採用偏振檢測法的閉環反饋式全光纖電路互感器的製作方法
2023-10-21 05:08:27
本發明涉及一種全光纖電流互感器，具體涉及一種採用偏振檢測法的閉環反饋式全光纖電路互感器，屬於光學電流傳感測量技術領域。
背景技術：
隨著智能電網的發展，電網的電壓等級越來越高，傳統的電磁式電流互感器由於存在磁路飽和問題，動態性能不好，絕緣安全性不理想等種種弊端，已經不能滿足現代智能電網系統建設的需求。而隨著現代光纖技術、數字電子技術的發展，全光纖式電流互感器取代傳統的電磁式電流互感器已成為發展的必然趨勢。
全光纖電流互感器是基於Faraday磁致旋光效應和安培環路定律的一種電流互感器，採用傳感光纖來對電流進行測量，目前全光纖電流互感器主要分為基於幹涉陀螺原理的全光纖電流互感器和基於偏振檢測法的全光纖電流互感器。基於幹涉陀螺原理的全光纖電流互感器結構採用對稱互易光路和閉環反饋結構使得測量精度較高，抵禦外界幹擾能力較強，但是由於所採用的技術複雜較複雜，器件較多，可靠性不高，尤其是傳輸系統所必需的1/4波片，45°角熔接，相位調製器容易受到溫度等外界因素影響，而造成測量結果的誤差，存在長期運行穩定性問題。而採用偏振測量法的光纖電流互感器雖然結構簡單，採用的光學器件較少，可靠性高，但是不具有閉環反饋結構同時也不是對稱互易光路，所以測量的精度較低，抵禦外界幹擾的能力較弱。
綜上所述，現有的全光纖電流互感器或存在長期運行穩定性或存在溫度穩定性，很難能滿足現代電力系統對電流測量的要求。
技術實現要素：
在下文中給出了關於本發明的簡要概述，以便提供關於本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述並不是關於本發明的窮舉性概述。它並不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的範圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍後論述的更詳細描述的前序。
鑑於此，本發明的目的是針對現有的基於幹涉陀螺測量法的光纖電流互感器和偏振測量法的光纖電路互感器的弊端，結合偏振檢測法的全光纖電流互感器的結構簡單、穩定性高的優點和幹涉陀螺光纖電流互感器閉環反饋結構、對稱互易光路的優點，取長補短提出一種的採用偏振檢測法的閉環反饋式全光纖電流互感器。
本發明所採取的方案為：採用偏振檢測法的閉環反饋式全光纖電路互感器，包括SLD光源、光纖耦合器、光纖起偏器、保偏光纖延遲線、傳感部分、光電探測器和信號處理器；所述傳感部分包括N1匝傳感光纖、N2匝反饋線圈、反射鏡和附加反饋電流源；
SLD光源接光纖耦合器的一端的上半部分，光纖耦合器的另一端接光纖起偏器，光纖起偏器的另一端接保偏光纖延遲線，保偏光纖延遲線的另一端接傳感部分；
所述N1匝傳感光纖一端接保偏光纖延遲線，另一端接反射鏡；N2匝反饋導線纏繞在N1匝傳感光纖上，N2匝反饋線圈兩端分別接反饋電流源的正負極，反饋電流源的控制端接信號處理器；
光纖耦合器與SLD光源連接端的下半部分接光電探測器，光電探測器將光學信號轉換為模擬電信號傳遞給信號處理器進行調製和解調，信號處理器將調製和解調製的信號用以控制附加反饋電流源產生相應的反饋電流，反饋電流通過纏繞在N2匝反饋導線來產生反饋磁場；
所述光纖耦合器、光纖起偏器、保偏光纖延遲線、傳感部分構成一個閉環反饋結構。
本發明採用了偏振檢測法，同時具有對稱互易光路和閉環反饋結構。偏振檢測法結構簡單，光學器件少，穩定性高；對稱互易光路能夠降低外界抗幹擾，閉環反饋的結構能夠形成整得的閉環反饋控制。
SLD光源發出一束光，經過起偏後，線偏振光通過保偏延遲線到傳感部分，在被測電流I產生的磁場、信號反饋電流i2產生的反饋磁場和調製電流i1產生的調製磁場的三重作用下，線偏振光發生角度大小為的偏轉，在通過反射鏡反射，由於光的偏轉方向只與磁場方向有關，與光傳輸方向無關，所以反射後，線偏振光發生二次偏轉，使得偏轉角加倍，此時偏轉角度為再通過延遲線傳輸到檢偏器進行檢偏，此時起偏器的作用為檢偏器，再通過光纖耦合器將帶有被測電流信息的線偏振光傳輸到光電探測器，光電檢測器將光強信號轉為電信號傳輸到信號處理器進行處理得到被測電流I大小，同時將信號處理器發出信號激勵給附加反饋電流源，使附加反饋電流源產生一個與被測電流I大小相等，與被測電流I產生的磁場方向相反的信號反饋電流i2，用來附加一個與法拉第旋轉角大小相等，方向相反的附加反饋角β。同時為了能獲得最大靈敏度，信號處理器還要給附加反饋電流源一個能夠產生夠產生反饋角度為α＝±π/2的調製反饋電流i1的信號，使得測量信號靈敏度最高，此時光強公式為：
