一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感装置及温度补偿方法制造方法及图纸

一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感装置及温度补偿方法，属于光学电流传感测量技术领域。本发明专利技术包括SLD光源、光纤耦合器、光纤起偏器、开关模块、供电模块、开关信号线、信号处理单元和光电探测器；SLD光源和光电探测器与光纤耦合器的输入端相连，光纤起偏器与光纤耦合器的输出端相连，光纤起偏器的另一端接相位调制器，相位调制器接保偏光纤延迟线，保偏光纤延迟线连接1/4波片，1/4波片的另一端接传感部分，供电模块一端接开关模块，开关模块连接传感部分，供电模块的另一端连接传感部分；信号处理单元通过开关信号线与开关模块连接；本发明专利技术可以平衡传感环上各点的温度分布情况，解决传感环受热不均匀导致的测量误差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感装置及温度补偿方法
本专利技术涉及一种全光纤电流互感器，具体涉及一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感装置，属于光学电流传感测量

技术介绍
随着智能电网的发展，电网的电压等级越来越高，传统的电磁式电流互感器由于存在磁路饱和问题，动态性能不好，绝缘安全性不理想等种种弊端，已经不能满足现代智能电网系统建设的需求。而随着现代光纤技术、数字电子技术的发展，全光纤式电流互感器取代传统的电磁式电流互感器已成为发展的必然趋势。全光纤电流互感器采用传感光纤来对电流进行测量，而传感光纤对运行环境温度的波动较为敏感，会导致测量准确度的温度漂移问题，且传感光纤较为脆弱，运行在较低温度环境下，会减小其使用寿命。为解决互感器的温漂问题，通常采用在信号处理单元的壳体外置温度传感光纤，实时侧得环境温度并通过相应算法补偿温度导致的的测量误差，进而提高全光纤电流互感器准确度的温度稳定性，少部分采用温度传感器内置于传感环内，并依赖于温度补偿算法解决传感环受热不均匀问题，但这类温度补偿方式都是被动的，严重依赖于算法精度，算法结构复杂难以实现，可靠性不高，且不能够解决低温运行对传感光纤使用寿命的影响。综上所述，现有的全光纤电流互感器温度补偿技术都是通过补偿算法来解决温度干扰问题，这种被动温度补偿方法存在复杂且补偿能力有限的问题，另外现有的温度补偿技术难以解决传感光纤在较低温度运行时，使用寿命缩短的问题，极大地限制了全光纤电流互感器的使用范围。
技术实现思路
r>本专利技术研发目的是为了解决上述技术问题，在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。本专利技术的技术方案：一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感装置，包括SLD光源、光纤耦合器、光纤起偏器、相位调制器、保偏光纤延迟线、1/4波片、传感部分、开关模块、供电模块、开关信号线、信号处理单元和光电探测器；SLD光源和光电探测器与光纤耦合器的输入端相连，光纤起偏器与光纤耦合器的输出端相连，光纤起偏器的另一端接相位调制器，相位调制器的另一端接保偏光纤延迟线，保偏光纤延迟线的另一端接1/4波片，1/4波片的另一端接传感部分；所述开关模块的数量为N个，所述供电模块一端接开关模块，所述开关模块连接所述传感部分，所述供电模块的另一端连接传感部分；信号处理单元通过开关信号线与开关模块连接；所述光纤耦合器、光纤起偏器、相位调制器、保偏光纤延迟线、1/4波片、传感部分、信号处理单元和光电探测器构成信号处理双闭环反馈结构；所述供电模块、开关模块、传感部分和信号处理单元构成恒温双闭环反馈结构；所述信号处理单元、开关模块和传感部分构成自平衡加热信号反馈结构；所述相位调制器、保偏光纤延迟线、1/4波片、传感部分和信号处理单元构成被测电流信号反馈结构。优选的：所述传感部分包括反射镜、传感光纤、N个相同且等角度分布的温度自平衡加热装置、铝合金外壳、温度传感器信号线、加热器电源线、传感信号集成总线和电源线集成总线；所述传感光纤绕制形成传感环，传感光纤的一端接1/4波片，传感光纤的另一端连接反射镜反射镜，N个温度自平衡加热装置等角度均匀分布在传感光纤绕制成的传感环上，N个温度自平衡加热装置黏合在铝合金外壳内部，N个温度自平衡加热装置分别通过温度传感器信号线与传感信号集成总线建立连接，N个温度自平衡加热装置分别通过加热器电源线与电源线集成总线建立连接，传感信号集成总线与信号处理单元连接，电源线集成总线与供电模块连接。优选的：传感部分内嵌温度自平衡加热装置，温度自平衡加热装置包括温度传感器、加热装置、下柔性绝热垫和上柔性绝热垫，温度传感器与传感光纤通过树脂黏合，铝合金外壳内部一侧采用树脂黏合所述下柔性绝热垫下侧和所述上柔性绝热垫上侧；所述下柔性绝热垫上侧用树脂黏合所述加热装置下侧，所述加热装置上侧用树脂黏合传感光纤；所述上柔性绝热垫下侧用树脂黏合所述温度传感器上侧；所述温度传感器下侧用树脂黏合传感光纤；所述温度传感器通过所述温度传感器信号线接所述传感信号线集成总线；所述加热装置通过所述加热器电源线接所述电源线集成总线；N个开关模块与加热装置一一对应连接；所述供电模块、开关模块和传感部分的加热器电源线和加热装置构成供电回路。优选的：加热装置采用陶瓷加热片，供电模块通过电源线集成总线对陶瓷加热片供电，陶瓷加热片逐步升温并加热传感光纤至目标温度值。