具有多個模數轉換單元的多閉環光纖互感器制造技術

本實用新型專利技術提供一種光纖互感器，包括光源、光學器件集成組件、傳感頭、光電探測器、放大濾波單元、信號處理單元。本實用新型專利技術通過多閉環的控制方式，改善光纖互感器的測量范圍、線性度并降低測量誤差和角差，從而簡化了光纖互感器的結構，有效提高其可靠性、穩定性、檢測準確度。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光纖互感器，尤其涉及具有多個模數(AD)轉換單元的光纖電流互感器或光纖電壓互感器。
技術介紹
傳統的電流互感器或電壓互感器都是采用電磁感應原理的，其敏感單元是線圈和鐵芯。隨著電力系統的不斷改造和進步，尤其是堅強智能電網建設，傳統的互感器暴露出了一系列嚴重缺陷絕緣困難、有鐵磁共振和磁滯飽和隱患、體積大、造價高、不能測直流、以及模擬量輸出等等。近些年來，基于光纖傳感和光纖傳輸技術發展起來的全光纖電流或電壓互感器技 術不斷進步，逐漸具備了推廣應用的條件。它采用磁光法拉第效應和泡克耳斯(Pockels)電光效應原理，通過測量兩束偏振光相位差的變化，間接地測得待測電流和電壓大小。但是光纖互感器(根據測量對象的不同，可以分為光纖電流互感器或者光纖電壓互感器)中的光信號傳感和傳輸介質都是光學材料(光纖或晶體)，極易受到環境因素的干擾，因此可能需要在后端信號處理環節增加補償環節，這樣整個互感器的結構和信號處理流程復雜，造成生產不便。另外，為了提高互感器運行可靠性，也有必要對單模數轉換單元(下文將模數轉換單元簡稱為AD)的信號處理方案進行改進。此外，堅強智能電網建設對光纖電流互感器的數字輸出也提出了規范接口要求，現有技術中還沒有對光纖電流互感器的信號處理單元和數據采集單元進行一體化設計的方案。上述現有的光纖電流傳感器技術參見CN100575959C、CN101299147B、CN101364475B、CN101521104B、CN101692401B、CNlO1915866A、CNlO1957395A、CN102087307A、CN102082606A 等。本專利技術的目的在于以下幾個方面一、簡化光纖互感器的結構；二、有效提高光纖互感器的可靠性和穩定性；三、提高光纖互感器檢測的準確度(測量準確度高就是測量誤差小)；四、通過多閉環的控制方式，改善光纖互感器的測量范圍、線性度(線性度，即，校準曲線接近規定直線的吻合程度。也可以說是在規定條件下，傳感器校準曲線與擬合直線間的最大偏差與滿量程輸出的百分比。)并降低測量誤差(比如，比差(即比值誤差，測量值與真實值的相對誤差稱為比差)和角差(即相角誤差，指測量值與真實一次電流之間的相位差))；五、提高微弱信號測量的準確度。
技術實現思路
為了簡化系統并有效提高系統可靠性，有必要針對互感器的信號處理單元和數據采集單元進行一體化設計。為了提高光纖互感器的小信號敏感能力，同時提高測量準確度和擴大互感器的測量范圍，本專利技術提出了一種光纖互感器的模擬閉環信號檢測方案和一種數字閉環信號檢測方案。不論是模擬閉環還是數字閉環，都在光纖互感器的信號處理單元采用多閉環技術。一般設計3個閉環第一個閉環是兩束相干偏振光的偏置調制和反饋閉環技術，主要涉及土 η /2偏置調制技術和階梯 波反饋技術；第二個閉環是針對光相位調制器半波電壓漂移的自動修正閉環技術；第三個閉環是在信號處理環節首先檢測出光探測器送過來的信號強度信息，用來對光源驅動進行修正，以穩定光源出光功率的閉環技術。本專利技術的光纖互感器既可以用于模擬閉環控制，也可以用于數字閉環控制。為了有效提高光纖互感器的系統穩定性和運行穩定性，在模擬閉環控制的情況下，在信號處理單元中設置雙AD，在數字閉環信號控制的情況下，也在信號處理單元中設置雙AD。在模擬閉環控制中，兩個AD的作用相同，都是對模擬閉環中的信號處理單元的輸出信號進行數字量化，量化結果送信號輸出模塊MU (合并單元)。在MU中，一般來自兩個AD的數據應完全相同，如有不同或差別較大，即視為輸出故障，之后給出報警信息。在數字閉環控制中，兩個AD的作用是同時對送來的模擬信號進行量化，它們的作用不同，在后續的信號解算環節對其中一個AD的輸出提取用以作為閉環控制的信息，而對另一個AD的輸出提取用以作為補償和修正的信息。