專利名稱：一種全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)信號(hào)檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)信號(hào)檢測(cè)方法及裝置。
背景技術(shù)：
全光纖電流互感器是基于Faraday (法拉第)效應(yīng)，并以光纖作為敏感元件和傳導(dǎo)元件的新型電流傳感裝置。全光纖電流互感器的結(jié)構(gòu)如

圖1所示，其工作原理如下光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)環(huán)形器后由光纖偏振器起偏變?yōu)榫€偏振光；上述光線偏振器的尾纖與相位調(diào)制器的尾纖以45°熔接，線偏振光以45°注入光纖偏振器的保偏光纖，分解為兩束正交模式的線偏振光，分別沿保偏光纖的X軸和Y軸傳輸，并在相位調(diào)制器處受到相位調(diào)制；經(jīng)過(guò)相位調(diào)制后的兩束正交模式的線偏振光經(jīng)過(guò)1/4波片后，分別變?yōu)樽笮膱A偏振光和右旋的圓偏振光，并進(jìn)入傳感光纖；交變電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用于傳感光纖，使得兩束圓偏振光的傳輸速度發(fā)生變化，產(chǎn)生相位差；當(dāng)兩束圓偏振光傳輸?shù)絺鞲泄饫w的末端時(shí)，產(chǎn)生鏡面反射； 經(jīng)過(guò)鏡面反射后，兩束圓偏振光的偏振模式互換(即左旋的圓偏振光變?yōu)橛倚Ｊ?，右旋的圓偏振光變?yōu)樽笮Ｊ?沿原光路返回，再次穿過(guò)傳感光纖，在Faraday效應(yīng)的作用下， 兩束圓偏振光之間的相位差加倍；且這兩束圓偏振光再次通過(guò)1/4波片后變?yōu)榫€偏振光， 且偏振模式互換(即原來(lái)X偏振模式的線偏振光變?yōu)閅偏振模式，原來(lái)Y偏振模式的線偏振光變?yōu)閄偏振模式)；兩束正交模式的線偏振光在光纖偏振器處發(fā)生干涉；攜帶電流信息的干涉光由環(huán)行器進(jìn)入光電探測(cè)器。相應(yīng)的，光電探測(cè)器接收到的光信號(hào)用公式表示如下Id = I0(l+cos 4F)(公式 1)其中，I0為到達(dá)光電探測(cè)器的光功率，F(xiàn)為交變電流引起的Faraday相移?，F(xiàn)有的全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)檢測(cè)通常采用正弦相位調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)，其調(diào)制信號(hào)的公式表達(dá)如下Φ^ ) = Φοβ ηω^ (公式 2)其中，CDtl和別為調(diào)制振幅和調(diào)制頻率。則，兩束相干光之間引入時(shí)變的非互易相移的公式表達(dá)如下Δ Φ (t) = 2Φ。
η(ωωτ/2)(308[ωωα-τ/2)](公式 3)其中，τ為光在全光纖電流互感器光路中的渡越時(shí)間。將上述公式(3)代人上述公式(1)中，并按貝塞爾函數(shù)展開(kāi)，則有如下公式
權(quán)利要求
1.一種全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，包括采用周期為2 τ、幅值為、且占空比不為1 1的不對(duì)稱方波作為調(diào)制信號(hào)，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，所述τ為所述全光纖電流互感器的渡越時(shí)間；在經(jīng)過(guò)相位調(diào)制后的光信號(hào)發(fā)生干涉后，將發(fā)生干涉后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行采樣處理；在每個(gè)調(diào)制周期2 τ內(nèi)，將所述電信號(hào)正半周期的采樣之和與負(fù)半周期的采樣之和取差值，差值結(jié)果記為S1,將所述電信號(hào)的峰值采樣之和記為&，取S1除以&的結(jié)果作為所述全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)信號(hào)檢測(cè)結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括 根據(jù)采樣速率確定所述不對(duì)稱方波的占空比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所述不對(duì)稱方波的占空比為 1 3，則所述發(fā)生干涉后的光信號(hào)的公式表達(dá)為所述經(jīng)相位調(diào)制后的光信號(hào)的相移為η/2時(shí)丄^/2) =全(l-sin4F).所述經(jīng)相位調(diào)制后的光信號(hào)的相移為0時(shí)，4(兄0) = |(l + cos4F).所述經(jīng)相位調(diào)制后的光信號(hào)的相移為-沉/2時(shí)Λ(Κ-;γ/2) =全(l + sin4F).其中，I0為光電探測(cè)器處的光功率，F(xiàn)為所述經(jīng)相位調(diào)制后光信號(hào)的相移。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行采樣處理之前，該方法還包括對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理，經(jīng)過(guò)放大、濾波處理后的電信號(hào)的公式表達(dá)為 所述經(jīng)相位調(diào)制后的光信號(hào)的相移為η/2時(shí)，& (Φρ,;τ/2) = -Ι、 η4Ρ;所述經(jīng)相位調(diào)制后的光信號(hào)的相移為0時(shí)，&= f C0S4F;所述經(jīng)相位調(diào)制后的光信號(hào)的相移為- η /2時(shí)，& (F,-;r/2) = Isin^F ； 其中，K為放大系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述Sl的公式表達(dá)為=S1= MKItlSiMF ； 所述&的公式表達(dá)為S2 = 2MKIAOS4F，其中，M為τ /2內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。
