingj皿ction)反射回來，並基本在裝置內散射(盡
7管一些光可能通過埠 55被反射回來)，而另一個偏振分量(由箭頭B表示)通過PBS的埠 57而被傳輸。因此，在前向傳播方向上(即，從源50到反射終點56) ，PBS54操作為偏振器，以使得具有單個線偏振態的光被傳送到法拉第旋轉器58。 入射在法拉第旋轉器58上的線偏振光可看成兩個基本相等的圓偏振分量波，例如，右旋圓(RHC)偏振分量波和左旋圓(LHC)偏振分量波。法拉第旋轉器58操作以在RHC分量波和LHC分量波之間無源地(passively)引入偏移，以便提高檢測器對流過導線59的電流量的靈敏度。在此示例性實施方式中，法拉第旋轉器58對RHC和LHC分量波之一引入+22. 5度的相移，並對RHC和LHC分量波中的另一個引入-22. 5度的相移。然後將偏移的光能量輸出到1/4波片(A/4)60，該波片操作為模式轉換器以將圓偏振光轉換成線偏振光。
隨後經由保偏(PM)光纖61將線偏振光傳送到另一個1/4波片62，該波片62操作為模式轉換器以將線偏振光轉回成圓偏振光。1/4波片60、PM光纖61和1/4波片62被提供為一種幫助保持光的偏振態(且更重要的是保持偏振分量間的相對相移)的機構，因為檢測器64操作以檢測此相移，根據此相移確定流過導體59的電流大小。依賴於根據這些示例性實施方式的光纖電流傳感器的特定實現，PM光纖61可具有約一米或兩米到幾百米之間的長度，在該長度上可保持分量的偏振態和相移信息。在此示例性實施方式中，使用線性偏振以在系統的此部分上傳送光，因為其對易於降級光的分量波的偏振態純度的磁效應和應力效應是較不敏感的。 圓偏振光從1/4波片62輸出後，進入環繞導線59的傳感光纖66，導線59的電流正被監測。在圓偏振態在整個傳感光纖66被很好保持時，檢測器64達到其最高的靈敏度。流過導體59的電流將根據A①=VNI在通過傳感光纖66的光的RHC和LHC偏振分量波之間引入附加的相移，累積為2VNI。然後光將到達反射終點56，例如，鏡子，光在反射終點處通過傳感光纖66被反射回到1/4波片62。在通過傳感光纖66反向傳播期間，光的RHC和LHC分量波將在其間獲得2VNI的第二相移，在兩次傳遞後總計4VNI。此第二相移將累積到第一相移(而不是抵消它)，因為在入射在反射終點後，RHC和LHC分量波的偏振方向反向，而在反向路徑上，光通過由電流在相反的方向上流過導體59產生的磁場。
對於通過PM光纖61的回程，光將由1/4波片62轉回成線偏振光，並再次由1/4波片60轉回成圓偏振光。光將再次被法拉第旋轉器58相移，以使得在RHC和LHC分量波之間引入的累積相移為90度加上4VNI。然後從法拉第旋轉器58輸出的光繼續進入PBS54。從法拉第旋轉器58輸出的光的一些部分(其量依賴於沿著前向和反向路徑引入的累積相移)將具有偏振，該偏振使其從法拉第旋轉器58的路徑軸線被反射、並通過PBS 54的埠 65向著檢測器64(如由圖1中箭頭C所表示的)直接輸出。剩餘的光將通過PBS 54的埠 55向著源50被傳輸回來(如由圖1中箭頭D所表示的)，並可按要求被隔離或轉出(dumped)。這種背景下，埠 65是PBS 54的"不可逆埠 (non-reciprocal port)"，因為由箭頭C表示的光通過其返迴路徑上與其沿著前向路徑進入PBS 54的埠 (埠55)不同的埠退出PBS 54。相反地，由箭頭D表示的返回光的部分通過可逆埠 55退出PBS 54。本發明的示例性實施方式檢測通過偏振分束器的不可逆埠返回的光的強度。
檢測器64產生強度數據，根據該強度數據，確定經由反向傳播路徑返回給檢測器的光的偏振分量波之間的相移。此相移將與通過導體59的電流相關，並因此可用於輸出與其關聯的電流測量結果。例如，檢測器64可連接到信號處理器68(例如，開環信號處理器)，
