一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法技术

本发明专利技术涉及一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法，所述光学电流传感器包括依次设置位于同一光路上的激光源、起偏器、磁光薄膜和径向偏振光栅，所述方法包括以下步骤：利用激光源发出光信号，依次经过起偏器、磁光薄膜和径向偏振光栅，在待测电流作用下，输出信号叠加了法拉第磁致旋光角α与应力线双折射γ，形成平移的条形光斑；通过位置敏感探测器定位条形光斑位置进行线偏振光的偏振面旋转角度的测量；检测待测电流的交流过零点，在过零点时刻获取位置敏感探测器测量的偏振面旋转角度作为应力线双折射γ；通过获取的应力线双折射γ对光学电流传感器的输出信号进行补偿。进行补偿。进行补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法


[0001]本专利技术涉及一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法，属于光学电流传感器校正


技术介绍

[0002]基于法拉第磁光效应的光学电流传感器具有无源、绝缘性能好、响应频带宽、抗干扰能力强等优势，符合我国智能电网的发展需求，具有良好的发展前景。但是，光学电流传感器的磁光材料与光纤容易产生应力线双折射。通常应力线双折射是法拉第磁致旋光角的几倍甚至几十倍，对旋光角产生严重的熄灭作用，劣化了光学电流传感器测量的准确性与长期运行的可靠性，成为多年来制约其实用化的瓶颈，被业界称之为“世界难题”。
[0003]现有光学电流传感器基于马吕斯定律，通过检测输出光强以实现法拉第磁致旋光角的近似线性测量。这一测量模式具有光功率依赖性与非线性测量等缺陷，导致磁光材料与光学材料引入的应力线双折射与法拉第磁致旋光角混叠在一起，难以分离与补偿，这也是始终未能有效地解决应力线双折射问题的症结所在。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法，实现对应力线双折射进行直接测量并基于测量结果进行应力线双折射的补偿消除。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一方面，本专利技术提出一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法，所述光学电流传感器包括依次设置位于同一光路上的激光源、起偏器、磁光薄膜和径向偏振光栅，所述方法包括以下步骤：
[0007]利用激光源发出光信号，依次经过起偏器、磁光薄膜和径向偏振光栅，在待测电流作用下，输出信号叠加了法拉第磁致旋光角α与应力线双折射γ，形成平移条形光斑；
[0008]通过位置敏感探测器定位条形光斑位置进行线偏振光的偏振面旋转角度的测量；
[0009]检测待测电流的交流过零点，在过零点时刻获取位置敏感探测器测量的偏振面旋转角度作为应力线双折射γ；
[0010]通过获取的应力线双折射γ对光学电流传感器的输出信号进行补偿。
[0011]作为优选实施方式，所述通过位置敏感探测器定位条形光斑进行线偏振光的偏振面旋转角度的测量的方法具体为：
[0012]通过位置敏感探测器定位条形光斑的暗纹中心的初始位置；
[0013]在测量待测电流时，通过位置敏感探测器定位条形光斑的暗纹中心的当前位置，并通过暗纹中心的当前位置和初始位置计算光斑位移量Δx；
[0014]基于光斑位移量Δx与偏振面旋转角度的关系获取偏振面旋转角度的值。
[0015]作为优选实施方式，所述光斑位移量Δx与偏振面旋转角度的关系获取的方法为：
[0016]获取通过磁光薄膜输出的光矢E1为：
[0017][0018]其中，J
r
为传输矩阵，E
in
为来自激激光源的入射光经起偏器得到线偏振光，A表示输入光强，α
’
＝α+γ为计及应力线双折射时线偏振光偏振面的旋转角度；
[0019]E1在x与y方向的振动分量合成后得到一束线偏振光，其振幅仍为A，偏振方位角θ为：
[0020][0021]因此E1的θ与α
’
满足线性关系：
[0022]θ＝α
′
；
[0023]E1经过条形径向偏振光栅解调后转化成条形光斑，其中暗纹中心位置对应E1的偏振面，并随α
’
的变化线性平移，θ与光斑位移量Δx满足：
[0024][0025]因此得到：
[0026][0027]其中，l为光栅的长度。
[0028]另一方面，本专利技术还提出一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿系统，所述光学电流传感器包括依次设置位于同一光路上的激光源、起偏器、磁光薄膜和径向偏振光栅，所述系统包括：
[0029]启动模块，用于利用激光源发出光信号，依次经过起偏器、磁光薄膜和径向偏振光栅，在待测电流作用下，输出信号叠加了法拉第磁致旋光角α与应力线双折射γ，形成平移条形光斑；
[0030]测量模块，用于通过位置敏感探测器定位条形光斑位置进行线偏振光的偏振面旋转角度的测量；
[0031]交流过零点检测模块，用于检测待测电流的交流过零点；
[0032]应力线双折射确定模块，用于在过零点时刻获取位置敏感探测器测量的偏振面旋转角度作为应力线双折射γ；
