全光纤电流互感器及其检测模块、光路状态诊断方法技术

本发明专利技术属于全光纤电流互感器技术领域，具体涉及一种全光纤电流互感器及其检测模块、光路状态诊断方法。该方法包括如下步骤：获取全光纤电流互感器的探测器输出的梳状波信号，提取梳状波信号的以下至少一种特征量：梳状波尖峰幅值、梳状波尖峰半高宽和平坦区采样值，以分别对光路偏振特性、调制频率、光路传输特性进行评判，对全光纤电流互感器的光路状态进行诊断。本发明专利技术能够快速诊断一次光路运行状态，提高全光纤电流互感器现场施工质量及长期运行可靠性，为产品性能优化、故障分析提供可靠数据支撑，满足智能电网对电流测量设备的高可靠性需求。靠性需求。靠性需求。

【技术实现步骤摘要】
全光纤电流互感器及其检测模块、光路状态诊断方法


[0001]本专利技术属于全光纤电流互感器
，具体涉及一种全光纤电流互感器及其检测模块、光路状态诊断方法。

技术介绍

[0002]基于光学传感技术的全光纤电流互感器是一种无源电子式电流互感器，采用全光纤光路实现电流信号的闭环检测，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。
[0003]随着全光纤电流互感器投运数量的不断增多，运行稳定性方面的问题也越来越受到关注。全光纤电流互感器在实际运行过程中受到的影响因素主要可分为外因和内因两类，外因主要包括环境温度变化、冲击振动、外部电磁骚扰等，内因主要包括光学器件老化、光路损耗发生变化等，以上因素引起全光纤电流互感器内部关键状态参量发生变化，使其测量准确性和运行可靠性受到影响。
[0004]在全光纤电流互感器中，探测器输出的信号是相位差的余弦函数。由于余弦函数在零相位时斜率为零，对微小相位差反映不灵敏，且无法分辨相差的符号，同时解调算法复杂。采用方波调制技术使相差信息产生
±
π/2偏置，提高系统的灵敏度同时简化了信息解调难度。在方波调制下，探测器输出信号为梳状波，如图4所示。梳状波包含有多种有用信息，原有全光纤电流互感器通过对相邻梳状波平坦区采样值的累加平均、差分解调求得一个光路渡越时间内正比于一次电流的高频数字量，同时过滤掉了梳状波特征量数据，无法对全光纤电流互感器的光路状态进行有效判断。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种全光纤电流互感器及其检测模块、光路状态诊断方法，用以解决现有技术的全光纤电流互感器无法对其光路状态进行有效判断的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案和有益效果为：
[0007]本专利技术的一种全光纤电流互感器的光路状态诊断方法，包括如下步骤：获取全光纤电流互感器的探测器输出的梳状波信号，提取梳状波信号的以下至少一种特征量：梳状波尖峰幅值、梳状波尖峰半高宽和平坦区采样值，以分别对光路偏振特性、调制频率、光路传输特性进行评判，对全光纤电流互感器的光路状态进行诊断；其中，所述梳状波尖峰幅值为一个梳状波周期内的梳状波尖峰顶点值与平坦区采样值均值的差值；所述梳状波尖峰半高宽为一个梳状波周期内两个半高值之间的时间长度，所述半高值为梳状尖峰顶点值的一半。
[0008]本专利技术的一种全光纤电流互感器的检测模块，包括主控单元、模数转换单元和数模转换单元；主控单元通过模数转换单元用于连接全光纤电流互感器的探测器，以获取探测器输出的梳状波信号；并提取梳状波信号的以下至少一种特征量：梳状波尖峰幅值、梳状波尖峰半高宽和平坦区采样值，以分别对光路偏振特性、调制频率、光路传输特性进行评
判，对全光纤电流互感器的光路状态进行诊断；还通过数模转换单元用于连接全光纤电流互感器的相位调制器；其中，所述梳状波尖峰幅值为一个梳状波周期内的梳状波尖峰顶点值与平坦区采样值均值的差值；所述梳状波尖峰半高宽为一个梳状波周期内两个半高值之间的时间长度，所述半高值为梳状尖峰顶点值的一半。
[0009]本专利技术的一种全光纤电流互感器，包括光路敏感模块和检测模块；所述光路敏感模块包括光源和探测器，光源的发射光路上设置有包括耦合器和相位调制器的多个光器件，所述耦合器与探测器相连；所述检测模块包括主控单元、模数转换单元和数模转换单元；主控单元通过模数转换单元用于连接全光纤电流互感器的探测器，以获取探测器输出的梳状波信号；并提取梳状波信号的以下至少一种特征量：梳状波尖峰幅值、梳状波尖峰半高宽和平坦区采样值，以分别对光路偏振特性、调制频率、光路传输特性进行评判，对全光纤电流互感器的光路状态进行诊断；还通过数模转换单元用于连接全光纤电流互感器的相位调制器；其中，所述梳状波尖峰幅值为一个梳状波周期内的梳状波尖峰顶点值与平坦区采样值均值的差值；所述梳状波尖峰半高宽为一个梳状波周期内两个半高值之间的时间长度，所述半高值为梳状尖峰顶点值的一半。
