專利名稱：全光纖電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力測量領(lǐng)域，具體是一種全光纖電流互感器。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，計量和保護(hù)的需要，使得對高壓輸電線路中的電流進(jìn)行實(shí)時測量 成為必須的任務(wù)。傳統(tǒng)的高壓電流測量系統(tǒng)是充油式電流互感器(Current Transducer, 簡稱CT)，其傳感探頭利用電磁感應(yīng)原理，信號通過導(dǎo)線傳輸，主要缺點(diǎn)是易受電磁干擾、 絕緣困難。為解決高壓隔離及電磁干擾問題，進(jìn)而造成其傳輸線路非常笨重，整個系統(tǒng) 體積龐大，造價昂貴。相比之下，近年來廣受關(guān)注的光學(xué)電流互感器(Optical Cutrent Transducers，簡稱OCT)，以其高絕緣性、抗高電磁噪聲、高線性度響應(yīng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為 是電流互感器的發(fā)展趨勢，有著廣闊的應(yīng)用前景。光學(xué)電流互感器的研究始于上世紀(jì)70年代，經(jīng)過三十多年的探索，許多關(guān)鍵技術(shù) 取得突破，并形成了各種各樣的類型和結(jié)構(gòu)，大體上可分為全光纖型、塊狀玻璃型和混合 型三種。其中全光纖型和塊狀玻璃型OCT主要利用了光學(xué)材料的法拉第效應(yīng)。全光纖型 OCT采用光纖作為傳感材料，具有柔軟可彎曲、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易與傳 輸光纖耦合、可長距離傳輸、便于與計算機(jī)連接組成遙測網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)。而塊狀玻璃型OCT是 為克服光纖型OCT的靈敏度低、線性雙折射問題而出現(xiàn)的，主要缺點(diǎn)是傳感頭加工精度要 求較高，加工時易碎裂、光路耦合難度大、因而成本較高，不易于產(chǎn)業(yè)化。而混合型電流互 感器則是利用傳統(tǒng)的電磁式互感器作為傳感頭，光纖只是用于信號傳輸，存在的問題是傳 感頭部分涉及到有源電路，供電相當(dāng)困難，有待突破，而且沒有從本質(zhì)上解決電磁干擾的問 題。目前，上述三種結(jié)構(gòu)的OCT都有掛網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)歷及產(chǎn)品出現(xiàn)，但相對而言，全光纖型OCT 具有更為明顯的優(yōu)越性，更能滿足實(shí)際需求，尤其是，近年來隨著光纖線性雙折射問題這一 關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)的突破，該類型的OCT的產(chǎn)業(yè)化前景呈現(xiàn)出一片光明。全光纖型電流互感器研究起步最早，1977年英國電力研究中心的A. J. Rogers和 A. M. Smith等人分別對全光纖OCT的原理進(jìn)行了分析，并在實(shí)驗室對實(shí)驗裝置進(jìn)行試驗獲 得成功，于1979年安裝在發(fā)電站試運(yùn)行。而后，德國A. Papp等人對全光纖式OCT的原理、 構(gòu)成、特性、測量及信號處理進(jìn)行了系統(tǒng)專題研究。從90年代起，工作進(jìn)一步深入，許多作 者在解決溫度及振動對測量精度的影響方面進(jìn)行了大量的研究，使得研制工作均取得了顯 著的進(jìn)展。其中，NxtPhase公司研制的230kV和138kV兩個等級的全光纖型0CT，目前已通 過各種工業(yè)性試驗，進(jìn)入商業(yè)生產(chǎn)階段。在國內(nèi)，全光纖型OCT的研究主要集中在關(guān)鍵技術(shù) 的研究，產(chǎn)品化的研制還處于起步階段，未見掛網(wǎng)運(yùn)行的報道?，F(xiàn)有技術(shù)中的全光纖型電流互感器一般通過偏振計量技術(shù)對線偏振光的偏振態(tài) 的改變達(dá)到測量電流的目的，這種測量方式中，由于光傳輸路徑存在非互易性，系統(tǒng)易受光 纖雙折射、環(huán)境溫度、振動等因素的影響。使得這種結(jié)構(gòu)的OCT長期以來在測量精度、長期 運(yùn)行的可靠性等方面難以滿足實(shí)際要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過測量電流對圓偏振光的傳輸速度的改變達(dá)到測量電流的目的，再輔以 法拉第反射鏡技術(shù)，構(gòu)成互易性很好的光路，可以有效抑制光纖雙折射、環(huán)境溫度、振動等 因素對系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性的影響，從而實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠測量，實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品化。