用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法及装置，该方法包括：采集热敏电阻运行温度，基于热敏电阻运行温度值与预设运行温度值分别确定运行温度偏差量和运行温度偏差变化率；获取控制器对应的控制参数表，并基于运行温度偏差量、运行温度偏差变化率和控制参数表确定控制器运行参数；基于所述控制器运行参数控制半导体光源的温度。本方法实现了对半导体光源温度的实时调整控制，保障了半导体光源温度控制的实时性和稳定性，以及全光纤电流互感器的安全稳定工作。及全光纤电流互感器的安全稳定工作。及全光纤电流互感器的安全稳定工作。

【技术实现步骤摘要】
用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，具体涉及用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法及装置。

技术介绍

[0002]随着特高压电网和智能电网的建设，对交直流大电流传感量测技术提出更高的要求；全光纤电流互感器是一种基于法拉第磁光效应和数字闭环检测技术的光纤传感器，具有可测量交直流电流、高精度、宽频带、绝缘性能好等优点，目前已经逐步得到应用，相比于传统的电磁式电流互感器，全光纤电流互感器的光电模块结构复杂，受电力系统复杂环境的影响，全光纤电流互感器的长期运行可靠性、稳定性尚需提升。
[0003]全光纤电流互感器的原理来源于光纤陀螺技术，属于反射式的光纤干涉仪；从半导体光源发出的光经起偏器形成线偏光，经过光纤传输到达高压导体周围的传感光纤环，导体周围空间产生磁场，在传感光纤中产生磁光效应，线偏光的光波偏振面发生旋转，经过耦合透镜进入检偏器后到达光电探测器，通过信号处理检测干涉光的强度来实现对电流的测量，因此电流测量精度和光源关系极为密切，光源输出功率的稳定性直接影响测量结果。
[0004]半导体激光器具备独特的高单色性、高能量密度，其输出的精准性和稳定性主要受温度、电流两个物理量的影响，由于激光器内部存在多种不可避免的损耗，热量在器件内部沉积，升温会导致阈值电流增大、中心波长漂移，影响全光纤电流互感器的性能，还会缩短光源的使用寿命，因此，必须对半导体光源的工作温度进行精确控制，并提供稳定的电流；常用的方法是使用主动制冷装置，如热电制冷器(TEC，Thermo Electric Cooler)，利用帕尔帖原理，当TEC流过电流时，制冷器的两个面将产生温度差，其热响应时间较短，操作具有可逆性，改变工作电流方向即可实现制冷和制热模式的切换，再将负温度系数(NTC，Negative Temperature Coefficient)型热敏电阻用于温度控制的反馈测量，随着工艺进步，TEC和NTC元件都可以封装于光源模块内部。
[0005]目前，针对半导体光源的温度控制已进行了很多研究，例如，提出了一种激光器温度反馈调节控制电路及方法，采用STM32芯片控制ADN8830温控芯片，STM32芯片通过调节输出到ADN8830温控芯片的电压，控制输出到激光器TEC端的电流，通过旋钮控制输入端设置激光器TEC电流的高电流值、低电流值和判定温度到达设定值的界限，通过ADN8830温控芯片反馈激光器的温度信号，当激光器温度未达到设定值时，电流输出按照设定高电流进行控制，增大温度调节速度；当激光器达温度到设定值时，电流输出按照设定的低电流进行控制，增大调节稳定度。
[0006]上述过程是一种比例控制方式，而比例控制会存在一定稳态误差；目前普遍采用PID(比例
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积分
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微分)算法克服稳态误差，实现半导体光源的恒温控制，例如，针对高精度电流控制、温度控制和磁场干扰问题，提出了一种激光器恒流源驱动和交流控温系统，基于功放的高精度激光器恒流源驱动系统，以及交流温度调制解调检测和交流加热驱动系统，并采用STM32控制器，结合温度模糊自适应PID控制算法进行高精度温度控制。
[0007]在不同温度、不同温差下，TEC的电气特性和工作效率存在差异，在控制过程中把温度作为单一的反馈参数，对温度控制的精度和控温范围存在影响，目前半导体光源温度控制中，引入双闭环控制策略提高性能，例如，将TEC的工作特性与光学晶体中热量传递规律相结合，将被控温度和TEC的自身电气特性变化因素同时纳入控制环节中，建立了温度
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电流双闭环温度控制模型，内环是电流反馈环，惯性小、调整快，采用PI控制，外环是温度反馈环，采用PID控制。
[0008]由于全光纤电流互感器是一种高压电气设备，电磁场、环境温度等工况复杂，对半导体光源可靠性的要求更高，现有技术中提出了一种应用于光纤电流互感器的光源适时恒功率控制装置及方法，对光源光功率、绝对光功率和信噪比参数指标进行计算，当其中任一项参数指标达到设定阈值时，根据互感器光路损耗的监测结果，利用预先构建的半导体光源光功率和中心波长反馈调节模型，适时反馈调节光源驱动电流和管芯温度，对半导体光源进行适时恒功率控制，提高互感器长期运行的稳定性和可靠性。
[0009]上述现有技术仍是一种比例控制方式，可能存在稳态误差；在全光纤电流互感器光源的恒温控制中，需要考虑热电制冷温度控制非线性、时变的特点，并采用双闭环控制策略，由于控制器采用模拟PID控制，需要对被控对象建立精确的数学模型，在实际控制过程中，控制器各参数处于固定状态，难以动态调整，而TEC又具有非线性、大时延的特点，全光纤电流互感器的运行环境复杂、工作状态存在变化，如果参数设计不合理，将引起控制失稳，甚至会导致全光纤电流互感器失效、电力自动化装置误动作等故障。
[0010]因此，需要针对全光纤电流互感器对高可靠性的需求，对半导体光源的恒温控制方法进行研究，保障全光纤电流互感器的安全稳定工作。

