一种温度应变补偿型光纤电流传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种温度应变补偿型光纤电流传感器，首次将少模探测方法和扭转光纤结合应用于反射型光纤电流传感器，进一步优化光纤电流传感系统；采用匀速率扭转光纤代替普通的传感光纤，消除了光纤中线性双折射造成的误差，降低了其温度敏感性，提升了其抗应力作用，能够减小传感光纤受温度和应变的影响。使用变速率扭转光纤代替四分之一波片，消除了四分之一波片的熔接误差和延迟误差，提高了系统的测量精度。通过引入少模探测和扭转光纤的综合方案可以实现对温度和应变的准确测量和补偿，消除温度和应变误差对光纤电流传感器的影响，提高电流的测量精度。此外，系统采用相干检测的方案，能够降低噪声对系统的影响。能够降低噪声对系统的影响。能够降低噪声对系统的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种温度应变补偿型光纤电流传感器


[0001]本专利技术属于电流测量领域，更具体地，涉及一种温度应变补偿型光纤电流传感器。

技术介绍

[0002]随着电力系统的不断发展，传统的电磁式电流传感器暴露出越来越多的问题，不能满足高电压、大电流的应用环境，因此光纤电流传感器是目前的研究重点。光纤电流传感器是根据法拉第效应的原理工作的，电流通过电导体(导线)产生感应磁场，感应磁场通过法拉第效应使缠绕在传导电流的导线上的光纤中传播的偏振面旋转。当传感光纤沿电流形成闭合回路时，偏振面的旋转角度F等于：F＝NV∮
L
H
·
dL＝NVI；此处V表示光纤材料的费尔德常数，I表示电流，H表示此处由电流I产生的感应磁场，N表示传感光纤线圈匝数。
[0003]尽管光纤电流传感器存在测量动态范围大、抗电磁干扰能力强、成本低等诸多优势，在工程应用中仍面临一些问题，如系统依赖温度等环境因素和光纤受到应变等因素的影响，阻碍了光纤电流传感器的实用化进程。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种温度应变补偿型光纤电流传感器，由此解决现有技术中由于误差的影响导致电流测量精度低的技术问题的技术问题，通过消除温度和应变误差对光纤电流传感器的影响，提高电流的测量精度。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种温度应变补偿型光纤电流传感器，包括：激光器、模式调制器、光纤耦合器、线偏振器、 45
°
熔接点、相位调制器、变速率扭转光纤、匀速率扭转传感光纤环、导线、反射镜、第一少模光纤模式探测模块、第二少模光纤模式探测模块和信号处理控制模块；
[0006]所述激光器输出的光经模式调制器形成具有两种光纤传输模式的少模探测光，并依次经过光纤耦合器、线偏振器和45
°
熔接点，形成两束正交的线偏振光；经相位调制器进入变速率扭转光纤，形成两束旋向相反的圆偏振光；再经匀速率扭转传感光纤环到达反射镜处进行模式互换后，原路返回至光纤耦合器，被分成两路后分别进入第一少模光纤模式探测模块和第二少模光纤模式探测模块；
[0007]所述第一少模光纤模式探测模块和第二少模光纤模式探测模块分别探测两种光纤传输模式下光纤的温度和应变信息，信号处理控制模块基于所述温度和应变信息，得到待测电流值。
[0008]优选地，所述信号处理控制模块基于所述第一少模光纤模式探测模块和第二少模光纤模式探测模块的输出信号，获取两种光纤传输模式下的两束偏振光之间的相位差及光纤的温度和应变信息；基于所述相位差确定待测电流，并基于所述温度和应变信息对所述待测电流进行补偿，得到导线中电流的大小。
[0009]优选地，还包括与信号处理控制模块连接的输出单元，用于输出待测电流值。
[0010]优选地，所述两束旋向相反的圆偏振光经过匀速率扭转传感光纤环时，受到导线
中电流产生的电磁作用，因法拉第磁光效应使两束旋向相反的圆偏振光之间产生2F相位差；经过反射镜原路返回经过匀速率扭转传感光纤环时再次受到法拉第磁光效应，相位差加倍为4F。
[0011]优选地，变速率扭转光纤满足扭转率大于光纤中固有的线性双折射条件；匀速率扭转传感光纤环的光纤直径及折射率参数同匀速率扭转光纤一致。
[0012]优选地，所述相位调制器用于施加一个主动的相位差，让两次相位调制的附加相移等于π/2，以使系统工作在灵敏度较高的线性区。
[0013]优选地，所述相位调制器在方波调制下，输出波形的幅值大小与待测电流大小成正比；在正弦调制下，输出波形两个极小值之间的差与待测电流大小成正比。