[0010]其有益效果：本专利技术将探测器输出的梳状波信号进行特征量提取，提取的特征量包括以下至少一种：梳状波尖峰幅值、梳状波尖峰半高宽和平坦区采样值，以分别对光路偏振特性、调制频率、光路传输特性进行评判，从而对全光纤电流互感器的光路状态进行诊断，快速诊断一次光路运行状态，提高全光纤电流互感器现场施工质量及长期运行可靠性，为产品性能优化、故障分析提供可靠数据支撑，满足智能电网对电流测量设备的高可靠性需求。
[0011]作为检测模块及全光纤电流互感器的进一步改进，所述检测模块还包括信号调理单元，设置在模数转换模块和探测器之间。
[0012]作为检测模块及全光纤电流互感器的进一步改进，所述主控单元为FPGA。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的全光纤电流互感器的结构示意图；
[0014]图2是本专利技术的全光纤电流互感器的内部结构原理示意图；
[0015]图3是本专利技术的全光纤电流互感器的光路状态诊断方法的流程图；
[0016]图4是现有技术的梳状波形成机理示意图；
[0017]图5是现有技术的梳状波特征量说明示意图；
[0018]图6-1是本专利技术的梳状波与频率匹配时的关系示意图；
[0019]图6-2是本专利技术的梳状波与频率不匹配时的关系示意图；
[0020]图7-1是本专利技术的梳状波与偏振特性关系(高偏)的示意图；
[0021]图7-2是本专利技术的梳状波与偏振特性关系(低偏)的示意图；
[0022]图8-1是本专利技术的梳状波与传输特性关系(高功率)的示意图；
[0023]图8-2是本专利技术的梳状波与传输特性关系(低功率)的示意图；
[0024]图9是本专利技术的梳状波平坦区采样值的采集控制示意图；
[0025]图10是本专利技术的梳状波特征量分析示意图；
[0026]图11-1是本专利技术的理论情况示意图；
[0027]图11-2是本专利技术的理论情况示意图；
[0028]其中，1-全光纤传感环，2-保偏光纤，3-电子单元，4-电源模块，5-信号处理设备。
具体实施方式
[0029]全光纤电流互感器实施例：
[0030]该实施例提供了一种全光纤电流互感器，如图1所示，包括全光纤传感环1、保偏光纤2和电子单元3，电子单元3包括电源模块4和信号处理设备5。全光纤传感环1实现对一次大电流的传变，通过保偏光纤2传送光信号到电子单元3。
[0031]信号处理设备5包括光路敏感模块和检测模块。
[0032]光路敏感模块包含多个光器件，是全光纤传感的物理基础。包含光源和探测器，是发出光信号和接收返回光信号的核心光器件，返回光信号经过检测模块的数据处理及数字积分解调出被测电流，输出满足标准要求的数字信号，提供给阀控、保护装置。光源的发射光路上设置有包括耦合器、起偏器、直波导相位调制器的多个光器件，耦合器与探测器相连。
[0033]如图2所示，光源发出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全光纤电流互感器的光路状态诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：获取全光纤电流互感器的探测器输出的梳状波信号，提取梳状波信号的以下至少一种特征量：梳状波尖峰幅值、梳状波尖峰半高宽和平坦区采样值，以分别对光路偏振特性、调制频率、光路传输特性进行评判，对全光纤电流互感器的光路状态进行诊断；其中，所述梳状波尖峰幅值为一个梳状波周期内的梳状波尖峰顶点值与平坦区采样值均值的差值；所述梳状波尖峰半高宽为一个梳状波周期内两个半高值之间的时间长度，所述半高值为梳状尖峰顶点值的一半。2.一种全光纤电流互感器的检测模块，其特征在于，包括主控单元、模数转换单元和数模转换单元；主控单元通过模数转换单元用于连接全光纤电流互感器的探测器，以获取探测器输出的梳状波信号；并提取梳状波信号的以下至少一种特征量：梳状波尖峰幅值、梳状波尖峰半高宽和平坦区采样值，以分别对光路偏振特性、调制频率、光路传输特性进行评判，对全光纤电流互感器的光路状态进行诊断；还通过数模转换单元用于连接全光纤电流互感器的相位调制器；其中，所述梳状波尖峰幅值为一个梳状波周期内的梳状波尖峰顶点值与平坦区采样值均值的差值；所述梳状波尖峰半高宽为一个梳状波周期内两个半高值之间的时间长度，所述半高值为梳状尖峰顶点值的一半。3.根据权利要求2所述的全光纤电流互感器的检测模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩笑，池立江，袁亮，魏少鹏，郑拓夫，张贺，薛潇敏，赵盼盼，张国锐，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：