全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统及测量方法，包括LD扫频光源、数据采集模块、振动测量模块和计算机，LD扫频光源模块连接有第一耦合器连接，第一耦合器分别连接有温度传感探头、光电转化模块和第一光环形器连接，第一光环形器依次连接有光纤偏振器、相位调制器、保偏光纤延迟线、光纤1/4波片和传感环连接，并通过光电转化模块与数据采集模块连接，传感环套设于电流线上，数据采集模块分别与LD扫频光源和计算机连接，并通过光电转化模块与第一耦合器连接，振动测量模块分别与数据采集模块和振动探头连接，温度传感探头和振动探头设置于传感环上，提高系统的测量准确度与可靠性，具有结构简单、响应速度快和分辨率高。

Temperature and vibration feedback compensation system and measuring method for all optical fiber current transformer

The invention discloses a temperature and vibration feedback compensation system and measurement method of all fiber optic current transformer, including LD sweep light source, data acquisition module, vibration measurement module and computer. The LD sweep light source module is connected with first coupler connection, and the first coupler is connected with a temperature sensor probe and a photoelectric conversion module respectively. The first halo is connected with the first optical loop. The first loop is connected with the optical fiber polarizer, the phase modulator, the polarization maintaining fiber delay line, the optical fiber 1/4 wave plate and the sensing ring, and is connected to the data acquisition module through the photoelectric conversion module. The sensing ring sleeve is located on the current line. The data acquisition module is respectively with the LD sweep light source and calculation. The vibration measuring module is connected with the data acquisition module and the vibration probe respectively. The temperature sensing probe and the vibration probe are set on the sensing ring. The measurement accuracy and reliability of the system are improved, and the structure is simple, the response speed is fast and the resolution is high.

