本发明专利技术公开了一种全光纤电流互感器及其方法，目的在于解决现有的电磁式电流互感器易受电磁干扰、绝缘结构复杂、存在磁饱和现象等不足。本发明专利技术技术方案为：光源输出的光在Ｙ分支集成光学相位调制器被解调为Ｘ轴和Ｙ轴两路线偏振光，进入λ／４延迟器被转换成左旋和右旋两路圆偏振光，导线中的电流由于法拉第效应产生磁场，当光纤中的光线环绕导线传播时携带法拉第效应相位信息的两束光在返回到Ｙ分支集成光学相位调制器处发生干涉，干涉结果由光纤耦合器进入后续处理系统得到测量处的法拉第效应相位信息。采用光纤作为传感介质，不存在铁磁共振和磁至饱和的隐患，同时具有检测精度高、环境适应性能好等一系列优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光纤型电流互感器，具体地说是一种全光纤电流互感器。
技术介绍
电流测量是电力系统正常运行的基本要求之一。目前，电力系统普遍采用的电流 测量装置是传统的电磁式电流互感器。随着电力系统电流等级的提高，传统的电磁式电流 互感器的缺陷例如易受电磁干扰、绝缘结构复杂、造价高、存在磁饱和及铁磁谐振现象等将 日益突出。而光纤电流测量装置具有抗电磁干扰、绝缘能力强、体积小、造价低等优点，具有 传统的电磁式电流互感器无可比拟的优点。近几十年来国内外对光纤电流测量装置展开了 广泛的开发研究。但这类光纤电流测量装置一般都是基于电光效应偏振调制原理的，有比 较严重的温度效应，系统的温度稳定性差。全光纤电流互感器是一种功能型、相位调制的电流传感器。相对于传统基于电磁 感应原理的，它基于磁光法拉第效应原理，采用光纤作为传感介质，不存在铁磁共振和磁至 饱和的隐患，同时具有频带宽、动态范围大、检测精度高、体积小、重量轻、环境适应性能好， 以及制造和维护成本低等一系列优点。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种全光纤电流互感器。本专利技术的目的是这样实现的一种全光纤电流互感器，由光源、光接收模块、模数 转换器、数字解调器、微处理器、调制驱动器、Y分支集成光学相位调制器、光纤耦合器、保偏 延迟光纤、保偏光纤耦合器、λ/4延迟器、传感光纤和反射镜组成。其结构特征如下光源 与光纤耦合器的第一输入端相连，光接收模块和光纤耦合器的第二输入端相连，光接收模 块，数字转换器、数字解调器、微处理器依次相连，光纤耦合器和Y分支集成光学相位调制 器相连，数字解调器通过调制驱动器和Y分支集成光学相位调制器相连；Y分支集成光学相 位调制器的两个输入端分别通过保偏延迟光纤和普通光纤与保偏耦合器的两个输入端相 连，保偏耦合器的其中一个输出端和λ/4延迟器通过保偏光纤相连，从在λ/4延迟器处接 出的传感光纤缠绕在被测电流导线上，传感光纤的末端安装一个反射镜。Y分支集成光学相位调制器是由一个起偏器，一个分支器和一个光相位调制器组 成的，起偏器将光信号等分为两个正交的线偏振光信号，并分别沿光纤的X轴和Y轴传输。 所述分支器的光功率是均分的，即它的光功率分光比是1 I。所述光相位调制器利用光纤 的双折射特性对两个正交的线偏振光进行同步调制，调制信号来自调制驱动器。输入光输 入Y分支集成光学相位调制器后，Y分支集成光学相位调制器内部的起偏器将输入光信号 转化为χ和y两个模式的线偏振光，Y分支器将线偏振光等分为两路输出，两路输出光进入 相位调制器，其Y分支波导一个用于偏置信号调制，另一个用于反馈信号相位调制，以提供 反馈相移形成闭环监测。本专利技术的工作步骤为光源的光经过光纤耦合器进入Y分支集成光学相位调制器，Y分支集成光学相位调制器将输入光信号进行相位调制后等分为χ和y两个模式的线偏 振光同时由两路输出端输出；该光相位调制信号根据来自数字解调器的调制信号对两路正 交化的线偏振光进行同步调制，然后Y分支集成光学相位调制器的第一输出端经过保偏延 迟光纤输入保偏光纤耦合器的第一输入端，Y分支集成光学相位调制器的第二输出端经过 普通光纤输入保偏光纤耦合器的第二输入端，保偏光纤耦合器的任一输出端输出χ和y两 个模式的线偏振光传输至λ/4延迟器；在λ/4延迟器处，两束线偏光分别被转换成左旋圆 偏光和右旋圆偏光，进人传感光纤；两个光束在围绕导线的传感光纤中传播，到达终点时遇 到反射镜，光线沿同样的路径返回。导线中的电流由于法拉第效应产生磁场，当光纤中的光 线环绕导线传播时，由于磁场的作用使得右旋圆偏光和左旋圆偏光的传输速度不同，从而 形成相差，当两束圆偏光传输到传感光纤末端时，发生镜面反射，两束圆偏光在模式互换左 旋变右旋，右旋变左旋后沿原光路返回，效应加倍，并且在λ /4延迟器处再次转变为两束 模式正交的线偏振光模式也互换了。