專利名稱：一種混合式光學(xué)電流互感器及其實(shí)現(xiàn)自校正測(cè)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)電流互感器。
背景技術(shù)：
電流互感器是電力系統(tǒng)不可或缺的電力設(shè)備。混合式光學(xué)電流互感器采用集磁環(huán)聚磁，并采用光學(xué)電流傳感器測(cè)量，集電磁式電流互感器和光學(xué)電流互感器的優(yōu)點(diǎn)于一身，集磁環(huán)的使用可以提高混合式光學(xué)電流互感器的抗外磁場(chǎng)干擾能力，其良好的聚磁能力還可以極大增強(qiáng)光學(xué)電流傳感器處的磁場(chǎng)，從而提高混合式光學(xué)電流互感器的靈敏度；光學(xué)電流傳感器具備交、直流測(cè)量能力，可以對(duì)待測(cè)電流進(jìn)行全息測(cè)量。但是，集磁環(huán)是鐵磁材料制作而成，存在磁飽和的問題，會(huì)導(dǎo)致混合式光學(xué)電流互感器的線性度較差，特別是集磁環(huán)進(jìn)入磁飽和后其測(cè)量精度甚至是不可接受的；此外，光學(xué)電流傳感器還存在線性雙折射導(dǎo)致的測(cè)量精度溫漂問題，使混合式光學(xué)電流互感器的準(zhǔn)確度下降。這些問題的存在阻礙了混合式光學(xué)電流互感器的實(shí)用化進(jìn)程。解決混合式光學(xué)電流互感器存在的線性度差、溫漂問題具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度，國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者對(duì)此作了許多針對(duì)性的研究，并提出了一些解決方案?，F(xiàn)有解決方案的主要思想是:通過對(duì)混合式光學(xué)電流互感器的傳感頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提高測(cè)量的線性度和準(zhǔn)確度，具體包括精心設(shè)計(jì)集磁環(huán)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)、擇磁導(dǎo)率高且剩磁小的鐵磁材料作為集磁環(huán)的材料、合理設(shè)計(jì)磁光晶體的長(zhǎng)度和安裝位置等。但這些措施只是針對(duì)其中某一特定影響因素進(jìn)行改進(jìn)，盡管獲得了一定的改進(jìn)效果，但對(duì)混合式光學(xué)電流互感器整體性能的提高效果有限，未能根本解決混合式光學(xué)電流互感器的線性度差和溫漂的問題。混合式光學(xué)電流互感器要實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)用化，必須尋找解決混合式光學(xué)電流互感器線性度差、溫度漂移問題的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的混合式光學(xué)電流互感器存在的線性度差問題和測(cè)量精度溫漂問題，提出一種混合式光學(xué)電流互感器及其實(shí)現(xiàn)自校正測(cè)量的方法。一種混合式光學(xué)電流互感器，它包括混合式傳感頭、基準(zhǔn)電流源、遠(yuǎn)端采集單元和信號(hào)處理單元，所述混合式傳感頭包括集磁環(huán)、光學(xué)傳感單元、自校正模塊、航空插頭、底座和環(huán)氧樹脂膠，底座為圓環(huán)形的底座，該底座為U型槽結(jié)構(gòu)，所述集磁環(huán)、光學(xué)傳感單元和自校正模塊安裝在底座的U型槽內(nèi)，所述的集磁環(huán)設(shè)置有一個(gè)氣隙，光學(xué)傳感單元設(shè)置在氣隙內(nèi)，自校正模塊由空心螺線管組成，所述空心螺線管套在集磁環(huán)上，并且與氣隙的位置對(duì)稱設(shè)置，在所述U型槽內(nèi)灌封環(huán)氧樹脂膠，光學(xué)傳感單元的光信號(hào)輸入端通過航空插頭與信號(hào)處理單元的光信號(hào)輸出端相連，光學(xué)傳感單元的兩個(gè)光信號(hào)輸出端分別通過航空插頭與信號(hào)處理單元的兩個(gè)光信號(hào)輸入端相連，所述的自校正模塊的電信號(hào)輸入端通過航空插頭1-4與基準(zhǔn)電流源的第一電信號(hào)輸出端相連，基準(zhǔn)電流源的第二電信號(hào)輸出端與遠(yuǎn)端采集單元的電信號(hào)輸入端相連，遠(yuǎn)端采集單元的采集信號(hào)輸出端與信號(hào)處理單元的信號(hào)輸入端相連，信號(hào)處理單元的控制信號(hào)輸出端與遠(yuǎn)端采集單元的控制信號(hào)輸入端相連。