一种基于非互易相移器材的Sagnac干涉型大电流光纤电流互感器测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于非互易相移器材的Sagnac干涉型大电流光纤电流互感器的设计方法，属于电气测量技术领域。技术方案是：（1）搭建非互易相移器，采用保圆偏振光纤制作电流传感头，在Sagnac延迟线圈一端上固定设置相位调制器，引入

A Measurement Method of Large Current Fiber Optic Current Transformer Based on Nonreciprocal Phase Shift Device

The invention relates to a design method of a Sagnac interferometric high-current optical fiber current transformer based on non-reciprocal phase-shifting equipment, which belongs to the technical field of electrical measurement. The technical scheme is as follows: (1) A non-reciprocal phase shifter is built, a current sensor head is made of circularly polarized fiber, and a phase modulator is fixed on one end of the Sagnac delay coil.

【技术实现步骤摘要】
一种基于非互易相移器材的Sagnac干涉型大电流光纤电流互感器测量方法
本专利技术涉及一种基于非互易相移器材的Sagnac干涉型大电流光纤电流互感器测量方法，属于电气测量

技术介绍
在人们加快步入现代社会的今天，电力传输容量加大，传输电压越来越大，我们需要面对对大电流准确测量的问题，仪表之间的电绝缘性和信号传递的可信性要求可能使传统的测量手段无能为力。对于电压大、电流强和功率大的电力能源系统中，用电磁感应为基础的电流强度测量技术暴露出一系列缺点，绝缘性差、成本大、重量重、体积大以及有磁饱和、动态范围小、频带较窄和遇油易燃等缺点，己难以满足新型电力系统对高精度快速故障诊断、在线检测等的要求。因此，寻找新型实用的电流互感器己势在必行。得益于现代数字技术、传输技术、通信技术的高速发展，全光纤电流互感器（FOCT）已成为相关科研机构的一大研究方向。相对于电磁式电流互感器，全光纤电流互感器的优势更加明显，所以可以想像在未来全光纤电流互感器会在各种各样的电压测量中被大量使用。此外，光纤电流互感器还可以用于一些其他场合，如便携电流互感器、高频电流量测量等场合。电力行业在经济建设中有重要地位，是国家的基础工业。传统的以电磁互感原理为基础的电流传感器的缺点越来越突出。近来，FOCT全面取代传统的CT是大势所趋。早在在二十世纪70年代，全光纤型电流传感器的概念就出现了。1997年英国的A.J.Rogers等学者对全光纤电流互感器的原理进行了分析，并对研制的实验装置测试成功，并于1979年在发电站挂网运行。而后德国A.Papp等人对全光纤电流互感器的各个方面的
技术实现思路
都进行了系统研究。1996年，J.Blake等人对反射型光纤电流互感器进行了研究；另外，1998年，ShayneX.Short等人针对反射式Sagnac干涉型和Loop结构Sagnac干涉型两种光纤电流互感器中不完美的光纤λ/4波片，提出了相应的补偿方案，但该补偿方案侧重在光纤电流互感器系统中的检测电路方面进行改进。光纤电流传感器结构简单且成本低，但受制于能长期保持圆偏振态的光纤难以获得，以光纤作为传感头的光纤电流传感器的用为商品运营比较困难。在上世纪90年代ABB公司推出的有源光电电流互感器，其测量电压的等级为72.5kV到765kV，额定电流为0.6到6A；3M公司同样在上世纪90年代宣布开发出用于138kV电压等级的全光纤电流测量模块，据报道称其也能应用在500kV等级上。目前，ABB公司研制的光纤电流传感器在直流工作下精度及测量范围分别达到0.1%和500kA，已商用。NxtPhase公司的光纤电流互感器，测量范围可以从1A到4kA，其精度超过IEEEF规范中0.3级的标准，并已有产品投入市场。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种基于非互易相移器材的Sagnac干涉型大电流光纤电流互感器测量方法，主要采用非互易的Sagnac干涉与Faraday磁光效应融合的传感机理，结合两种不同适用范围的非互易相移器结构，设计带有相位补偿的闭环反馈系统，做到对大电流的精确测量，有效地解决了
技术介绍
