闭环光纤电流互感器制造技术

本实用新型专利技术提供一种闭环光纤电流互感器，包括：光源、光源控制单元、光电探测器、光器件集成组件、传感头。该互感器的光路系统结构简单、便于集成和模块化；所用光学元件体积小、重量轻，且不受电磁干扰，对被测量也没有干扰；利用反射式光路和简单光器件实现正交偏振光的模式互换，形成互易性光路，提高光路抗干扰能力；采用多个闭环技术，有效克服光源功率衰减、光相位调制器半波电压漂移造成的系统测量误差，提高互感器运行稳定性和可靠性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种光纤电流互感器，尤其涉及一种闭环的全光纤方案的电流互感器，它的传感部件和光信号传输部件都是光纤，它的信号处理部分采用ー种相关检测方案的多闭环技木。
技术介绍
电流互感器是电カ输变电网络中最基本、最重要的检测设备之一，它的作用主要包括一、将输电线路上高电压环境中的大电流数值降到可以用二次仪表直接测量的数值，以便于用普通仪表进行測量；ニ、为各种监控及保护设备提供电信号，以监测电カ系统的安全和稳定运行；三、对高电压一次设备和低电压的二次设备进行隔离。因此，电流互感器的性能与电カ系统的安全、可靠和经济运行状况密切相关。电カ 系统中，常规的电流检测设备是采用以电磁互感原理为基础的电流互感器。在高电压、大电流和强功率的电カ系统中，这种传统电流互感器暴露出一系列严重的缺点潜在的突然失效危险、绝缘困难、铁芯磁饱和、二次侧负荷开路等等。光纤电流互感器由于其固有特点而具备传统电磁式电流互感器不可比拟的优势。随着其可靠性的不断提高，光纤电流互感器将成为电カ领域电能计量和保护使用的主要选用设备，已逐步成为国内外业界共识。安培定律指出，当导体内有电流流过时，其周围会产生闭合磁场，采用法拉第磁光效应的办法测量出该磁场就能得到导体内流过电流的大小。光纤电流互感器通常是到体外绕上一定圈数的光纤形成一个光纤传感单元。当导体内有电流流过时，根据法拉第效应，其周围的磁场将使得传感光纤内传输光的偏振方向变化ー个角度，測量出角度的变化量就能得到导体内流过的电流大小。由于该角度很小，直接測量角度来确定电流大小精度很低，因此采用干涉测量的方法，把偏振光角度旋转转变成光的相位变化量，再通过干涉后应用基于相关调制解调的微弱信号处理方法进行提取。但是，现有的光纤电流互感器存在以下一些缺点1、光路系统结构复杂，不利于系统集成；2、光路中的元件容易受到温度等工作条件的影响，測量误差大，不能实现闭环反馈。现有的光纤电流互感器技术參见CN100575959C、CN101299147B、CN101364475B、CN101521104B、CN101692401B、CN101915866A、CN101957395A、CN102087307A、CN102082606A坐寸ο
技术实现思路
本专利技术的目的在于以下几个方面一、光路系统结构简单、便于集成和模块化；ニ、所用光学元件体积小、重量轻，且不受电磁干扰，对被測量也没有干扰；三、利用反射式光路和简单光器件实现正交偏振光的模式互換，形成互易性光路，提高光路抗干扰能力；四、采用多个闭环技术，有效克服光源功率衰减、光相位调制器半波电压漂移造成的系统测量误差，提高互感器运行稳定性和可靠性。为了简化系统并有效提高系统可靠性，有必要针对传感的信号处理单元和数据采集单元进行一体化设计。鉴于上述情况，本专利技术提供一种闭环光纤电流互感器，包括光源、光源驱动单元、光电探测器、光学器件集成组件、传感头，其中，光学器件集成组件，用于将光源输出的光线起偏并分解为模式正交的两束线偏振光，然后把所述两束线偏振光耦合在同一根保偏光纤的两个正交模式上并传输至传感头；接收从传感头处返回的光线并使得返回的光线在所述光学器件集成组件中发生干渉；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，在两束线偏振光间叠加偏置调制相位和反馈调制相位；闭环信号处理单元，接收光电探測器的输出信号，对该信号进行处理，并将信号处理结果作为反馈调制信息反馈给光器件集成组件和光源驱动单元；光源驱动单元，用于给光源提供恒流和温控信息，同时接收信号处理单元的反馈信号输入，使光源输出稳定的光強。根据本专利技术的ー个方面，所述光学器件集成组件包括分光合光器件、保偏光纤、光相位调制器、光延迟器。 根据本专利技术的ー个方面，所述光器件集成组件包括分光合光器件、保偏光纤、光起偏器、光相位调制器、光延迟器。