6.一種全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征在于，包括前置放大器單元，分別與光電探測(cè)器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元連接，用于將所述光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理后，發(fā)送給模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元；模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元，分別與所述前置放大器單元和數(shù)字信號(hào)處理單元連接，用于在所述數(shù)字信號(hào)處理單元產(chǎn)生的采樣時(shí)鐘的控制下，將所述前置放大器單元輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，發(fā)送給所述數(shù)字信號(hào)處理單元；數(shù)字信號(hào)處理單元，分別與模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元和方波產(chǎn)生單元連接，用于產(chǎn)生采樣時(shí)鐘并發(fā)送給模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元；產(chǎn)生周期為2 τ、幅值為ν /2、且占空比不為1 1的不對(duì)稱數(shù)字方波并發(fā)送給所述方波產(chǎn)生單元；在每個(gè)調(diào)制周期2 τ內(nèi)，將所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號(hào)正半周期的采樣之和與負(fù)半周期的采樣之和取差值，差值結(jié)果記為S1，將所述數(shù)字信號(hào)的峰值采樣之和記為&，取S1除以&的結(jié)果作為全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)信號(hào)檢測(cè)結(jié)果并輸出；方波產(chǎn)生單元，分別與所述數(shù)字信號(hào)處理單元和所述全光纖電流互感器的相位調(diào)制器連接，用于將所述數(shù)字信號(hào)處理單元產(chǎn)生的不對(duì)稱數(shù)字方波轉(zhuǎn)換為不對(duì)稱模擬方波后輸出給所述相位調(diào)制器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)信號(hào)檢測(cè)方法，包括采用周期為2τ，幅值為Vπ/2的不對(duì)稱方波作為調(diào)制信號(hào)，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，所述τ為所述全光纖電流互感器的渡越時(shí)間；在經(jīng)過(guò)相位調(diào)制后的光信號(hào)發(fā)生干涉后，將發(fā)生干涉后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行采樣處理；在一個(gè)周期2τ中，將所述電信號(hào)正半周期的采樣之和與負(fù)半周期的采樣之和取差值，差值結(jié)果記為S1，將所述電信號(hào)的峰值采樣之和記為S2，取S1除以S2的結(jié)果作為所述全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)信號(hào)檢測(cè)結(jié)果。本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了一種全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)檢測(cè)裝置。由于采用不對(duì)稱方波作為調(diào)制信號(hào)，并在解調(diào)過(guò)程中通過(guò)特定的算法消除干涉輸出結(jié)果中與光源功率、電路增益相關(guān)的因子，使得開(kāi)環(huán)信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果僅與Faraday相移相關(guān)，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01R15/24GK102279300SQ201110117160
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者于佳, 馮秀娟, 張春熹, 張晞, 李傳生, 李彥, 李立京, 王夏霄, 鄔占軍 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)