中存在的上述问题。本专利技术的技术方案是：一种基于非互易相移器材的Sagnac干涉型大电流光纤电流互感器测量方法，包含以下步骤：（1）搭建非互易相移器，采用保圆偏振光纤制作电流传感头，光纤环匝数为环状Sagnac电流互感器磁致旋转角度与被测电流的最低检测范围的关系公式计算所得，在Sagnac延迟线圈一端上固定设置相位调制器，引入非互易位差偏置；（2）进行相位检测，电光晶体采用数据采集卡+LabVIEW的形式进行光强信号的采集和数据分析，用鉴相的方式解调电路，最终实现与光强无关的相位解调方式；（3）利用法拉第电流传感实验，当已知法拉第相位偏转角度和传感线圈匝数、通电导线根数与Verdet常数后，通过公式计算得到所要求的电流读数，获得电流的输出波形图与精度；（4）排除外界因素对系统的干扰，通过在电光晶体上施加不同频率的电压来控制温度和光源强度变化等缓变量造成的相位干扰，提高相位精度。所述相位调制器为非互易无源相位调制器，在正向与反向偏转45°的法拉第旋光器之间放置波片。所述相位调制器为非互易有源相位调制器，在正向与反向偏转45°的法拉第旋光器之间依次放置光电晶体和波片。本专利技术的有益效果是：减少因为长的延迟线圈造成的线性双折射，从而更好的保持系统偏振，提高系统精度；减少一套相位偏置器所需的调制电路及算法，提高工作效率；减小系统及光路的延迟时间，提高传感器的反应时间；减少成本。附图说明图1是电流互感器的结构示意图；图2是非互易无源相位调制器原理图；图3是非互易有源相位调制器原理图；图中：正向法拉第旋光器1、反向法拉第旋光器2、波片3、光电晶体4、慢轴5、快轴6、线偏振光7、正向传输方向8、反向传输方向9、入射光10、定向耦合器11、传输光纤12、起偏器13、通电导线14、保圆偏振光纤环15、1/4波片16、相移器17、驱动电路18、D/A转换器19、前置放大器110、A/D转换器一111、A/D转换器二112、信号处理器113、D/A转换及滤波器114。具体实施方式以下结合附图，通过实施例对本专利技术作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种基于非互易相移器材的Sagnac干涉型大电流光纤电流互感器测量方法，包含以下步骤：（1）搭建非互易相移器，采用保圆偏振光纤制作电流传感头，光纤环匝数为环状Sagnac电流互感器磁致旋转角度与被测电流的最低检测范围的关系公式计算所得，在Sagnac延迟线圈一端上固定设置相位调制器，引入非互易位差偏置；（2）进行相位检测，电光晶体采用数据采集卡+LabVIEW的形式进行光强信号的采集和数据分析，用鉴相的方式解调电路，最终实现与光强无关的相位解调方式；（3）利用法拉第电流传感实验，当已知法拉第相位偏转角度和传感线圈匝数、通电导线根数与Verdet常数后，通过公式计算得到所要求的电流读数，获得电流的输出波形图与精度；（4）排除外界因素对系统的干扰，通过在电光晶体上施加不同频率的电压来控制温度和光源强度变化等缓变量造成的相位干扰，提高相位精度。所述相位调制器为非互易无源相位调制器，在正向与反向偏转45°的法拉第旋光器之间放置波片。所述相位调制器为非互易有源相位调制器，在正向与反向偏转45°的法拉第旋光器之间依次放置光电晶体和波片。高压变电站中用于电力系统电流测量的全光纤电流传感器由于具有传统电流互感器无法比拟的小型化、人员安全等方面的优点，具有广阔的应用前景。本专利技术主要采用非互易的Sagnac干涉与Faraday磁光效应融合的传感机理，结合两种不同适用范围的非互易相移器结构，设计带有相位补偿的闭环反馈系统，做到对大电流的精确测量。本专利技术创新点主要是对用于Sagnac干涉的非互易相移器的设计，在做到对相位的精确控制的同时完成反馈系统，并对现有相位偏置方案提出了新的思路，弥补了长延时线圈造成的响应缺陷。同时为满足国家特殊用途电流互感器0.5S级及0.2S级标准，设计了带有温度自补偿的相位调节结构，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非互易相移器材的Sagnac干涉型大电流光纤电流互感器测量方法，其特征在于包含以下步骤：（1）搭建非互易相移器，采用保圆偏振光纤制作电流传感头，光纤环匝数为环状Sagnac电流互感器磁致旋转角度与被测电流的最低检测范围的关系公式计算所得，在Sagnac延迟线圈一端上固定设置相位调制器，引入

【技术特征摘要】
1.一种基于非互易相移器材的Sagnac干涉型大电流光纤电流互感器测量方法，其特征在于包含以下步骤：（1）搭建非互易相移器，采用保圆偏振光纤制作电流传感头，光纤环匝数为环状Sagnac电流互感器磁致旋转角度与被测电流的最低检测范围的关系公式计算所得，在Sagnac延迟线圈一端上固定设置相位调制器，引入非互易位差偏置；（2）进行相位检测，电光晶体采用数据采集卡+LabVIEW的形式进行光强信号的采集和数据分析，用鉴相的方式解调电路，最终实现与光强无关的相位解调方式；（3）利用法拉第电流传感实验，当已知法拉第相位偏转角度和传感线圈匝数、通电导线根数与Verdet常数后，通过公式计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：董悦坤，夏嘉明，
申请(专利权)人：国网冀北电力有限公司唐山供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13