【技术实现步骤摘要】
全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统及测量方法
本专利技术涉及光纤电流互感器
，具体涉及一种全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统及测量方法。
技术介绍
电能是我们生活生产活动中利用最普遍的能源形态之一，由于其来源广、便于运输、存储与使用，使电能成为能源与当今人类活动交互的枢纽。在电能的产生、输送与使用过程中，对电流的测量是必不可少的。针对各种不同场景的电流测量，科学家与工程师们专利技术了多种基于不同原理的电流测量装置。特别是当今现代工业的高速发展，对电网的输送和检测提出了更高的要求，传统的高压大电流的测量手段将面临严峻的考验。全光纤电流互感器是一种无源电子式电流互感器，具有动态范围大、测量频带宽、抗电磁干扰性能好、体积小、重量轻、便于与高压设备集成、可测直流信号等优点，作为下一代电流互感器是目前研究的热点。至今，我国在全光纤电流互感器领域已经进行了长达20多年的理论探索、近10年的应用实践，这使得该项目从技术方案到制造工艺，从试验方法到应用规范已初具雏形，但受限于我国光电产业的发展水平和国外基础器件的垄断，国内的产品在一些关键技术指标上仍然无法满足相关标准的要求，无法投入实际使用。FOCT在现场运行过程中会受到各种外在因素，这些因素将引起全光纤电流互感器内部关键状态量发生变化，从而降低产品的准确性。而温度与振动则是影响FOCT准确性的重要因素。若能实时精确监测FOCT传感环的温度及振动情况，结合补偿算法，可大大提高FOCT的准确度与可靠性。因此，有必要寻求FOCT的温度和振动反馈补偿系统，满足实际应用要求。FOCT-全光纤式光学电流互感器技术及工程应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统及测量方法，提高系统的测量准确度与可靠性，具有结构简单、响应速度快和分辨率高。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统，包括LD扫频光源、第一耦合器、温度传感探头、第一光环形器、光纤偏振器、相位调制器、保偏延迟线、1/4光纤波片、光电转化模块、数据采集模块、振动测量模块和计算机，其中，LD扫频光源模块与第一耦合器的201端口连接，第一耦合器的203端口与温度传感探头连接，第一耦合器的204端口与第一光环形器301端口连接，第一光环形器的302端口依次与光纤偏振器、相位调制器、保偏光纤延迟线、光纤1/4波片和传感环连接，传感环套设于电流线上，第一耦合器的202端口和第一光环形器的303端口通过光电转化模块分别与数据采集模块的1502端口和1504端口连接，数据采集模块的1504端口与LD扫频光源连接，数据采集模块的1505端口与计算机连接，数据采集模块的1503端口与振动测量模块连接，振动测量模块连接有振动探头，温度传感探头和振动探头设置于传感环上。按照上述技术方案，光电转化模块包括第一光电探测器和第二光电探测器，第一耦合器的202端口通过第一光电探测器与数据采集模块的1502端口连接，第一光环形器的303端口通过第二光电探测器与数据采集模块的1504端口连接。按照上述技术方案，温度传感探头为光纤布拉格光栅。按照上述技术方案，所述的光纤布拉格光栅的反射率大于90％，且温度在-40℃～70℃范围内变化时，布拉格波长偏移不超过2nm，并且光纤布拉格光栅进行了应力去敏处理。按照上述技术方案，振动探头为两个串联的弱光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔。按照上述技术方案，所述的弱光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔中的弱光纤布拉格光栅中心波长相同，长度小于5mm，反射率大约为4％。按照上述技术方案，所述的弱光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔使用低相干干涉检测技术进行解调，通过获得两个弱光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔中的弱光纤布拉格光栅之间的光纤段的相位变化信息，从而对振动信号进行高灵敏度的解调，对振动频率、幅度信息进行实时监测。按照上述技术方案，振动测量模块包括SLED光源、第二光环行器、第二耦合器和CCD探测模块，SLED光源与第二光环行器的1801端口连接，第二光环行器的1802端口与振动探头连接，第二光环行器的1803端口与第二耦合器的2101端口连接，第二耦合器通过CCD探测模块与数据采集模块的1503端口连接。按照上述技术方案，传感环包括高双折射转光纤探头。一种采用以上所述的全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统的测量方法，包括以下步骤：1)LD扫频光源输出的扫频光输入到第一耦合器，扫频光被第一耦合器被分为两束探测光，分别为温度探测光和电流探测光；2)电流探测光从第一耦合器，依次经第一光环器、光纤偏振器、相位调制器、保偏光纤延迟线、光纤1/4波片和传感环，至反射镜形成反射光经原路返回经第一光环形器通过光电转化模块传输至数据采集模块，计算机通过数据采集模块经过数据处理后解调出电流线中传输的电流值；3)温度探测光从第一耦合器，传输至温度传感探头，温度传感探头形成的反射光信号经第一耦合器通过光电转化模块传输至数据采集模块，计算机通过数据采集模块依据温度传感探头形成的反射光信号解调出光纤传感环所处环境温度信息；4)振动测量模块通过振动探头获得传感环的振动信号，并将振动信号传输至数据采集模块，计算机通过数据采集模块依据振动信号解调出传感环的振动频率；5)计算机通过数据采集模块，使用PGC零差解调法对全光纤电流互感器所测得的信号进行解调，并且结合解调得到传感环的温度信息以及频率信号，利用全光纤电流互感器温度振动补偿进行补偿计算，补偿温度与振动对FOCT系统的影响，修正得出电流线中传输的电流值。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的电流互感器系统通过温度传感探头和振动探头，在测量电流线中传输的电流值，并实时测量光纤传感环的温度参数和振动参数，计算机结合温度和振动参数，补偿和修正所测得电流线中的电流值，提高系统的测量准确度与可靠性，具有结构简单、响应速度快和分辨率高。附图说明图1是本专利技术实施例中全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统的原理示意图；图中，1-LD扫频光源，2-第一耦合器，3-第一光环形器，4-光纤偏振器，5-45°熔接，6-相位调制器，7-光纤布拉格光栅，8-电流线，9-弱光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔，10-反射镜，11-光纤1/4波片，12-保偏光纤延迟线，13-第一光电探测器，14-第二光电探测器，15-数据采集模块，16-计算机，17-SLED光源，18-第二光环行器，19-CCD探测模块，20-传感环，21-第二耦合器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。参照图1所示，本专利技术提供的一个实施例中的全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统，包括LD扫频光源1、第一耦合器2、温度传感探头、第一光环形器3、光纤偏振器4、相位调制器6、1/4光纤波片、保偏延迟线、光电转化模块、数据采集模块15、振动测量模块和计算机16，其中，LD扫频光源1模块与第一耦合器2的201端口连接，第一耦合器2的203端口与温度传感探头连接，第一耦合器2的204端口与第一光环形器3的301端口连接，第一光环形器3的302端口依次与光纤偏振器4、相位调制器6、保偏光纤延迟线12、光纤1/4波片11和传感环20连接，传感环20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统，其特征在于，包括LD扫频光源、第一耦合器、温度传感探头、第一光环形器、光纤偏振器、相位调制器、保偏延迟线、1/4光纤波片、光电转化模块、数据采集模块、振动测量模块和计算机，其中，LD扫频光源模块与第一耦合器的201端口连接，第一耦合器的203端口与温度传感探头连接，第一耦合器的204端口与第一光环形器301端口连接，第一光环形器的302端口依次与光纤偏振器、相位调制器、保偏光纤延迟线、光纤1/4波片和传感环连接，传感环套设于电流线上，第一耦合器的202端口和第一光环形器的303端口通过光电转化模块分别与数据采集模块的1502端口和1504端口连接，数据采集模块的1504端口与LD扫频光源连接，数据采集模块的1505端口与计算机连接，数据采集模块的1503端口与振动测量模块连接，振动测量模块连接有振动探头，温度传感探头和振动探头设置于传感环上。