一種混合式光學(xué)電流互感器實(shí)現(xiàn)自校正測(cè)量的方法，它的具體過程如下:步驟1:將通有待測(cè)電流I1的導(dǎo)線從集磁環(huán)中心點(diǎn)穿過，執(zhí)行步驟2 ；步驟2:基準(zhǔn)電流源的基準(zhǔn)電流i2輸入到自校正模塊，同時(shí)信號(hào)處理單元發(fā)出同步時(shí)鐘控制信號(hào)給遠(yuǎn)端采集單元，遠(yuǎn)端采集單元采集基準(zhǔn)電流源發(fā)送的基準(zhǔn)電流作為基準(zhǔn)參考電流i3，遠(yuǎn)端采集單元將采集到的基準(zhǔn)參考電流i3輸入給信號(hào)處理單元，執(zhí)行步驟3 ；步驟3:信號(hào)處理單元控制LED光源發(fā)出光信號(hào)給光學(xué)傳感單元，光學(xué)傳感單元基于法拉第磁旋光效應(yīng)原理感應(yīng)待測(cè)電流I1和自校正模塊中的基準(zhǔn)參考電流i2，使光學(xué)傳感單元輸入的線性偏振光獲得一個(gè)法拉第偏轉(zhuǎn)角，并將偏轉(zhuǎn)后的線性偏振光傳輸回到信號(hào)處理單元的光電探測(cè)器處，執(zhí)行步驟4 ；步驟4:光電探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并輸出兩路相同的電信號(hào)，執(zhí)行步驟5 ；步驟5，將步驟4得到的兩路相同信號(hào)分別傳送給工頻濾波器和高通濾波器，將工頻濾波器的輸出信號(hào)U和高通濾波器的輸出信號(hào)1。2通過前置放大器進(jìn)行放大后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后輸出數(shù)字信號(hào)，將該數(shù)字信號(hào)輸入到DSP電路，執(zhí)行步驟6 ;步驟6 =DSP電路根據(jù)得到的基準(zhǔn)參考電流信號(hào)i3和遠(yuǎn)端采集單元的變比kz得到遠(yuǎn)端采集單元的輸出電壓uz，執(zhí)行步驟7 ；步驟7:根據(jù)步驟6得到的輸出電壓Uz、變比kz和步驟5得到的信號(hào)1。2得到混合式電流互感器的實(shí)時(shí)變比k，執(zhí)行步驟8 ；步驟8:根據(jù)步驟7得到的實(shí)時(shí)變比k和步驟5得到的信號(hào)U得到待測(cè)電流h。本發(fā)明所述的混合式光學(xué)電流互感器的輸出與集磁環(huán)材料和環(huán)境溫度無(wú)關(guān)，消除了磁導(dǎo)率變化和溫度變化的影響，克服了測(cè)量精度溫漂的問題，并且本發(fā)明消除了集磁環(huán)磁導(dǎo)率變化對(duì)混合式光學(xué)電流互感器的影響，極大提高了混合式光學(xué)電流互感器的線性度。經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明提供的混合式光學(xué)電流互感器的測(cè)量精度在_40°C +60°C的溫度范圍內(nèi)滿足IEC0.2S等級(jí)要求。


圖1為具體實(shí)施方式
一所述的一種混合式光學(xué)電流互感器的組成原理框圖；圖2為混合式傳感頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的A-A剖面圖；圖4為具體實(shí)施方式
三所述的光學(xué)電流傳感單元示意圖；圖5為具體實(shí)施方式
四所述的信號(hào)處理單元示意圖；圖6為具體實(shí)施方式
