用于光纤传感器的自适应滤波器制造技术

根据这些示例性实施方式的系统和方法提供了涉及光学电流和电压传感器的方法和系统，且更具体地，提供了涉及用在这种传感器中的滤波器的方法和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请涉及2007年5月4日提交的、题为“Adaptive Filters for FiberOptic Sensors(用于光纤传感器的自适应滤波器)”的第60/927,609号美国专利申请，并要求该申请的优先权，该申请的公开内容在此通过引用并入。背景本专利技术涉及光纤电流和电压传感器，且更特别地，涉及在这种传感器中使用的自适应滤波器。发电行业所使用的电力系统的一个重要方面是测量高压输电线路上承载的功率的能力。在电压被逐步降低用于配电之前，通常已在系统的高压侧上执行了功率测量。然而，越来越需要遍及配电系统的更加频繁和更加准确的功率测量(例如，电压和电流测量)。一些与进行这种功率测量关联的最近的创新涉及到使用光纤传感器。例如，光纤电流传感器基于法拉第效应工作。导线中流动的电流引起磁场，所述磁场通过法拉第效应旋转在围绕载流导线缠绕的光纤中传播的光的偏振面。法拉第定律可表示为：I＝∮HdL  (1)其中I为电流，H为磁场，且对绕电流的闭路取积分。如果感测光纤围绕载流导线缠绕整数圈，且感测光纤中的每一点具有对磁场恒定的灵敏度，则光纤中光的偏振面的旋转依赖于导线中正承载的电流，并对所有外部产生的磁场，例如由附近导线内承载的电流引起的磁场，不灵敏。在存在磁场时，光的偏振面旋转通过的角度ΔΦ给出为：ΔΦ＝V∫HdL  (2)其中V是玻璃纤维的维尔德(Verdet)常数。在该路径自身闭合的情况下，感测光纤沿其路径对磁场进行线积分，其正比于导线中的电流。因此，ΔΦ＝VNI，其中N是感测光纤围绕载流导线缠绕的圈数。由于电流的存在引起的光的偏振态的旋转可通过以下方式来测量：将具有明确定义的线偏振态的光注入感测区域，然后在光退出感测区域后分析光的偏振态。可选地，ΔΦ表示在感测光纤中传播的圆偏振光波遇到的过量相移。此技术与如在1997年7月1日发布的、专利技术人为James N.Blake的题为“Fiber Optic Interferometric Circuit and Magnetic Field Sensor(光纤干涉计量电路和磁场传感器)”的第5,644,397号美国专利中公开的同轴(in-line)光纤电流传感器相关，该专利在此通过引用并入。光纤传感器还公开在1997年12月9日发布的、专利技术人为James N.Blake的题为“FiberOptics Apparatus and Method for Accurate Current Sensing(用于精确电流感应的光纤装置和方法)”的第5,696,858号美国专利以及James N.Blake的题为“Fiber Optic Current Sensor(光纤电流传感器)”的第6,188,811号美国专利中，上述专利的公开内容在此通过引用并入。这些类型的光纤电流传感器具有，例如，它们在很宽动态范围上操作的优点。这使单个的光学电流传感器可能既操作为保护装置又操作为测量装置。在某些电力线中的应用-->要求测量高达170kA的电流以及以几个百分比内的精度处理瞬变电流的能力，而同时又能够在百分之几十的精度内测量1A的电流水平。其他的应用要求对均方根电流宽动态范围的测量。除用于电力品质确定的基频工频(fundamental power frequency)电流外，仍有其他的应用要求精确地测量宽范围的电流谐波。在所有这些示例性应用中，光纤电流传感器依赖其内在的线性和宽带宽操作，以确切地捕获真实的电流值。然而，光纤电流传感器还在感测的电流上增加白噪声。此噪声可以是电子噪声，但还包含与光学感测机构关联的散粒噪声的分量。噪声的存在限制传感器的功能满足前面提到的应用，特别是当真实的电流在动态范围的低端时。某些情况下，接收仪器中更复杂的信号处理可允许光纤传感器的白噪声被滤出，而因此实质上对应用无影响。然而，因为接收仪器并未在考虑光纤传感器的情况下进行设计，因此它们不总是滤出白噪声，而因此产生错误的测量。例如，如果噪声相对于真实的电流是相当大的值，则若没有滤出噪声，均方根电流计算可能严重错误。一种解决此噪声问题的途径是谨慎地配置光纤感测圈数、以及光纤电流传感器中的传感器带宽，以对于应用优化信号、噪声以及线性。然而，此方法使光纤电流传感器可能不能实现全部范围的应用，且从成本的观点来看也不是最适宜的，因为在被感测的电流很小时，要求使用许多圈昂贵的感测光纤。另外，一旦传感器投入使用，感测圈数就不能轻易地改变，所以传感器一旦被安装就很难再被优化。因此，期望提供光学电流(和电压)传感器以及感测方法来解决前述问题。
技术实现思路