本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案一種全光纖電流互感器，包括采用光纜連接的傳感光纖和電子傳感器，其特征是， 所述電子傳感器包括依次采用光纜連接的光源、光耦合器、起偏器和偏振光調(diào)制器，還包括 與光耦合器光纜連接的差分光接收裝置，所述差分光接收裝置還與接信號處理器電氣連 接；在傳感光纖上設(shè)有兩個法拉第反射鏡。在傳感光纖和電子傳感器之間還設(shè)有保偏光纖。本發(fā)明的有益效果在于(1)采用測量圓偏振光傳輸速度差的方式，從本質(zhì)上減低了光纖雙折射的影響；(2)采用目前已經(jīng)商用的超低雙折射光纖作為傳感光纖，進(jìn)一步減小了光纖雙折 射的影響；(3)采用法拉第反射鏡實(shí)現(xiàn)了互易的光路結(jié)構(gòu)，抑制了環(huán)境溫度、振動等因素的影 響；(4)采用差分光接收，消除了光源功率不穩(wěn)定因素的影響；(5)采用偏振光調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測量信號的頻譜搬移，提高了檢測精度和抑制了漂 移的影響。


圖1是本發(fā)明原理框圖。圖中，1-光源，2-差分光接收器，3-光耦合器，4-起偏器，5-偏振光調(diào)制器，6_信 號處理器，7-保偏光纖，8-傳感光纖，9-導(dǎo)線，10-法拉第反射鏡。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，光源1發(fā)出的光被送入光纖，經(jīng)光耦合器3將光信號分為兩個光信 號，然后在起偏器4內(nèi)分為兩個偏振態(tài)互為垂直的線偏振光。這兩個線偏振光經(jīng)偏振光調(diào) 制器5調(diào)制，消除功率帶來的影響，然后經(jīng)保偏光纖7，送到法拉第反射鏡10中，將兩個互 為垂直的線偏光分別變換為右旋和左旋圓偏光，并送入環(huán)繞在電流導(dǎo)線9周圍的傳感光纖 8中，根據(jù)法拉第效應(yīng)，電流導(dǎo)線9周圍的感應(yīng)磁場將使通過磁場的右旋和左旋圓偏光具有 不同的傳輸速度。傳輸速度差的大小正比于磁場的強(qiáng)弱，因而也正比與導(dǎo)線9中的電流。然 后光信號被法拉第反射鏡10反射回光纖，反射光的偏振特性發(fā)生互換，即原先的右旋圓偏 光反射后變?yōu)樽笮€偏光，而左旋圓偏光則變?yōu)橛倚€偏光。反射回的光沿光纖原路回傳， 再次經(jīng)歷法拉第效應(yīng)，由于法拉第效應(yīng)的非互易性，當(dāng)光信號沿原路返回時，兩偏振光之間 的速度差不是抵消而是翻倍。返回的偏振光在差分光接收器2直接轉(zhuǎn)換為光功率變化，并 進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電信號，電信號進(jìn)入信號處理器6中處理。此外，在本方案中，在保偏光纖7 的入射端，通過偏振光調(diào)制器5對兩垂直偏振光之間的相位差進(jìn)行周期預(yù)調(diào)制，從而將測 量信號的頻譜搬移到調(diào)制頻率上，以提高檢測精度和抑制直流漂移。
在本發(fā)明中，兩個偏振態(tài)的光經(jīng)歷的過程完全是對等的，也就是說，光路系統(tǒng)是互 易的?；ヒ紫到y(tǒng)對互易性的影響(如光纖雙折射、溫度、振動等)是可以互為抵消的，而對 于非互易性的法拉第效應(yīng)則是翻倍的。因此，本發(fā)明可以有效抑制光纖雙折射、溫度、振動 等的影響。具有實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠測量的潛力。
權(quán)利要求
一種全光纖電流互感器，包括采用光纜連接的傳感光纖和電子傳感器，其特征是，所述電子傳感器包括依次采用光纜連接的光源、光耦合器、起偏器和偏振光調(diào)制器，還包括與光耦合器光纜連接的差分光接收裝置，所述差分光接收裝置還與接信號處理器電氣連接；在傳感光纖上設(shè)有兩個法拉第反射鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖電流互感器，其特征是，在傳感光纖和電子傳感器之 間還設(shè)有保偏光纖。
全文摘要
一種全光纖電流互感器，屬于電力測量領(lǐng)域，包括采用光纜連接的傳感光纖和電子傳感器，其特征是，所述電子傳感器包括依次采用光纜連接的光源、光耦合器、起偏器和偏振光調(diào)制器，還包括與光耦合器光纜連接的差分光接收裝置，所述差分光接收裝置還與接信號處理器電氣連接；在傳感光纖上設(shè)有兩個法拉第反射鏡。本發(fā)明可以有效抑制光纖雙折射、溫度、振動等的影響，具有實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠測量的潛力。
文檔編號G01R15/24GK101957395SQ20101028386
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者王波, 耿玉桐 申請人:淄博思科電子技術(shù)開發(fā)有限公司