8用於基於從檢測器64接收的檢測到的強度來確定例如與檢測到的相移關聯的60Hz電流。
根據示例性實施方式，可通過從信號處理器68的輸出中去除噪聲影響，對信號處理器的輸出自適應地濾波，以更好地保持電流的波形的形狀。根據這些示例性實施方式使用自適應濾波器70，從而可依賴於檢測到的信號的大小在不同的時間採取不同的濾波方式，即，依賴信號的濾波方式。舉例來說，這允許使用第一類濾波來濾波小幅信號(例如，其在高壓電力線的正常操作期間產生)，以及使用第二種不同類的濾波來濾波較大幅的信號(例如，其在高壓電力線上的瞬變或尖峰期間產生)(或根本不濾波)。得到的被濾波的波形可輸出到與例如電力品質確定儀器(power quality determining instrument)、功率計或無功伏安計(var meter)關聯的顯示終端。現將參考圖2描述更詳細的示例性自適應濾波器。 根據此示例性實施方式，自適應濾波器200在真實電流相對小時從電流傳感器的輸出中去除非諧波的噪聲。 一般地，此示例性實施方式識別何時真實電流足夠小而使噪聲有可能成為問題，並在這種情況時實現頻率跟蹤梳狀濾波器202。梳狀濾波器202設成使大到某個預設極限(例如，第IOO次諧波)的所有工頻諧波通過，但是拒絕諧波之間的所有頻率分量。梳狀濾波器202還跟蹤檢測到的工頻以保證其沒有丟失真實的高次諧波。
更特別地，圖2顯示了根據示例性實施方式的自適應濾波器200的框圖。其中，原始信號，例如從信號處理器68接收的60Hz信號，被分到三個路徑中。在最上面的信號處理路徑中，頻率跟蹤梳狀濾波器202接收原始信號，並連續地輸出濾波的結果。參照圖3(a)和3(b)在下面更詳細地描述了示例性梳狀濾波器202的操作。 在圖2中顯示的中間的信號處理路徑是用於確定k的比較器204， k是自適應濾波器200用來對加法器208產生的最終輸出中的原始信號和梳狀濾波信號的相對貢獻(contribution)進行加權的值。可選地，在塊206使用帶通濾波器預濾波原始信號以從信號中去除噪聲。如將參照圖4(a)和4(b)而在下面更詳細地描述的，此示例性實施方式中的比較器204在確定k的值時既確定梳狀濾波的信號與(可能被預濾波的)原始信號(在大小上)的接近程度，又確定原始信號的大小。當原始信號的大小適當小、且當梳狀濾波的信號適當接近原始信號時，通過增益塊210在自適應濾波器200的最終輸出中，對梳狀濾波的信號的貢獻大程度(heavily)加權(即，k是相對小的)。這兩個條件使梳狀濾波器202不太可能濾波測量的電流中的瞬變，以及在不需抑制噪聲時不太可能不使用梳狀濾波器202。相反地，如將在下面更詳細地描述的，當不滿足這兩個條件中的任一個時，通過增益塊212大程度加權(即，k是相對大的)原始信號的貢獻。 圖3(a)顯示了根據示例性實施方式的頻率跟蹤梳狀濾波器202的框圖。梳狀濾波器202可通過使原始信號通過一組相繼開關的低通濾波器而實現。更特別地，原始信號與反饋信號在加法器302相加。然後此值在塊306乘以增益係數a，該增益係數確定梳狀濾波器202的時間常數。根據一個純示例性的實施方式，此時間常數可設成0. 5秒，然而應認識到，依賴於特定的實現也可使用其他時間常數，例如1/8秒到2秒範圍內的時間常數。然後在組304中在多個累加器中的一個累加器中累加結果值。例如，與工頻關聯的60Hz周期可分成256段，每一段都在組304中具有與其關聯的累加器。從塊306通過的值可被加到當前所選的累加器，例如，由在開關控制器312控制下的開關308選擇的累加器。該累加器的累加的值由也在開關控制器312控制下的開關310切斷(switched out)。因此累加器304的寄存器連同開關308和310操作為一系列的低通濾波器，其與正被測量的電流的基頻同步地在時間上有效地平均波形值。梳狀濾波器202的此同步化的方面由復位發生器314處理。 