根据本专利技术的系统和方法通过提供涉及光纤电流和电压传感器的，且更具体地，涉及用在这种传感器中的自适应滤波器的系统和方法，解决了对此以及其他的需要。根据一个示例性实施方式，光纤电流传感器包括：光源；偏振分束器，其连接到所述光源，具有可逆端口和不可逆端口；法拉第旋转器，其连接到所述偏振分束器；第一1/4波片，其连接到所述法拉第旋转器；保偏光纤，其连接到所述第一1/4波片；第二1/4波片，其连接到所述保偏光纤；感测光纤，其连接到所述第二1/4波片；检测器，其经由所述不可逆端口连接到所述偏振分束器，并具有输出；以及自适应滤波器，其用于滤波所述输出。根据另一个示例性实施方式，一种装置结合光纤电流或电压传感器使用，所述装置包括：分束器，其用于分裂入射信号；梳状滤波器；比较器，其用于比较原始信号与梳状滤波的信号，以及其中所述比较器确定权值；第一增益块，其用于修改从频率跟踪梳状滤波器输出的信号；第二增益块，其用于修改原始信号；以及加法器，其用于由第一增益块和第二增益块的输出生成处理的信号。根据另一个示例性实施方式，一种用于用自适应滤波器感测在大功率电压线上的电流或电压的方法，包括：在梳状滤波器中滤波原始信号，其中所述梳状滤波器输出滤波的信号；通过比较器比较所述原始信号与所述滤波的信号，并输出加权因子；基于所述加权因子，修改所述滤波的信号；基于所述加权因子，修改所述原始信号；以及求和所述修改的滤波的信号与所述修改的原始信号，得到处理的信号。根据另一个示例性实施方式，一种光纤电流传感器包括：源，其产生光；偏移元件，其用于偏移所述光；保偏光纤，其连接到所述偏移元件；1/4波片，其连接到所述保偏光-->纤；感测光纤，其连接到所述1/4波片；反射器，其连接到所述感测光纤；耦合器，其连接到所述光源并连接到检测器，其中所述检测器接收从所述反射器返回的光并产生与其关联的输出；以及自适应滤波器，其用于滤波所述输出。根据另一个示例性实施方式，一种光学感测装置，包括用于感测电流的光电流传感器和用于感测电压的光电压传感器中的至少一个；以及频率跟踪梳状滤波器，其用于滤波用于感测电流的光电流传感器和用于感测电压的光电压传感器中的至少一个的输出。根据又一示例性实施方式，一种光学感测装置，包括用于感测电流的光电流传感器和用于感测电压的光电压传感器中的至少一个；以及自适应滤波器，其响应于所述输出大小的减小，降低用于感测电流的光电流传感器和用于感测电压的光电压传感器中的至少一个的输出的频率响应。附图说明附图示出了本专利技术示例性实施方式，其中：图1描示了根据示例性实施方式的包括自适应滤波器的光学电流传感器；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤电流传感器，包括：光源；偏振分束器，其连接到所述光源，所述偏振分束器具有可逆端口和不可逆端口；法拉第旋转器，其连接到所述偏振分束器；第一１／４波片，其连接到所述法拉第旋转器；保偏光纤，其连接到所述第一１／４波片；第二１／４波片，其连接到所述保偏光纤；感测光纤，其连接到所述第二１／４波片；检测器，其经由所述不可逆端口连接到所述偏振分束器，并具有输出；以及自适应滤波器，其用于滤波所述输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-4 60/927,6091.一种光纤电流传感器，包括：光源；偏振分束器，其连接到所述光源，所述偏振分束器具有可逆端口和不可逆端口；法拉第旋转器，其连接到所述偏振分束器；第一1/4波片，其连接到所述法拉第旋转器；保偏光纤，其连接到所述第一1/4波片；第二1/4波片，其连接到所述保偏光纤；感测光纤，其连接到所述第二1/4波片；检测器，其经由所述不可逆端口连接到所述偏振分束器，并具有输出；以及自适应滤波器，其用于滤波所述输出。2.如权利要求1所述的光纤电流传感器，其中所述自适应滤波器包括梳状滤波器。3.如权利要求2所述的光纤电流传感器，其中所述梳状滤波器是频率跟踪梳状滤波器。4.如权利要求2所述的光纤电流传感器，其中所述自适应滤波器加权所述梳状滤波器的输出以产生加权的梳状滤波器输出，并组合所述加权的梳状滤波器输出与所述输出的加权形式以产生处理的信号。5.如权利要求4所述的光纤电流传感器，其中由比较器产生权重，所述比较器比较所述梳状滤波器的所述输出与所述输出。6.如权利要求2所述的光纤电流传感器，其中所述梳状滤波器包括开关的累加器寄存器。7.一种能够结合光纤电流或电压传感器使用的自适应滤波器装置，所述装置包括：梳状滤波器，其用于接收原始信号并输出梳状滤波的信号；比较器，其用于比较所述原始信号与所述梳状滤波的信号，以确定权值；第一增益块，其用于基于所述权值来修改所述梳状滤波的信号；第二增益块，其用于基于所述权值来修改所述原始信号；以及组合器，其用于由所述第一增益块和所述第二增益块的输出来生成处理的信号。8.如权利要求7所述的装置，还包括：预滤波器，其用于在所述原始信号到达所述比较器之前，滤波所述原始信号。9.如权利要求7所述的装置，其中所述梳状滤波器是频率跟踪梳状滤波器，所述装置还包括：加法器，其用于通过求和原始信号和反馈信号而产生输出；增益乘法器块，其用于将所述输出与增益系数相乘；开关控制器，其控制一对开关，所述开关用于将值从累加器寄存器接通和关断，其中所述开关连同所述累加器寄存器操作为一系列的低通滤波器；复位信号发生器；以及时钟。10.如权利要求7所述的装置，其中所述装置连接到电力品质确定仪器。11.如权利要求7所述的装置，其中所述装置连接到功率计或无功伏安计中的至少一个。12.一种用于用自适应滤波器在大功率电压线上滤波光学检测的电流或电压的方法，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔格拉佐，詹姆士N布莱克，
申请(专利权)人：尼克斯特法斯TD公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]