按照上述所述的光所走的路径为(I)Y分支集成光学相位调制器一保偏延迟光纤一保偏光纤耦合器一 λ /4延迟 器一传感光纤一反射镜一传感光纤一 λ /4延迟器一保偏光纤耦合器一保偏光纤一Y分支 集成光学相位调制器。(2) Y分支集成光学相位调制器一保偏光纤一保偏光纤耦合器一 λ /4延迟器一传 感光纤一反射镜一传感光纤一 λ /4延迟器一保偏光纤耦合器一保偏延迟光纤一Y分支集 成光学相位调制器。由于Y分支集成光学相位调制器和保偏光纤耦合器之间是通过保偏延迟光纤和 保偏光纤两路光纤连接的，保偏延迟光纤的长度远大于保偏光纤的长度，所以保偏延迟光 纤对光的传输有延迟作用，且延迟时间是固定的。当光按照上述两路途径传输时，由于是同 一光源发出的光，且经过的路程相同，必然会有一部分光在Y分支集成光学相位调制器的 起偏器处发生干涉，通过对这部分干涉光的调制解调，可以得到被测电流导线处的法拉第 相位信息。干涉结果由光纤耦合器进入光接收模块转变为电信息，然后进入模数转换器实现 模拟量到数字量的转换，模数转换器的输出接入数字解调器，数字解调器把模数转换器得 到的干涉交流电信号的前后半周期各采多个点，分别作累加，然后相减，得到解调信息，数 字解调器的输出接入控制调制器调制Y分支集成光学相位调制器，用于反馈信号相位调 制，以提供反馈相移形成闭环监测，同时数字解调器的输出解调信息进行微处理器进行后 续信号处理，输出导线中传输的电流值。可以看出，本专利技术中互感器光路系统具有良好的互 易性，干涉结果只携带了法拉第磁光效应产生的相位信息。最终，经过探测器实现光电转换 后的信号表达式为Sd = 0. 5ΚΡ · L · I0 · (l+cosOF)式中Kp是探测器的光电转换系数，L为光路损耗，I0是光源输出光强，Of = 4NVI 是法拉第效应相移(其中，N是传感光纤匝数，V是传感光纤费尔德(Verdet)常数，I是导 线中传输的电流值。λ /4延迟器将来自保偏光纤耦合器的线偏振光转换为圆偏振光，即χ轴的线偏振 光转换为右旋圆偏振光、Y轴的线偏振光转换为左旋圆偏振光。两个圆偏振光经过传感光纤线圈到达端面的反射镜，信号被全反射，并沿着传感光纤线圈反向传播，左旋圆偏振光变 为右旋圆偏振光、右旋圆偏振光变为左旋圆偏振光。λ /4延迟器将反向传播的圆偏振光转 换为线偏振光，即右旋圆偏振光转换为χ轴线偏振光、左旋圆偏振光转换为y轴线偏振光。 进一步的，所述传感光纤端面采用法拉第旋转平面镜，使得光被反射的同时，光的偏振面旋 转90°，然后再耦合到传感光纤中实现了双倍调制，不但使灵敏度可以提高一倍，而且有效 地抵消圆双折射对光路的影响，尤其能够完全消除相位调制器中任何互易性的双折射，系 统抗干扰能力更强。本专利技术的有益效果在于本专利技术设计了一种全光纤电流互感器，它的突出优点是 在相同外界信号激励的环境下能够提高相位灵敏度一倍，而且能够有效的避免相位调制器 偏振态随机变化对干涉系统的影响；同时，能够实现相位调制信息的单根光纤提取。当采用 镀膜等不改变偏振面的反射形式的光反馈方法连接在光纤相位调制器末端时，能够有效的 抵消圆双折射对光路的影响当采用法拉第旋转反射镜作为光反馈装置时，能够完全消除 相位调制器中任何互易性的双折射，系统抗干扰能力强。由此构造的全光纤电流互感器，在 不改变光纤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种全光纤电流互感器，包括光源（１）、光接收模块（２）、模数转换器（３）、数字解调器（４）、微处理器（５）、调制驱动器（６）、光纤耦合器（８），其中光源（１）和光纤耦合器（８）的的输入端相连，光接收模块（２）和光纤耦合器（８）的另一输入端相连，光接收模块（２）、模数转换器（３）、数字解调器（４）、微处理器（５）依次相连，其特征在于：还包括Ｙ分支集成光学相位调制器（７）、保偏光纤耦合器（１０）、λ／４延迟器（１１）、传感光纤（１２）和反射镜（１３）；数字解调器（４）通过调制驱动器（６）和Ｙ分支集成光学相位调制器（７）相连，光纤耦合器（８）的输出端和Ｙ分支集成光学相位调制器（７）相连，Ｙ分支集成光学相位调制器（７）分别通过保偏延迟光纤（９）和保偏光纤（１７）与保偏光纤耦合器（１０）的两个输入端相连，保偏光纤耦合器（１０）的任一输出端和λ／４延迟器（１１）相连、传感光纤（１２）从λ／４延迟器（１１）处接出，末端安装一个反射镜（１３）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，皋魏，席刚，仝芳轩，周正仙，
申请(专利权)人：上海华魏光纤传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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