【技术特征摘要】
1.一种全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统，其特征在于，包括LD扫频光源、第一耦合器、温度传感探头、第一光环形器、光纤偏振器、相位调制器、保偏延迟线、1/4光纤波片、光电转化模块、数据采集模块、振动测量模块和计算机，其中，LD扫频光源模块与第一耦合器的201端口连接，第一耦合器的203端口与温度传感探头连接，第一耦合器的204端口与第一光环形器301端口连接，第一光环形器的302端口依次与光纤偏振器、相位调制器、保偏光纤延迟线、光纤1/4波片和传感环连接，传感环套设于电流线上，第一耦合器的202端口和第一光环形器的303端口通过光电转化模块分别与数据采集模块的1502端口和1504端口连接，数据采集模块的1504端口与LD扫频光源连接，数据采集模块的1505端口与计算机连接，数据采集模块的1503端口与振动测量模块连接，振动测量模块连接有振动探头，温度传感探头和振动探头设置于传感环上。2.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统，其特征在于，光电转化模块包括第一光电探测器和第二光电探测器，第一耦合器的202端口通过第一光电探测器与数据采集模块的1502端口连接，第一光环形器的303端口通过第二光电探测器与数据采集模块的1504端口连接。3.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统，其特征在于，温度传感探头为光纤布拉格光栅。4.根据权利要求3所述的全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统，其特征在于，所述的光纤布拉格光栅的反射率大于90％，且温度在-40℃～70℃范围内变化时，布拉格波长偏移不超过2nm，并且光纤布拉格光栅进行了应力去敏处理。5.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统，其特征在于，振动探头为两个串联的弱光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔。6.根据权利要求5所述的全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系统，其特征在于，所述的弱光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔中的弱光纤布拉格光栅中心波长相同，长度小于5mm，反射率大约为4％。7.根据权利要求5所述的全光纤电流互感器温度和振动反馈补偿系...

【专利技术属性】
技术研发人员：童杏林，郑志远，邓承伟，张翠，刘访，方定江，何为，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42