具有多个模数转换单元的多闭环光纤互感器制造技术

本发明专利技术提供一种光纤互感器，包括光源、光学器件集成组件、传感头、光电探测器、放大滤波单元、信号处理单元。本发明专利技术通过多闭环的控制方式，改善光纤互感器的测量范围、线性度并降低测量误差和角差，从而简化了光纤互感器的结构，有效提高其可靠性、稳定性、检测准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤互感器，尤其涉及具有多个模数(AD)转换单元的光纤电流互感器或光纤电压互感器。
技术介绍
传统的电流互感器或电压互感器都是采用电磁感应原理的，其敏感単元是线圈和铁芯。随着电力系统的不断改造和进步，尤其是坚强智能电网建设，传统的互感器暴露出了一系列严重缺陷绝缘困难、有铁磁共振和磁滞饱和隐患、体积大、造价高、不能测直流、以及模拟量输出等等。近些年来，基于光纤传感和光纤传输技术发展起来的全光纤电流或电压互感器技术不断进步，逐渐具备了推广应用的条件。它采用磁光法拉第效应和泡克耳斯(Pockels)电光效应原理，通过测量两束偏振光相位差的变化，间接地测得待测电流和电压大小。但是光纤互感器(根据测量对象的不同，可以分为光纤电流互感器或者光纤电压互感器)中的光信号传感和传输介质都是光学材料(光纤或晶体)，极易受到环境因素的干扰，因此可能需要在后端信号处理环节增加补偿环节，这样整个互感器的结构和信号处理流程复杂，造成生产不便。另外，为了提高互感器运行可靠性，也有必要对单模数转换单元(下文将模数转换单元简称为AD)的信号处理方案进行改迸。此外，坚强智能电网建设对光纤电流互感器的数字输出也提出了规范接ロ要求，现有技术中还没有对光纤电流互感器的信号处理单元和数据采集单元进行一体化设计的方案。上述现有的光纤电流传感器技术參见CN100575959C、CN101299147B、CN101364475B、CN101521104B、CN101692401B、CNlO1915866A、CNlO1957395A、CN102087307A、CN102082606A 等。本专利技术的目的在于以下几个方面一、简化光纤互感器的结构；ニ、有效提高光纤互感器的可靠性和稳定性；三、提高光纤互感器检测的准确度(測量准确度高就是测量误差小)；四、通过多闭环的控制方式，改善光纤互感器的測量范围、线性度(线性度，即，校准曲线接近规定直线的吻合程度。也可以说是在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出的百分比。)并降低测量误差(比如，比差(即比值误差，测量值与真实值的相对误差称为比差)和角差(即相角误差，指测量值与真实一次电流之间的相位差))；五、提高微弱信号测量的准确度。
技术实现思路
为了简化系统并有效提高系统可靠性，有必要针对互感器的信号处理单元和数据采集单元进行一体化设计。为了提高光纤互感器的小信号敏感能力，同时提高測量准确度和扩大互感器的测量范围，本专利技术提出了ー种光纤互感器的模拟闭环信号检测方案和ー种数字闭环信号检测方案。不论是模拟闭环还是数字闭环，都在光纤互感器的信号处理单元采用多闭环技木。一般设计3个闭环第一个闭环是两束相干偏振光的偏置调制和反馈闭环技术，主要涉及土 /2偏置调制技术和阶梯波反馈技术；第二个闭环是针对光相位调制器半波电压漂移的自动修正闭环技术；第三个闭环是在信号处理环节首先检测出光探測器送过来的信号强度信息，用来对光源驱动进行修正，以稳定光源出光功率的闭环技木。本专利技术的光纤互感器既可以用于模拟闭环控制，也可以用于数字闭环控制。为了有效提高光纤互感器的系统稳定性和运行稳定性，在模拟闭环控制的情况下，在信号处理単元中设置双AD，在数字 闭环信号控制的情况下，也在信号处理单元中设置双AD。在模拟闭环控制中，两个AD的作用相同，都是对模拟闭环中的信号处理单元的输出信号进行数字量化，量化结果送信号输出模块MU(合并单元)。