閉環光纖電流互感器制造技術

本實用新型專利技術提供一種閉環光纖電流互感器，包括：光源、光源控制單元、光電探測器、光器件集成組件、傳感頭。該互感器的光路系統結構簡單、便于集成和模塊化；所用光學元件體積小、重量輕，且不受電磁干擾，對被測量也沒有干擾；利用反射式光路和簡單光器件實現正交偏振光的模式互換，形成互易性光路，提高光路抗干擾能力；采用多個閉環技術，有效克服光源功率衰減、光相位調制器半波電壓漂移造成的系統測量誤差，提高互感器運行穩定性和可靠性。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及ー種光纖電流互感器，尤其涉及一種閉環的全光纖方案的電流互感器，它的傳感部件和光信號傳輸部件都是光纖，它的信號處理部分采用ー種相關檢測方案的多閉環技木。
技術介紹
電流互感器是電カ輸變電網絡中最基本、最重要的檢測設備之一，它的作用主要包括一、將輸電線路上高電壓環境中的大電流數值降到可以用二次儀表直接測量的數值，以便于用普通儀表進行測量；ニ、為各種監控及保護設備提供電信號，以監測電カ系統的安全和穩定運行；三、對高電壓一次設備和低電壓的二次設備進行隔離。因此，電流互感器的性能與電カ系統的安全、可靠和經濟運行狀況密切相關。電カ 系統中，常規的電流檢測設備是采用以電磁互感原理為基礎的電流互感器。在高電壓、大電流和強功率的電カ系統中，這種傳統電流互感器暴露出一系列嚴重的缺點潛在的突然失效危險、絕緣困難、鐵芯磁飽和、二次側負荷開路等等。光纖電流互感器由于其固有特點而具備傳統電磁式電流互感器不可比擬的優勢。隨著其可靠性的不斷提高，光纖電流互感器將成為電カ領域電能計量和保護使用的主要選用設備，已逐步成為國內外業界共識。安培定律指出，當導體內有電流流過時，其周圍會產生閉合磁場，采用法拉第磁光效應的辦法測量出該磁場就能得到導體內流過電流的大小。光纖電流互感器通常是到體外繞上一定圈數的光纖形成一個光纖傳感單元。當導體內有電流流過時，根據法拉第效應，其周圍的磁場將使得傳感光纖內傳輸光的偏振方向變化ー個角度，測量出角度的變化量就能得到導體內流過的電流大小。由于該角度很小，直接測量角度來確定電流大小精度很低，因此采用干涉測量的方法，把偏振光角度旋轉轉變成光的相位變化量，再通過干涉后應用基于相關調制解調的微弱信號處理方法進行提取。但是，現有的光纖電流互感器存在以下一些缺點1、光路系統結構復雜，不利于系統集成；2、光路中的元件容易受到溫度等工作條件的影響，測量誤差大，不能實現閉環反饋。現有的光纖電流互感器技術參見CN100575959C、CN101299147B、CN101364475B、CN101521104B、CN101692401B、CN101915866A、CN101957395A、CN102087307A、CN102082606A坐寸ο
技術實現思路
本專利技術的目的在于以下幾個方面一、光路系統結構簡單、便于集成和模塊化；ニ、所用光學元件體積小、重量輕，且不受電磁干擾，對被測量也沒有干擾；三、利用反射式光路和簡單光器件實現正交偏振光的模式互換，形成互易性光路，提高光路抗干擾能力；四、采用多個閉環技術，有效克服光源功率衰減、光相位調制器半波電壓漂移造成的系統測量誤差，提高互感器運行穩定性和可靠性。為了簡化系統并有效提高系統可靠性，有必要針對傳感的信號處理單元和數據采集單元進行一體化設計。鑒于上述情況，本專利技術提供一種閉環光纖電流互感器，包括光源、光源驅動單元、光電探測器、光學器件集成組件、傳感頭，其中，光學器件集成組件，用于將光源輸出的光線起偏并分解為模式正交的兩束線偏振光，然后把所述兩束線偏振光耦合在同一根保偏光纖的兩個正交模式上并傳輸至傳感頭；接收從傳感頭處返回的光線并使得返回的光線在所述光學器件集成組件中發生干渉；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，在兩束線偏振光間疊加偏置調制相位和反饋調制相位；閉環信號處理單元，接收光電探測器的輸出信號，對該信號進行處理，并將信號處理結果作為反饋調制信息反饋給光器件集成組件和光源驅動單元；光源驅動單元，用于給光源提供恒流和溫控信息，同時接收信號處理單元的反饋信號輸入，使光源輸出穩定的光強。根據本專利技術的ー個方面，所述光學器件集成組件包括分光合光器件、保偏光纖、光相位調制器、光延遲器。 根據本專利技術的ー個方面，所述光器件集成組件包括分光合光器件、保偏光纖、光起偏器、光相位調制器、光延遲器。