技术实现思路

[0011]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中采用比例控制方式对半导体光源的工作温度进行控制，无法保障全光纤电流互感器的安全稳定工作缺陷，从而提供用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法及装置。
[0012]本专利技术实施例提供了用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法，包括如下步骤：
[0013]采集热敏电阻运行温度，基于所述热敏电阻运行温度值与预设运行温度值分别确定运行温度偏差量和运行温度偏差变化率；
[0014]获取控制器对应的控制参数表，并利用所述控制参数表确定所述运行温度偏差量、所述运行温度偏差变化率对应的控制器运行参数；
[0015]基于所述控制器运行参数控制半导体光源的温度。
[0016]本专利技术提供的用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法，针对全光纤电流互感器的高可靠性要求，以及热电制冷器温度控制和工作环境温度非线性、时变的特点，利用控制参数表获得控制器运行参数，进而实时调整控制半导体光源的温度，保障了半导体光源温度控制的实时性和稳定性，以及全光纤电流互感器的安全稳定工作。
[0017]可选地，所述获取控制器对应的控制参数表，并利用所述控制参数表确定所述运行温度偏差量、所述运行温度偏差变化率对应的控制器运行参数，包括：
[0018]获取热敏电阻测量温度库中的测量温度偏差量与测量温度偏差变化率，对所述测
量温度偏差量与所述测量温度偏差变化率分别进行预处理，生成所述测量温度偏差量与所述测量温度偏差变化率对应的控制器测量参数；
[0019]基于所述测量温度偏差量、所述测量温度偏差变化率与所述控制器测量参数构建控制参数表；
[0020]分别将所述温度偏差率与所述偏差变化率与所述控制参数表中的所述测量温度偏差量与所述测量温度偏差变化率进行匹配，并基于匹配结果调取所述控制器测量参数作为所述控制器运行参数。
[0021]可选地，所述对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：采集热敏电阻运行温度，基于所述热敏电阻运行温度值与预设运行温度值分别确定运行温度偏差量和运行温度偏差变化率；获取控制器对应的控制参数表，并利用所述控制参数表确定所述运行温度偏差量、所述运行温度偏差变化率对应的控制器运行参数；基于所述控制器运行参数控制半导体光源的温度。2.根据权利要求1所述的用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法，其特征在于，所述获取控制器对应的控制参数表，并利用所述控制参数表确定所述运行温度偏差量、所述运行温度偏差变化率对应的控制器运行参数，包括：获取热敏电阻测量温度库中的测量温度偏差量与测量温度偏差变化率，对所述测量温度偏差量与所述测量温度偏差变化率分别进行预处理，生成所述测量温度偏差量与所述测量温度偏差变化率对应的控制器测量参数；基于所述测量温度偏差量、所述测量温度偏差变化率与所述控制器测量参数构建控制参数表；分别将所述温度偏差率与所述偏差变化率与所述控制参数表中的所述测量温度偏差量与所述测量温度偏差变化率进行匹配，并基于匹配结果调取所述控制器测量参数作为所述控制器运行参数。3.根据权利要求2所述的用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法，其特征在于，所述对所述测量温度偏差量与所述测量温度偏差变化率分别进行预处理，生成所述测量温度偏差量与所述测量温度偏差变化率对应的控制器测量参数，包括：分别基于所述测量温度偏差量与所述测量温度偏差变化率确定偏差值集合与偏差变化率集合；分别对所述偏差值集合与所述偏差变化率集合进行模糊化处理，并利用模糊控制规则生成偏差值模糊控制量和偏差变化率模糊控制率；分别对所述偏差值模糊控制量和所述偏差变化率模糊控制量进行解模糊处理，生成所述测量温度偏差量与所述测量温度偏差变化率对应的控制器测量参数。4.根据权利要求3所述的用于光纤电流互感器中半导体光源的温度控制方法，其特征在于，所述分别对所述偏差值集合与所述偏差变化率...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁云，王瑶，郭志民，谢凯，牛晓晨，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：