在MU中，一般来自两个AD的数据应完全相同，如有不同或差别较大，即视为输出故障，之后给出报警信息。在数字闭环控制中，两个AD的作用是同时对送来的模拟信号进行量化，它们的作用不同，在后续的信号解算环节对其中ー个AD的输出提取用以作为闭环控制的信息，而对另ー个AD的输出提取用以作为补偿和修正的信息。鉴于上述情况，本专利技术提供ー种光纤互感器，包括光源、光学器件集成组件、传感头、光电探测器、放大滤波単元、信号处理单元，所述光学器件集成组件中包括相位调制器和分光合光器件；所述光学器件集成组件将光源输出的光线通过分光合光器件起偏为两束线偏振光并传输至传感头；接收从传感头处返回的光线并使得返回的光线在所述相位调制器中发生干渉；将干涉结果输出到光电探测器；接收来自信号处理单元的反馈调制信息；所述光电探測器接收光学器件集成组件的光信号输出，利用光电效应将光信号转换为电信号，将电信号输出到信号处理单元；所述信号处理单元中接收光电探測器的输出的信号，对所述信号进行处理，并将信号处理结果作为反馈调制信息反馈给所述光学器件集成组件。根据本专利技术的另ー个实施方式，所述光纤互感器中还包括光源驱动单元和第二光电探测器，第二光电探测器的输入端连接光学器件集成组件中的分光合光器件的输出端，第二光电探测器的输出端连接到光源驱动单元的输入端；其中第二光电探测器检测分光合光器件输出的光信号，并通过光电转换之后转换为电信号的控制信息，从而调节光源驱动单兀的输出。根据本专利技术的另ー个实施方式，所述信号处理单元包括模拟控制単元、第一 AD转换单元、第二 AD转换单元、以及合并单元；所述光电探测器的输出经过放大滤波单元放大滤波之后，输入到模拟闭环控制単元；所述模拟闭环控制単元对输入的模拟信号进行调制，从而得到输出模拟信号，并将输出模拟信号分别输出到第一 AD转换单元、第二 AD转换単元，然后第一 AD转换单元、第二 AD转换单元分别将转换结果输出到合并单元，然后由合并单元向所述光纤互感器外部输出信号。根据本专利技术的另ー个实施方式，由合并单元判断第一 AD转换单元和第二 AD转换単元分别输出的数据是否存在区别，如果存在，则发出报警信息。根据本专利技术的另ー个实施方式，所述信号处理单元包括第三AD转换单元、第四AD转换单元、数字闭环信号处理单元、合并单元；所述光电探測器的输出经过放大滤波单元放大滤波之后，将得到的模拟信号分别输出到第三AD转换单元、第四AD转换单元，然后第三AD转换单元、第四AD转换单元将处理结果分别输出到数字闭环信号处理单元；数字闭环信号处理单元将第三AD转换单元、第四AD转换单元的输出结果进行解算后，分别反馈到光源驱动单元和光学器件集成组件，从而驱动光源驱动单元对光源进行控制以及驱动光学器件集成组件中的相位调制器以对两束相干偏振光的相位进行调制；数字闭环信号处理单元将处理结果输出到合并单元，然后由合并单元向所述光纤互感器外部输出信号。根据本专利技术的另ー个实施方式，第三AD转换单元、第四AD转换单元同时对所述模拟信号进行量化，提取第三AD转换单元的输出作为闭环控制信息，提取第四AD转换单元的输出作为补偿和修正信息。如附图所示，根据下文对最佳实施方式的详细描述，本专利技术公开的这些和其他目的、特征和优点将更为明显。附图说明图I是本专利技术的光纤互感器一个实施例的原理结构示意图；图2是本专利技术的光纤互感器另ー实施例的原理结构示意图；图3是光学器件集成组件的多种方式的原理结构图；图4是用于模拟闭环控制的双AD光纤互感器的一个实施例的结构图；图5是用于数字闭环控制的双AD光纤互感器的一个实施例的结构图；图6是图5所不实施例中数字闭环及修正信号处理的一个实施例结构图；图7是用于模拟闭环控制的一个实施例的信号调制波形示意图；图8是用于数字闭环控制的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石金华，
申请(专利权)人：扬州永阳光电科贸有限公司，
类型：发明
国别省市：