根據本專利技術的ー個方面，所述光器件集成組件包括第一分光合光器件、保偏光纖、Y型光相位調制器、第二分光合光器件、光延遲器。根據本專利技術的ー個方面，所述閉環信號處理單元包括模擬放大濾波単元、模數轉換單元、主回路數字邏輯電路、數模轉換単元、2 π電壓控制單元以及濾波單元。根據本專利技術的ー個方面，采用方波偏置調制方式，在兩束相干偏振光間引入土 η /2偏置調制相位差；采用階梯波反饋調制方式在兩束相干偏振光間引入與傳感頭處形成的法拉第相位信息大小相等、方向相反的相位差；采用相關調制解調的辦法進行信號解調。根據本專利技術的ー個方面，模擬放大濾波單元，接收來自光電探測器的電信號，進行放大濾波后輸入到模數轉換單元；模數轉換單元，用于接收模擬放大濾波単元的輸出，將經過放大濾波的模擬信號轉換為數字信號，然后輸出到主回路數字邏輯電路；主回路數字邏輯電路，接收模數轉換單元輸出，對模數轉換單元輸出信號進行解調，隨之對解調結果進行積分形成數字階梯波臺階高度，并進一歩累加形成數字階梯波；接收2 π電壓控制單元輸出的積分信號，檢測是否有周期性的解調誤差，以對2 π反饋驅動電壓的自動調整；所述主回路數字邏輯電路中還實現數字階梯波與偏置調制方波的疊加，疊加結果輸出到數模轉換単元；所述主回路數字邏輯電路還將解調信息的積分結果直接輸出至濾波器；2π電壓控制単元，用于接收主回路數字邏輯電路的輸出，將解調后的信號進行積分，得到表征是否存在2π電壓復位誤差的信號，并將所述信號輸出給主回路數字邏輯電路；數模轉換単元，用于接收主回路數字邏輯電路的輸出，將數字階梯波和偏置調制方波信號的疊加結果轉換為模擬信號，然后將模擬信號輸出給光相位調制器，驅動光相位調制器在兩束線偏振光間引入土 η/2偏置調制相位和反饋調制相位差；濾波單元，用于接收積分單元的輸出，對積分信號進行濾波，濾波結果作為互感器數字輸出。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是圖I中閉環信號處理單元的ー個具體實施方式的結構圖；圖3是圖I中光學器件集成組件的多個具體實施方式的結構圖；圖4是方波調制的波形示意圖；圖5是階梯波反饋相位關系的波形示意圖。具體實施方式圖I是本專利技術所涉及的光纖互感器的一個實施例的原理結構圖。根據該實施例，該光纖互感器包括光源驅動單元、光源、光學器件集成組件、傳感光纖、反射鏡、1/4波片、 光電探測器、閉環信號處理單元、電源。傳感光纖、反射鏡、1/4波片這三個部件構成傳感頭。由于傳感頭屬于現有技術，因此未在圖I中用文字標明。此外，傳感頭也可以具有多種實現形式，不屬于本專利技術的內容，故不再贅述。光源,用于在光源驅動單兀的控制下輸出一定功率的光束。光學器件集成組件，用于接收光源輸出的光線，并把光源輸出的該光線起偏成線偏振光，隨即又把該線偏振光分解為模式正交的兩束線偏振光；光學器件集成組件中，把上述兩束線偏振振光耦合在同一根保偏光纖的兩個正交模式上，即光學器件集成組件送出兩束模式正交的線偏振光沿著同一根保偏光纖的兩個正交模式前向傳輸至傳感頭，并隨后接收該兩束線偏振光在傳感頭處敏感法拉第磁光效應后沿原光路模式互換返回的光束，返回的兩束光線在光學器件集成組件中發生干渉；光學器件集成組件還用于將兩束線偏振光的干涉結果通過光纖輸出到光電探測器；此外，光學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種閉環光纖電流互感器，包括：光源、光源驅動單元、光電探測器、光學器件集成組件、傳感頭，其特征在于：光學器件集成組件，用于將光源輸出的光線起偏并分解為模式正交的兩束線偏振光，然后把所述兩束線偏振光耦合在同一根保偏光纖的兩個正交模式上并傳輸至傳感頭；接收從傳感頭處返回的光線并使得返回的光線在所述光學器件集成組件中發生干涉；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，在兩束線偏振光間疊加偏置調制相位和反饋調制相位；閉環信號處理單元，接收光電探測器的輸出信號，對該信號進行處理，并將信號處理結果作為反饋調制信息反饋給光器件集成組件和光源驅動單元；光源驅動單元，用于給光源提供恒流和溫控信息，同時接收信號處理單元的反饋信號輸入，使光源輸出穩定的光強。

【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：