[0014]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0015]1、本专利技术提供的温度应变补偿型光纤电流传感器，首次将少模探测方法和扭转光纤结合应用于反射型光纤电流传感器，进一步优化光纤电流传感系统；采用匀速率扭转光纤代替普通的传感光纤，消除了光纤中线性双折射造成的误差，降低了其温度敏感性，提升了其抗应力作用，能够减小传感光纤受温度和应变的影响。使用变速率扭转光纤代替四分之一波片，消除了四分之一波片的熔接误差和延迟误差，提高了系统的测量精度。
[0016]2、本专利技术提供的温度应变补偿型光纤电流传感器，利用少模探测方式实现对光纤电流传感器的温度和应力的同时测量和补偿，进一步提高了系统的测量精度；此外，系统采用相干检测的方案，能够降低噪声对系统的影响。
附图说明
[0017]图1为本专利技术提供的温度应变补偿型光纤电流传感器的结构示意图；
[0018]图2为本专利技术提供的模式调制器产生的光纤传输模式示意图；
[0019]图3为本专利技术提供的匀速率扭转光纤示意图；
[0020]图4为本专利技术提供的变速率扭转光纤示意图。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0022]光纤电流传感器的误差来源主要有三个：工艺误差、温度误差和应变误差。其中工艺误差随着熔接工艺及制备工艺的成熟已经逐步减小，但是温度和应变误差对光纤电流传感器的精度问题影响较大。温度误差主要来自传感部分，温度改变会造成传感光纤的热胀冷缩，改变了光纤表面的应力分布，产生温致线性双折射；温度还会改变光纤费尔德常数，这是光纤感应磁场的基本参数。应变误差来源于光纤受到轴向的拉伸应力而发生应变，导致光纤中产生了应变线性双折射。
[0023]本专利技术首次将扭转光纤和少模探测应用在光纤电流传感器中，消除温度和应变误差对光纤电流传感器的影响，提高电流的测量精度。
[0024]本专利技术提供的温度应变补偿型光纤电流传感器包括：激光器、模式调制器、光纤耦合器、线偏振器、45
°
熔接点、相位调制器、变速率扭转光纤、匀速率扭转传感光纤环、导线反射镜、第一少模光纤模式探测模块、第二少模光纤模式探测模块、信号处理控制模块和输出单元；
[0025]激光光源的尾纤与模式调制器的输入光纤熔接，模式调制器的光纤与光纤耦合器的输入光纤熔接，光纤耦合器的两根尾纤与分别与第一少模光纤模式探测模块、第二少模光纤模式探测模块熔接，另一根尾纤与线偏振器的输入光纤熔接，线偏振器的一根尾纤通过相位调制器的输入光纤熔接，相位调制器的尾纤与变速率扭转光纤熔接，匀速率扭转光纤与变速率扭转光纤的尾纤熔接，匀速率扭转光纤的末端镀有反射膜。
[0026]相对于普通的反射型光纤电流传感器，本专利技术首次将扭转光纤和少模探测方式结合应用于传感光纤的温度和应力补偿，进一步优化光纤电流传感系统。本专利技术系统用匀速率扭转光纤代替普通的传感光纤，消除了光纤中线性双折射造成的误差，降低了其温度敏感性，提升了其抗应力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度应变补偿型光纤电流传感器，其特征在于，包括：激光器(1)、模式调制器(2)、光纤耦合器(3)、线偏振器(4)、45
°
熔接点(5)、相位调制器(6)、变速率扭转光纤(7)、匀速率扭转传感光纤环(8)、导线(9)、反射镜(10)、第一少模光纤模式探测模块(11)、第二少模光纤模式探测模块(12)和信号处理控制模块(13)；所述激光器输出的光经模式调制器(2)形成具有两种光纤传输模式的少模探测光，并依次经过光纤耦合器(3)、线偏振器(4)和45
°
熔接点(5)，形成两束正交的线偏振光；经相位调制器(6)进入变速率扭转光纤(7)，形成两束旋向相反的圆偏振光；再经匀速率扭转传感光纤环(8)到达反射镜(10)处进行模式互换后，原路返回至光纤耦合器，被分成两路后分别进入第一少模光纤模式探测模块(11)和第二少模光纤模式探测模块(12)；所述第一少模光纤模式探测模块和第二少模光纤模式探测模块分别探测两种光纤传输模式下光纤的温度和应变信息，信号处理控制模块(13)基于所述温度和应变信息，得到待测电流值。2.如权利要求1所述的温度应变补偿型光纤电流传感器，其特征在于，所述信号处理控制模块(13)基于所述第一少模光纤模式探测模块和第二少模光纤模式探测模块的输出信号，获取两种光纤传输模式下的两束偏振光之间的相位差及光纤的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵茗，袁宇波，刘森浩，戴锋，庞福滨，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：