式中，J0是光強，是法拉第旋轉角，N1為傳感光纖匝數，I為被測電流；其中N2為反饋線圈匝數；
進而可以得到
故：總的附加反饋電流為：
i＝i1+i2 (4)
本發明所達到的效果為：
本發明同時兼顧幹涉陀螺原理的全光纖電流互感器和偏振檢測法的全光纖電流互感器的優點，採用較少的器件，可靠性高，結構較簡單，還具有對稱互易光路和閉環反饋的能力，測量電流的精度較高。
附圖說明
圖1為本發明的採用偏振檢測法的閉環反饋式全光纖電路互感器的結構示意圖；
圖2為本發明的傳感部分示意圖。
具體實施方式
為了清楚和簡明起見，在說明書中並未描述實際實施方式的所有特徵。然而，應該了解，在開發任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定於實施方式的決定，以便實現開發人員的具體目標，例如，符合與系統及業務相關的那些限制條件，並且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發工作有可能是非常複雜和費時的，但對得益於本發明公開內容的本領域技術人員來說，這種開發工作僅僅是例行的任務。
在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節而模糊了本發明，在申請文件中僅僅示出了與根據本發明的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本發明關係不大的其他細節。
具體實施方式一：本實施方式的採用偏振檢測法的閉環反饋式全光纖電路互感器，包括SLD光源1、光纖耦合器2、光纖起偏器3、保偏光纖延遲線4、傳感部分5、光電探測器6、信號處理器7，所述傳感部分5還包括N1匝傳感光纖5-1、N2匝反饋線圈5-2、反射鏡5-3、附加反饋電流源5-4。
SLD光源1接光纖耦合器2的一端的上半部分，光纖耦合器2的另一端接光纖起偏器3，光纖起偏器3的另一端接保偏光纖延遲線4，保偏光纖延遲線4的另一端接傳感部分5中的N1匝傳感光纖5-1，N1匝傳感光纖5-1的另一端接反射鏡5-3，N2匝反饋線圈5-2均勻纏繞在N1匝傳感光纖5-1上，N2匝反饋線圈5-2兩端分別接反饋電流源5-4的正負極，反饋電流源5-4的控制端接信號處理器7。光纖耦合器2與SLD光源1連接端的下半部分接光電探測器6，光電探測器6將光學信號轉換為模擬電信號傳遞給後面的信號處理器7進行調製和解調，然後將調製和解調製的信號來控制附加反饋電流源5-4產生相應的反饋電流，反饋電流通過纏繞在N2匝反饋導線5-2來產生反饋磁場。
光纖耦合器2、光纖起偏器3、保偏光纖延遲線4、傳感部分5構成一個閉環反饋結構。
SLD光源1發出一束光，經過光纖起偏器3起偏後變為線偏振光，線偏振光通過保偏延遲線4到傳感部分5，在被測電流I產生的磁場、信號反饋電流i2產生的反饋磁場和調製方波電流i1產生的調製磁場的三重作用下，線偏振光發生角度大小為的偏轉，在通過反射鏡5-3反射，由於光的偏轉方向只與磁場方向有關，與光傳輸方向無關，所以反射後，線偏振光發生二次偏轉，使得偏轉角加倍，此時偏轉角度為再通過延遲線4傳輸到光纖起偏器3進行檢偏，再通過光纖耦合器2將帶有被測電流信息的線偏振光傳輸到光電探測器6，光電檢測器6將光強信號轉為電信號傳輸到信號處理器7進行處理得到被測電流I大小，同時將信號處理器7發出信號激勵給附加反饋電流源5-4，使附加反饋電流源5-4產生一個與被測電流I大小相等，與被測電流I產生的磁場方向相反的反饋電流i2，用來附加一個與法拉第旋轉角大小相等，方向相反的附加反饋角β。同時為了能獲得最大靈敏度，信號處理器7還要給附加反饋電流源5-4一個能夠產生夠產生反饋角度為α＝±π/2的調製反饋i1的信號，使得測量信號靈敏度最高，此時檢測到的光強大小為：
式中，J0是光強，是法拉第旋轉角，N1為傳感光纖匝數，I為被測電流。其中N2為反饋線圈匝數；
進而可以得到
故：總的附加反饋電流為：
i＝i1+i2 (4)
具體實施方式二：本實施方式是對具體實施方式一所述基於偏振檢測法的閉環式全光纖電路互感器的傳感部分進一步說明，N1匝傳感光纖5-1繞被測電流導線製作一個光纖環，來增強對被測電流的檢測能力；N2匝反饋線圈5-2纏繞在N1匝傳感光纖5-1上，產生反向磁場來對被測電流進行反饋，以此提高系統的測量精度和抵禦外界幹擾的能力。
雖然本發明所揭示的實施方式如上，但其內容只是為了便於理解本發明的技術方案而採用的實施方式，並非用於限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭示的核心技術方案的前提下，可以在實施的形式和細節上做任何修改與變化，但本發明所限定的保護範圍，仍須以所附的權利要求書限定的範圍為準。