根据本专利技术的ー个方面，所述光器件集成组件包括第一分光合光器件、保偏光纤、Y型光相位调制器、第二分光合光器件、光延迟器。根据本专利技术的ー个方面，所述闭环信号处理单元包括模拟放大滤波単元、模数转换单元、主回路数字逻辑电路、数模转换単元、2 π电压控制单元以及滤波单元。根据本专利技术的ー个方面，采用方波偏置调制方式，在两束相干偏振光间引入土 η /2偏置调制相位差；采用阶梯波反馈调制方式在两束相干偏振光间引入与传感头处形成的法拉第相位信息大小相等、方向相反的相位差；采用相关调制解调的办法进行信号解调。根据本专利技术的ー个方面，模拟放大滤波单元，接收来自光电探测器的电信号，进行放大滤波后输入到模数转换单元；模数转换单元，用于接收模拟放大滤波単元的输出，将经过放大滤波的模拟信号转换为数字信号，然后输出到主回路数字逻辑电路；主回路数字逻辑电路，接收模数转换单元输出，对模数转换单元输出信号进行解调，随之对解调结果进行积分形成数字阶梯波台阶高度，并进一歩累加形成数字阶梯波；接收2 π电压控制单元输出的积分信号，检测是否有周期性的解调误差，以对2 π反馈驱动电压的自动调整；所述主回路数字逻辑电路中还实现数字阶梯波与偏置调制方波的叠加，叠加结果输出到数模转换単元；所述主回路数字逻辑电路还将解调信息的积分结果直接输出至滤波器；2π电压控制単元，用于接收主回路数字逻辑电路的输出，将解调后的信号进行积分，得到表征是否存在2π电压复位误差的信号，并将所述信号输出给主回路数字逻辑电路；数模转换単元，用于接收主回路数字逻辑电路的输出，将数字阶梯波和偏置调制方波信号的叠加结果转换为模拟信号，然后将模拟信号输出给光相位调制器，驱动光相位调制器在两束线偏振光间引入土 η/2偏置调制相位和反馈调制相位差；滤波单元，用于接收积分单元的输出，对积分信号进行滤波，滤波结果作为互感器数字输出。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是图I中闭环信号处理单元的ー个具体实施方式的结构图；图3是图I中光学器件集成组件的多个具体实施方式的结构图；图4是方波调制的波形示意图；图5是阶梯波反馈相位关系的波形示意图。具体实施方式图I是本专利技术所涉及的光纤互感器的一个实施例的原理结构图。根据该实施例，该光纤互感器包括光源驱动单元、光源、光学器件集成组件、传感光纤、反射镜、1/4波片、 光电探测器、闭环信号处理单元、电源。传感光纤、反射镜、1/4波片这三个部件构成传感头。由于传感头属于现有技术，因此未在图I中用文字标明。此外，传感头也可以具有多种实现形式，不属于本专利技术的内容，故不再赘述。光源,用于在光源驱动单兀的控制下输出一定功率的光束。光学器件集成组件，用于接收光源输出的光线，并把光源输出的该光线起偏成线偏振光，随即又把该线偏振光分解为模式正交的两束线偏振光；光学器件集成组件中，把上述两束线偏振振光耦合在同一根保偏光纤的两个正交模式上，即光学器件集成组件送出两束模式正交的线偏振光沿着同一根保偏光纤的两个正交模式前向传输至传感头，并随后接收该两束线偏振光在传感头处敏感法拉第磁光效应后沿原光路模式互換返回的光束，返回的两束光线在光学器件集成组件中发生干渉；光学器件集成组件还用于将两束线偏振光的干涉结果通过光纤输出到光电探测器；此外，光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闭环光纤电流互感器，包括：光源、光源驱动单元、光电探测器、光学器件集成组件、传感头，其特征在于：光学器件集成组件，用于将光源输出的光线起偏并分解为模式正交的两束线偏振光，然后把所述两束线偏振光耦合在同一根保偏光纤的两个正交模式上并传输至传感头；接收从传感头处返回的光线并使得返回的光线在所述光学器件集成组件中发生干涉；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，在两束线偏振光间叠加偏置调制相位和反馈调制相位；闭环信号处理单元，接收光电探测器的输出信号，对该信号进行处理，并将信号处理结果作为反馈调制信息反馈给光器件集成组件和光源驱动单元；光源驱动单元，用于给光源提供恒流和温控信息，同时接收信号处理单元的反馈信号输入，使光源输出稳定的光强。

【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：实用新型
国别省市：