优选的：加热装置由两个绕线方向相反的加热螺线管组成，产生大小相同方向相反的两个磁场，加热螺线管等距离摆放于温度传感器两侧。一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感的温度补偿方法，温度传感器将采集到的实时温度值转换为电信号通过温度传感器信号线传递到传感信号集成总线并最终将温度信号值传输到信号处理单元，获取传感光纤上的温度分布差异情况，依据温度自平衡补偿方法分别控制N个开关模块的开断，进而给对应的加热装置进行供电，最终对传感光纤加热至目标值；其中，温度传感器和加热装置实时测量传感光纤上的温度并实时对传感光纤控温，实现边测温边控温。优选的：温度自平衡补偿方法为，传感光纤绕制形成的传感环上等角度分布N个温度自平衡加热装置，每个温度自平衡加热装置中的温度传感器测得该点传感光纤的温度值为Ti(i＝1,2…，N)，并通过信号集成总线将温度信号传递到信号处理单元，信号处理单元分析传感光纤上的温度分布差异情况，确定传感光纤上最高温度值Timax和最低温度值Timin，并将该点的温度值确立为基准值，算得其它各点温度传感器采集到的温度Tj(j＝1,2…N，i≠j)与最高温度值Timax的差异量ΔTi,j＝Tj-Timax，并衡量差异量ΔTi,j与设定阈值TA的大小；如果差异量小于阈值TA，则加热装置暂不启动；若差异量ΔTi,j大于阈值TA，则信号处理单元通过开关信号线给开关模块中对应的第N个可控开关施加触发信号，将对应的第N个可控开关闭合，供电模块通过闭合的第N个可控开关给对应的温度自平衡加热装置中的加热装置供电，加热装置产生热量传导给传感光纤，进而使该点传感光纤升温，当升温过程中该点温度自平衡加热装置中的温度传感器检测到该点处传感光纤达到最大值Timax，信号处理单元通过开关信号线给该点对应的开关模块中的第N个可控开关以断开信号，切断该点的温度自平衡加热装置的供电回路；若Timin低于低温保护阈值TB，则温度自平衡加热装置进入低温保护模式，此时信号处理单元通过开关信号线给所有开关模块中的第1-N个可控开关以触发信号，闭合第1-N个可控开关，供电模块通过闭合的第1-N个可控开关给对应的温度自平衡装置中的加热装置供电，加热装置产生热量传导给传感光纤，进而使传感部分的传感光纤整体升温，当升温过程中其中一点温度自平衡加热装置中的温度传感器检测到该点处传感光纤达到预设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感装置，包括SLD光源(1)、光纤耦合器(2)、光纤起偏器(3)、相位调制器(4)、保偏光纤延迟线(5)、1/4波片(6)、传感部分(7)、信号处理单元(11)和光电探测器(12)，SLD光源(1)和光电探测器(12)与光纤耦合器(2)的输入端相连，光纤起偏器(3)与光纤耦合器(2)的输出端相连，光纤起偏器(3)的另一端接相位调制器(4)，相位调制器(4)的另一端接保偏光纤延迟线(5)，保偏光纤延迟线(5)的另一端接1/4波片(6)，1/4波片(6)的另一端接传感部分(7)，其特征在于：还包括开关模块(8)、供电模块(9)和开关信号线(10)；/n所述开关模块(8)的数量为N个，所述供电模块(9)一端接开关模块(8)，所述开关模块(8)连接所述传感部分(7)，所述供电模块(9)的另一端连接传感部分(7)，信号处理单元(11)通过开关信号线(10)与开关模块(8)连接；/n所述光纤耦合器(2)、光纤起偏器(3)、相位调制器(4)、保偏光纤延迟线(5)、1/4波片(6)、传感部分(7)、信号处理单元(11)和光电探测器(12)构成信号处理双闭环反馈结构；/n所述供电模块(9)、开关模块(8)、传感部分(7)和信号处理单元(11)构成恒温双闭环反馈结构；/n所述信号处理单元(11)、开关模块(8)和传感部分(7)构成自平衡加热信号反馈结构；/n所述相位调制器(4)、保偏光纤延迟线(5)、1/4波片(6)、传感部分(7)和信号处理单元(11)构成被测电流信号反馈结构。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感装置，包括SLD光源(1)、光纤耦合器(2)、光纤起偏器(3)、相位调制器(4)、保偏光纤延迟线(5)、1/4波片(6)、传感部分(7)、信号处理单元(11)和光电探测器(12)，SLD光源(1)和光电探测器(12)与光纤耦合器(2)的输入端相连，光纤起偏器(3)与光纤耦合器(2)的输出端相连，光纤起偏器(3)的另一端接相位调制器(4)，相位调制器(4)的另一端接保偏光纤延迟线(5)，保偏光纤延迟线(5)的另一端接1/4波片(6)，1/4波片(6)的另一端接传感部分(7)，其特征在于：还包括开关模块(8)、供电模块(9)和开关信号线(10)；
所述开关模块(8)的数量为N个，所述供电模块(9)一端接开关模块(8)，所述开关模块(8)连接所述传感部分(7)，所述供电模块(9)的另一端连接传感部分(7)，信号处理单元(11)通过开关信号线(10)与开关模块(8)连接；
所述光纤耦合器(2)、光纤起偏器(3)、相位调制器(4)、保偏光纤延迟线(5)、1/4波片(6)、传感部分(7)、信号处理单元(11)和光电探测器(12)构成信号处理双闭环反馈结构；
所述供电模块(9)、开关模块(8)、传感部分(7)和信号处理单元(11)构成恒温双闭环反馈结构；
所述信号处理单元(11)、开关模块(8)和传感部分(7)构成自平衡加热信号反馈结构；
所述相位调制器(4)、保偏光纤延迟线(5)、1/4波片(6)、传感部分(7)和信号处理单元(11)构成被测电流信号反馈结构。