更特別地，通過與基頻分量同步地將開關308、310復位到濾波器組的開始，實現梳狀濾波(comb)。復位信號可通過原始信號的預濾波形式的過零點(zero crossing)而觸發，如圖3(b)中所示。其中，提供了預濾波器318，其將噪聲從原始信號中大量濾出，以產生與測量到的電流關聯的相對"乾淨的"正弦函數。然後在塊320將此正弦函數與在正被測量的電流的基頻(例如，60Hz)的正弦函數比較。邊緣檢測器322識別生成開關檢測器312的復位信號的過零點，以將其指針復位到累加器組304的開始。然後經由時鐘控制的命令，控制開關308和310將第一累加器接通和關斷並順序通過組。時鐘316為開關控制器312和復位信號發生器314計時。可應用附加的邏輯以便僅允許復位的頻率緩慢地變化，以增加頻率跟蹤功能對噪聲的抗擾度。 圖4(a)顯示了實現比較器204以確定如上所述用於在自適應濾波器200的輸出中平衡原始信號和梳狀濾波的信號的k的一種方法的框圖。在塊404，對原始信號和梳狀濾波的信號之差的大小(由加法器402產生)與原始信號的大小線性地求和，以確定k的水平。加法器404的輸入可分別在塊408和410通過因子G1和G2加權。如果原始信號是大的、或是十分不同於梳狀濾波的信號，例如，對於具有含有20圈感測光纖的傳感頭的單純示例性的電流傳感器來說大於50安培，則在塊406，k將被設成等於1且由自適應濾波器200輸出原始信號。另一方面，如果原始信號既小又接近梳狀濾波的信號，例如，對於同樣的單純示例性的電流傳感器來說小於15安培，則在塊406， k設成等於零且由自適應濾波器200輸出梳狀濾波的信號。 對於二者之間的情況，通過設置k等於0到1之間的值而輸出梳狀濾波的信號和原始信號的組合。圖4(b)中示出了這三種情況中的實例。其中，對於從加法器404輸出0和XI之間的值，k設成等於零。對在XI和X2之間的值，k的值在0到1間線性變化。應認識到，儘管期望當真實的電流從一種模式轉換到另一種模式時在從自適應濾波器202輸出原始信號和梳狀濾波的信號間有平穩的過渡以減少假信號(glitch)，但該過渡不必是線性的，即，可以使用非線性函數來生成值X1和X2之間的k。 G1、G2、X1和X2的值可憑經驗確定，並可根據特定的實現設置。根據一個單純說明性的實現，G1 = 1，G2 = 0. 5， XI = 15安培且X2 = 50安培，然而這些值是可以變化的。 這些示例性系統和方法的一個優點在於，當真實的電流很小時，傳感器的總噪聲帶寬大大降低了，而沒有滾降真實的諧波。例如，假定電流傳感器的帶寬通常設成6kHz。這跨越了基本的60Hz電力線頻率的IOO個諧波。然而，當電流很小時，選擇梳狀濾波器202來產生自適應濾波器200的輸出，其可能僅允許在每個工頻諧波(60， 120， 180，. . . 6000Hz)周圍1Hz。這反過來將噪聲等效帶寬從6kHz降低到了 100Hz，這將明顯的噪聲降低了 6000/100的平方根倍，或約1/8。(光纖電流傳感器中存在的均方根白噪聲一般成比例於帶寬的平方根)。這反過來允許根據示例性實施方式的光學電流傳感器有效地測量比沒有梳狀濾波器情況的電流小8倍的電流。應認識到，這些帶寬僅以舉例方式給出。藉助不同程度的濾波可獲得或多或少的噪聲降低，儘管增加濾波的缺點在於更大程度的濾波下不太好跟蹤小的瞬變。
10