六所述的自校正測(cè)量方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:參見圖1、圖2和圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種混合式光學(xué)電流互感器，它包括混合式傳感頭1、基準(zhǔn)電流源2、遠(yuǎn)端采集單元3和信號(hào)處理單元4,所述混合式傳感頭I包括集磁環(huán)1-1、光學(xué)傳感單元1-2、自校正模塊1-3、航空插頭1-4、底座1-5和環(huán)氧樹脂膠1-6，底座1-5為圓環(huán)形的底座，該底座1-5為U型槽結(jié)構(gòu)，所述集磁環(huán)1-1、光學(xué)傳感單元1-2和自校正模塊1-3安裝在底座1-5的U型槽內(nèi)，所述的集磁環(huán)1-1設(shè)置有一個(gè)氣隙，光學(xué)傳感單元1-2設(shè)置在氣隙內(nèi)，自校正模塊1-3由空心螺線管組成，所述空心螺線管套在集磁環(huán)1-1上，并且與氣隙的位置對(duì)稱設(shè)置，在所述U型槽內(nèi)灌封環(huán)氧樹脂膠1-6，光學(xué)傳感單兀1-2的光信號(hào)輸入端通過航空插頭1-4與信號(hào)處理單兀4的光信號(hào)輸出端相連，光學(xué)傳感單元1-2的兩個(gè)光信號(hào)輸出端分別通過航空插頭1-4與信號(hào)處理單兀4的兩個(gè)光信號(hào)輸入端相連,所述的自校正模塊1-3的電信號(hào)輸入端通過航空插頭1-4與基準(zhǔn)電流源2的第一電信號(hào)輸出端相連，基準(zhǔn)電流源2的第二電信號(hào)輸出端與遠(yuǎn)端采集單元3的電信號(hào)輸入端相連，遠(yuǎn)端采集單元3的采集信號(hào)輸出端與信號(hào)處理單元4的信號(hào)輸入端相連，信號(hào)處理單元4的控制信號(hào)輸出端與遠(yuǎn)端采集單元3的控制信號(hào)輸入端相連。本實(shí)施方式所述的混合式傳感頭I采用自校正技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即設(shè)置一個(gè)空心螺線管進(jìn)行校正，所述信號(hào)處理單元4采用自校正算法對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理。光學(xué)傳感單元1-2與信號(hào)處理單元4的連接方式為光纖，自校正模塊1-3與基準(zhǔn)電流源2的連接方式為導(dǎo)線。本實(shí)施方式中的采用環(huán)氧樹脂膠1-6將集磁環(huán)1-1、光學(xué)傳感單元1-2和自校正模塊1-3密封在底座1-5內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了各部件與外界的污垢、氣體和光隔離，提高混合式傳感頭I的運(yùn)行穩(wěn)定性。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的一種混合式光學(xué)電流互感器的進(jìn)一步限定，光學(xué)傳感單元1-2的光信號(hào)輸出輸入端通過光纖與信號(hào)處理單元4光信號(hào)輸出輸入端連接，所述光纖為多模光纖。
具體實(shí)施方式
三:參見圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的一種混合式光學(xué)電流互感器的進(jìn)一步限定，所述光學(xué)傳感單元1-2包括準(zhǔn)直器1-2-1、起偏器I_2_2、磁光晶體1-2-3、分光棱鏡1-2-4、第一稱合器1_2_5和第二稱合器1_2_6，光學(xué)傳感單兀1-2的光信號(hào)輸入端輸入的光入射至準(zhǔn)直器1-2-1,經(jīng)該準(zhǔn)直器1-2-1輸出到起偏器1-2-2，經(jīng)起偏器1-2-2透射后入射到磁光晶體1-2-3，經(jīng)磁光晶體1_2_3透射后入射到分光棱鏡1-2-4,經(jīng)分光棱鏡1-2-4透射后的透射光入射到第一稱合器1-2-5,經(jīng)分光棱鏡1-2-4的分光面反射的反射光入射到第二稱合器1-2-6,第一稱合器1-2-5輸出光信號(hào)至信號(hào)處理單兀4的第一光信號(hào)輸入端,第二稱合器1-2-6輸出光信號(hào)至信號(hào)處理單兀4的第二光信號(hào)輸入端。
具體實(shí)施方式