2.根据权利要求1所述的一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感装置，其特征在于：所述传感部分包括反射镜(7-1)、传感光纤(7-2)、N个相同且等角度分布的温度自平衡加热装置(7-3)、铝合金外壳(7-4)、温度传感器信号线(7-5)、加热器电源线(7-6)、传感信号集成总线(7-7)和电源线集成总线(7-8)；
所述传感光纤(7-2)绕制形成传感环，传感光纤(7-2)的一端接1/4波片(6)，传感光纤(7-2)的另一端连接反射镜反射镜(7-1)，N个温度自平衡加热装置(7-3)等角度均匀分布在传感光纤(7-2)绕制成的传感环上，N个温度自平衡加热装置(7-3)黏合在铝合金外壳(7-4)内部，N个温度自平衡加热装置(7-3)分别通过温度传感器信号线(7-5)与传感信号集成总线(7-7)建立连接，N个温度自平衡加热装置(7-3)分别通过加热器电源线(7-6)与电源线集成总线(7-8)建立连接，传感信号集成总线(7-7)与信号处理单元(11)连接，电源线集成总线(7-8)与供电模块(9)连接。


3.根据权利要求2所述的一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感装置，其特征在于：传感部分(7)内嵌温度自平衡加热装置(7-3)，温度自平衡加热装置(7-3)包括温度传感器(7-3-1)、加热装置(7-3-2)、下柔性绝热垫(7-3-3)和上柔性绝热垫(7-3-4)，温度传感器(7-3-1)与传感光纤(7-2)通过树脂黏合，铝合金外壳(7-4)内部一侧采用树脂黏合所述下柔性绝热垫(7-3-3)下侧和所述上柔性绝热垫(7-3-4)上侧；所述下柔性绝热垫(7-3-3)上侧用树脂黏合所述加热装置(7-3-2)下侧，所述加热装置(7-3-2)上侧用树脂黏合传感光纤(7-2)；所述上柔性绝热垫(7-3-4)下侧用树脂黏合所述温度传感器(7-3-1)上侧；所述温度传感器(7-3-1)下侧用树脂黏合传感光纤(7-2)；
所述温度传感器(7-3-1)通过所述温度传感器信号线(7-5)接所述传感信号线集成总线(7-7)；所述加热装置(7-3-2)通过所述加热器电源线(7-6)接所述电源线集成总线(7-8)；
N个开关模块(8)与加热装置(7-3-2)一一对应连接；
所述供电模块(9)、开关模块(8)和传感部分(7)中的加热器电源线(7-6)和加热装置(7-3-2)构成供电回路。


4.根据权利要求3所述的一种可主动温度补偿的全光纤电流互感器传感装置，其特征在于：加热装置(7-3-2)采用陶瓷加热片，供电模块(9)通过电源线集成总线(7-8)对陶瓷加热片供电，陶瓷加热片逐步升温并加热传感光纤(7-2)至目标温度值。


5.根据权利要求3所述的一种可主动温度补偿的全光...

【专利技术属性】
技术研发人员：程嵩，陈庆国，宋春辉，林林，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23