上述示例性實施方式的許多變化和變換是能夠預期的。例如，法拉第旋轉器58和1/4波片60可用雙折射調製器和延遲線圈(delay coil)替換。然而，前面的組合具有無源裝置的優點，而因此不要求電力。光學元件54、58和60可封裝在一起作為單個單元，或可分離地實現。另外，屏蔽(shield)，例如，導線環，可鄰近法拉第旋轉器58放置，以屏蔽法拉第旋轉器免受可能很大的磁場，如果光纖電流傳感器的此部分靠近導體59布置的話。另外，PBS 54可用3dB的光學耦合器和偏振器替換。其他的變化也將是明顯的。本發明的示例性實施方式對於涉及與電力傳輸線關聯的以及在供電站中的電壓測量的應用是有用的，然而本發明並不限於此。 在圖5中顯示了使用根據示例性實施方式的上述示例性系統的一種用於感測大功率電壓上的電流或電壓的方法。首先，用於用自適應濾波器感測大功率電壓線上的電流或電壓的方法包括在步驟502，在梳狀濾波器中濾波原始信號，其中梳狀濾波器輸出濾波的信號；在步驟504，通過比較器比較原始信號與濾波的信號，並輸出加權因子；在步驟506，基於加權因子修改濾波的信號；在步驟508，基於加權因子修改原始信號；以及在步驟510，對修改的濾波的信號與修改的原始信號求和，得到處理的信號。 如上所提到的，與如上所述使用自適應濾波的光學電流傳感器關聯的本發明的示例性實施方式能夠，可選地使用雙折射調製器(例如，在上述通過引用而被併入的'397專利中描述的)替代圖1中所示的法拉第旋轉器58，以對光提供期望的偏移。在這種實施方式中，可省略1/4波片60，因雙折射調製器對線偏振光起作用。 根據上述示例性實施方式，自適應濾波器70輸出原始信號、梳狀濾波的信號或原
始信號和梳狀濾波的信號的加權組合之一。然而，根據其他的示例性實施方式，為作為處理
的信號的輸出提供第四個選項可能是有用的，特別是當原始的感測的電流非常低時，例如，
低於0. 5安培或低於1安培時。在這些情況下，對於某些示例性實施方式，可優選輸出零作
為處理的信號，或輸出預濾波的信號(即，圖2中塊206的輸出)作為處理的信號。另外，
應認識到，前述例子示出了頻率跟蹤梳狀濾波器結合光學電流傳感器及/或光學電壓傳感
器的使用。然而，其他類型的濾波器，例如，自適應帶通濾波器，也可替代使用，只要它們以
保存正被測量的電流或電壓的基頻工頻的響應的方式濾波檢測到的輸出即可。 上述示例性實施方式期望在各個方面對本發明都是說明性的，而非限制性的。因
此，本發明能夠有由本領域技術人員根據在此包含的描述得出對詳細實現的許多變化。認
為所有這樣的變化和修改都在由後面的權利要求界定的本發明的範圍和精神內。本申請的
描述中使用的元件、動作或指令都不應該解釋為關鍵的或對發明必不可少的，除非明確這
樣說明過。同樣地，如在此使用的，冠詞"a( —個)"旨在包括一個或更多的項目。
權利要求
一種光纖電流傳感器，包括光源；偏振分束器，其連接到所述光源，所述偏振分束器具有可逆埠和不可逆埠；法拉第旋轉器，其連接到所述偏振分束器；第一1/4波片，其連接到所述法拉第旋轉器；保偏光纖，其連接到所述第一1/4波片；第二1/4波片，其連接到所述保偏光纖；感測光纖，其連接到所述第二1/4波片；檢測器，其經由所述不可逆埠連接到所述偏振分束器，並具有輸出；以及自適應濾波器，其用於濾波所述輸出。
2. 如權利要求1所述的光纖電流傳感器，其中所述自適應濾波器包括梳狀濾波器。
3. 如權利要求2所述的光纖電流傳感器，其中所述梳狀濾波器是頻率跟蹤梳狀濾波器。
4. 如權利要求2所述的光纖電流傳感器，其中所述自適應濾波器加權所述梳狀濾波器 的輸出以產生加權的梳狀濾波器輸出，並組合所述加權的梳狀濾波器輸出與所述輸出的加 權形式以產生處理的信號。
5. 如權利要求4所述的光纖電流傳感器，其中由比較器產生權重，所述比較器比較所 述梳狀濾波器的所述輸出與所述輸出。
6. 如權利要求2所述的光纖電流傳感器，其中所述梳狀濾波器包括開關的累加器寄存器。
7. —種能夠結合光纖電流或電壓傳感器使用的自適應濾波器裝置，所述裝置包括梳狀濾波器，其用於接收原始信號並輸出梳狀濾波的信號；比較器，其用於比較所述原始信號與所述梳狀濾波的信號，以確定權值；第一增益塊，其用於基於所述權值來修改所述梳狀濾波的信號；第二增益塊，其用於基於所述權值來修改所述原始信號；以及 組合器，其用於由所述第一增益塊和所述第二增益塊的輸出來生成處理的信號。