[0033]补偿模块，用于通过获取的应力线双折射γ对光学电流传感器的输出信号进行补偿。
[0034]作为优选实施方式，所述测量模块具体包括：
[0035]初始位置测量单元，用于通过位置敏感探测器定位条形光斑的暗纹中心的初始位置；
[0036]光斑位移计算单元，用于在测量待测电流时，通过位置敏感探测器定位条形光斑
的暗纹中心的当前位置，并通过暗纹中心的当前位置和初始位置计算光斑位移量Δx；
[0037]偏振面旋转角度计算单元，用于通过光斑位移量Δx与偏振面旋转角度的关系获取偏振面旋转角度的值。
[0038]作为优选实施方式，所述偏振面旋转角度计算单元中光斑位移量Δx与偏振面旋转角度的关系获取的方法为：
[0039]获取通过磁光薄膜输出的光矢E1为：
[0040][0041]其中，J
r
为传输矩阵，E
in
为来自激激光源的入射光经起偏器得到线偏振光，A表示输入光强，α
’
＝α+γ为计及应力线双折射时线偏振光偏振面的旋转角度；
[0042]E1在x与y方向的振动分量合成后得到一束线偏振光，其振幅仍为A，偏振方位角θ为：
[0043][0044]因此E1的θ与α
’
满足线性关系：
[0045]θ＝α
′
；
[0046]E1经过条形径向偏振光栅解调后转化成条形光斑，其中暗纹中心位置对应E1的偏振面，并随α
’
的变化线性平移，θ与光斑位移量Δx满足：
[0047][0048]因此得到：
[0049][0050]其中，l为光栅的长度。
[0051]再一方面，本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术任一实施例所述的光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法。
[0052]再一方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如本专利技术任一实施例所述的光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法。
[0053]本专利技术具有如下有益效果：
[0054]本专利技术一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法，基于条形径向偏振光栅输出叠加了法拉第磁致旋光角α与应力线双折射γ的条形光斑，通过光斑定位实现对偏振面旋转角度的直接线性测量。基于待测交流电流过零时电流磁场为零，则法拉第磁致旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法，其特征在于，所述光学电流传感器包括依次设置位于同一光路上的激光源、起偏器、磁光薄膜和径向偏振光栅，所述方法包括以下步骤：利用激光源发出光信号，依次经过起偏器、磁光薄膜和径向偏振光栅，在待测电流作用下，输出信号叠加了法拉第磁致旋光角α与应力线双折射γ，形成平移条形光斑；通过位置敏感探测器定位条形光斑位置进行线偏振光的偏振面旋转角度的测量；检测待测电流的交流过零点，在过零点时刻获取位置敏感探测器测量的偏振面旋转角度作为应力线双折射γ；通过获取的应力线双折射γ对光学电流传感器的输出信号进行补偿。2.根据权利要求1所述的一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法，其特征在于，所述通过位置敏感探测器定位条形光斑进行线偏振光的偏振面旋转角度的测量的方法具体为：通过位置敏感探测器定位条形光斑的暗纹中心的初始位置；在测量待测电流时，通过位置敏感探测器定位条形光斑的暗纹中心的当前位置，并通过暗纹中心的当前位置和初始位置计算光斑位移量Δx；基于光斑位移量Δx与偏振面旋转角度的关系获取偏振面旋转角度的值。3.根据权利要求2所述的一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿方法，其特征在于，所述光斑位移量Δx与偏振面旋转角度的关系获取的方法为：获取通过磁光薄膜输出的光矢E1为：其中，J
r
为传输矩阵，E
in
为来自激激光源的入射光经起偏器得到线偏振光，A表示输入光强，α
’
＝α+γ为计及应力线双折射时线偏振光偏振面的旋转角度；E1在x与y方向的振动分量合成后得到一束线偏振光，其振幅仍为A，偏振方位角θ为：因此E1的θ与α
’
满足线性关系：θ＝α
′
；E1经过条形径向偏振光栅解调后转化成条形光斑，其中暗纹中心位置对应E1的偏振面，并随α
’
的变化线性平移，θ与光斑位移量Δx满足：因此得到：其中，l为光栅的长度。
4.一种光学电流传感器应力线双折射的交流过零补偿系统，其特征在于，所述光学电流传感器包括依次设置位于同一光路上的激光源、起偏器、磁光薄膜和径向偏振光栅，所述系统包括：启动模块，用于利用激光源发出光信号，依次经过起偏器、磁光薄膜和径向偏振光栅，在待...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，徐启峰，陈鸿毅，黄奕钒，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司国网福建省电力有限公司电力科学研究院福州大学，
类型：发明
国别省市：