鑒于上述情況，本專利技術提供一種光纖互感器，包括光源、光學器件集成組件、傳感頭、光電探測器、放大濾波單元、信號處理單元，所述光學器件集成組件中包括相位調制器和分光合光器件；所述光學器件集成組件將光源輸出的光線通過分光合光器件起偏為兩束線偏振光并傳輸至傳感頭；接收從傳感頭處返回的光線并使得返回的光線在所述相位調制器中發生干涉；將干涉結果輸出到光電探測器；接收來自信號處理單元的反饋調制信息；所述光電探測器接收光學器件集成組件的光信號輸出，利用光電效應將光信號轉換為電信號，將電信號輸出到信號處理單元；所述信號處理單元接收光電探測器輸出的信號，對所述信號進行處理，并將信號處理結果作為反饋調制信息反饋給所述光學器件集成組件。根據本專利技術的另一個實施方式，所述光纖互感器中還包括光源驅動單元和第二光電探測器，第二光電探測器的輸入端連接光學器件集成組件中的分光合光器件的輸出端，第二光電探測器的輸出端連接到光源驅動單元的輸入端；其中第二光電探測器檢測分光合光器件輸出的光信號，并通過光電轉換之后轉換為電信號的控制信息，從而調節光源驅動單兀的輸出。根據本專利技術的另一個實施方式，所述信號處理單元包括模擬閉環控制單元、第一AD轉換單元、第二 AD轉換單元、以及合并單元；所述光電探測器的輸出經過放大濾波單元放大濾波之后，輸入到模擬閉環控制單元；所述模擬閉環控制單元對輸入的模擬信號進行調制，從而得到輸出模擬信號，并將輸出模擬信號分別輸出到第一 AD轉換單元、第二 AD轉換單元，然后第一 AD轉換單元、第二 AD轉換單元分別將轉換結果輸出到合并單元，然后由合并單元向所述光纖互感器外部輸出信號。根據本專利技術的另一個實施方式，由合并單元判斷第一 AD轉換單元和第二 AD轉換單元分別輸出的數據是否存在區別，如果存在，則發出報警信息。根據本專利技術的另一個實施方式，所述信號處理單元包括第三AD轉換單元、第四AD轉換單元、數字閉環信號處理單元、合并單元；所述光電探測器的輸出經過放大濾波單元放大濾波之后，將得到的模擬信號分別輸出到第三AD轉換單元、第四AD轉換單元，然后第三AD轉換單元、第四AD轉換單元將處理結果分別輸出到數字閉環信號處理單元；數字閉環信號處理單元將第三AD轉換單元、第四AD轉換單元的輸出結果進行解算后，分別反饋到光源驅動單元和光學器件集成組件，從而驅動光源驅動單元對光源進行控制以及驅動光學器件集成組件中的相位調制器以對兩束相干偏振光的相位進行調制；數字閉環信號處理單元將處理結果輸出到合并單元，然后由合并單元向所述光纖互感器外部輸出信號。根據本專利技術的另一個實施方式，第三AD轉換單元、第四AD轉換單元同時對所述模擬信號進行量化，提取第三AD轉換單元的輸出作為閉環控制信息，提取第四AD轉換單元的輸出作為補償和修正信息。如附圖所示，根據下文對最佳實施方式的詳細描述，本專利技術公開的這些和其他目的、特征和優點將更為明顯。附圖說明圖I是本專利技術的光纖互感器一個實施例的原理結構示意圖；圖2是本專利技術的光纖互感器另一實施例的原理結構示意圖；圖3是光學器件集成組件的多種方式的原理結構圖；圖4是用于模擬閉環控制的雙AD光纖互感器的一個實施例的結構圖；圖5是用于數字閉環控制的雙AD光纖互感器的一個實施例的結構圖；圖6是圖5所不實施例中數字閉環及修正信號處理的一個實施例結構圖；圖7是用于模擬閉環控制的一個實施例的信號調制波形示意圖；圖8是用于數字閉環控本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光纖互感器，包括光源、光學器件集成組件、傳感頭、光電探測器、放大濾波單元、信號處理單元，其特征在于，所述光學器件集成組件中包括相位調制器和分光合光器件；所述光學器件集成組件將光源輸出的光線通過分光合光器件起偏為兩束線偏振光并傳輸至傳感頭；接收從傳感頭處返回的光線并使得返回的光線在所述相位調制器中發生干涉；將干涉結果輸出到光電探測器；接收來自信號處理單元的反饋調制信息；所述光電探測器接收光學器件集成組件的光信號輸出，利用光電效應將光信號轉換為電信號，將電信號輸出到信號處理單元；所述信號處理單元接收光電探測器輸出的信號，對所述信號進行處理，并將信號處理結果作為反饋調制信息反饋給所述光學器件集成組件。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：石金華，
申請(專利權)人：揚州永陽光電科貿有限公司，
類型：實用新型
國別省市：