8. 如權利要求7所述的裝置，還包括預濾波器，其用於在所述原始信號到達所述比較器之前，濾波所述原始信號。
9. 如權利要求7所述的裝置，其中所述梳狀濾波器是頻率跟蹤梳狀濾波器，所述裝置 還包括加法器，其用於通過求和原始信號和反饋信號而產生輸出； 增益乘法器塊，其用於將所述輸出與增益係數相乘；開關控制器，其控制一對開關，所述開關用於將值從累加器寄存器接通和關斷，其中所 述開關連同所述累加器寄存器操作為一系列的低通濾波器； 復位信號發生器；以及 時鐘。
10. 如權利要求7所述的裝置，其中所述裝置連接到電力品質確定儀器。
11. 如權利要求7所述的裝置，其中所述裝置連接到功率計或無功伏安計中的至少一個。
12. —種用於用自適應濾波器在大功率電壓線上濾波光學檢測的電流或電壓的方法， 包括以下步驟在梳狀濾波器中濾波原始信號，其中所述梳狀濾波器輸出濾波的信號； 通過比較器比較所述原始信號與所述濾波的信號，並輸出加權因子； 基於所述加權因子，修改所述濾波的信號； 基於所述加權因子，修改所述原始信號；以及組合修改的所述濾波的信號與修改的所述原始信號，得到處理的信號。
13. 如權利要求12所述的方法，還包括在比較所述原始信號與所述濾波的信號的步驟之前，預濾波所述原始信號。
14. 如權利要求12所述的方法，其中比較所述原始信號與所述濾波的信號的步驟還包括線性求和所述原始信號和所述濾波的信號之差的大小，以確定所述加權因子。
15. 如權利要求14所述的方法，其中如果所述原始信號或者特別大、或者顯著不同於 所述濾波的信號，則所述加權因子等於1。
16. 如權利要求14所述的方法，其中如果所述原始信號既小又在數值上與所述濾波的 信號接近，則所述加權因子等於0。
17. 如權利要求14所述的方法，其中所述加權因子等於0和1之間的值。
18. 如權利要求14所述的方法，其中在所述梳狀濾波器中濾波所述原始信號的步驟還 包括使所述原始信號通過一組相繼開關的低通濾波器。
19. 一種光纖電流傳感器，包括 源，其產生光；偏移元件，其用於偏移所述光； 保偏光纖，其連接到所述偏移元件； 1/4波片，其連接到所述保偏光纖； 感測光纖，其連接到所述1/4波片； 反射器，其連接到所述感測光纖；耦合器，其連接到所述光源並連接到檢測器，其中所述檢測器接收從所述反射器返回 的光並產生與其關聯的輸出；以及自適應濾波器，其用於濾波所述輸出。
20. 如權利要求19所述的光纖電流傳感器，其中所述偏移元件是法拉第旋轉器和雙摺 射調製器中的一個。
21. 如權利要求19所述的光纖電流傳感器，其中所述自適應濾波器是頻率跟蹤梳狀濾 波器。
22. —種光學感測裝置，包括用於感測電流的光電流傳感器和用於感測電壓的光電壓傳感器中的至少一個；以及 頻率跟蹤梳狀濾波器，其用於濾波所述用於感測電流的光電流傳感器和用於感測電壓 的光電壓傳感器中的至少一個的輸出。
23. —種光學感測裝置，包括用於感測電流的光電流傳感器和用於感測電壓的光電壓傳感器中的至少一個；以及 自適應濾波器，其響應於所述用於感測電流的光流傳感器和用於感測電壓的光電壓傳感器中的至少一個的輸出的大小的減小，降低所述輸出的頻率響應。
24.如權利要求23所述的光學感測裝置，其中所述自適應濾波器以保存正被測量的所述電流或電壓的基頻工頻的響應的方式，濾波所述輸出。
全文摘要
根據這些示例性實施方式的系統和方法提供了涉及光學電流和電壓傳感器的方法和系統，且更具體地，提供了涉及用在這種傳感器中的濾波器的方法和系統。
文檔編號G01R19/00GK101784903SQ200880014726
公開日2010年7月21日 申請日期2008年5月2日 優先權日2007年5月4日
發明者卡爾·格拉佐, 詹姆士·N·布萊克 申請人:尼克斯特法斯T&D公司