四:參見圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的一種混合式光學(xué)電流互感器的進(jìn)一步限定，信號(hào)處理單元4包括光電探測(cè)器4-1、工頻濾波器4-2、高通濾波器4-3、前置放大器4-4、A/D轉(zhuǎn)換器4_5、DSP電路4_6、LED光源4_7和電源轉(zhuǎn)換單元4-8，光電探測(cè)器4-1的兩個(gè)光信號(hào)輸入端為信號(hào)處理單兀4的兩個(gè)光信號(hào)輸入端,光電探測(cè)器4-1的第一信號(hào)輸出端與工頻濾波器4-2的信號(hào)輸入端，光電探測(cè)器4-1的第二信號(hào)輸出端與高通濾波器4-3的信號(hào)輸入端相連,工頻濾波器4-2的信號(hào)輸出端和高通濾波器4-3的信號(hào)輸出端均經(jīng)過前置放大后與A/D轉(zhuǎn)換器4-5的模擬信號(hào)輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器4-5的數(shù)字信號(hào)輸出端與DSP電路4-6的信號(hào)輸入端相連，DSP電路4_6的控制信號(hào)輸出端與遠(yuǎn)端采集單元3的控制信號(hào)信號(hào)輸入端相連，DSP電路4-6的的采集信號(hào)輸入端與遠(yuǎn)端采集單元3的采集信號(hào)輸出端相連，電源轉(zhuǎn)換單元4-8為光電探測(cè)器4-1、前置放大器4-4、A/D轉(zhuǎn)換器4-5、DSP電路4_6和LED光源4_7供電，LED光源4_7的光信號(hào)輸出端為信號(hào)處理單元4的光信號(hào)輸出端。本實(shí)施方式中的DSP電路4-6將處理后的信號(hào)輸入給合并單兀,直流電源為電源轉(zhuǎn)換單元4-8提供輸入電壓。
具體實(shí)施方式
五:具體實(shí)施方式
一所述的一種混合式光學(xué)電流互感器實(shí)現(xiàn)自校正測(cè)量的方法，它的具體過程如下:步驟1:將通有待測(cè)電流h的導(dǎo)線從集磁環(huán)1-1中心點(diǎn)穿過,執(zhí)行步驟2 ；步驟2:基準(zhǔn)電流源2的基準(zhǔn)電流i2輸入到自校正模塊1-3，同時(shí)信號(hào)處理單元4發(fā)出同步時(shí)鐘控制信號(hào)給遠(yuǎn)端采集單元3，遠(yuǎn)端采集單元3采集基準(zhǔn)電流源2發(fā)送的基準(zhǔn)電流作為基準(zhǔn)參考電流i3，遠(yuǎn)端采集單元3將采集到的基準(zhǔn)參考電流i3輸入給信號(hào)處理單元4，執(zhí)行步驟3 ;步驟3:信號(hào)處理單元4控制LED光源4_7發(fā)出光信號(hào)給光學(xué)傳感單元1_2，光學(xué)傳感單元1-2基于法拉第磁旋光效應(yīng)原理感應(yīng)待測(cè)電流I1和自校正模塊1-3中的基準(zhǔn)參考電流i2，使光學(xué)傳感單元1-2輸入的線性偏振光獲得一個(gè)法拉第偏轉(zhuǎn)角，并將偏轉(zhuǎn)后的線性偏振光傳輸回到信號(hào)處理單元4的光電探測(cè)器4-1處，執(zhí)行步驟4 ； 步驟4:光電探測(cè)器4-1將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并輸出兩路相同的電信號(hào)，執(zhí)行步驟5;步驟5，將步驟4得到的兩路相同信號(hào)分別傳送給工頻濾波器4-2和高通濾波器
4-3，將工頻濾波器4-2的輸出信號(hào)L1和高通濾波器4-3的輸出信號(hào)1。2通過前置放大器
4-4進(jìn)行放大后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器4-5，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器4_5后輸出數(shù)字信號(hào)，將該數(shù)字信號(hào)輸入到DSP電路4-6，執(zhí)行步驟6 ；步驟6 =DSP電路4-6根據(jù)得到的基準(zhǔn)參考電流信號(hào)i3和遠(yuǎn)端采集單元5的變比kz得到遠(yuǎn)端采集單元5的輸出電壓uz，執(zhí)行步驟7 ；步驟7:根據(jù)步驟6得到的輸出電壓Uz、變比kz和步驟5得到的信號(hào)1。2得到混合式電流互感器的實(shí)時(shí)變比k，執(zhí)行步驟8 ；步驟8:根據(jù)步驟7得到的實(shí)時(shí)變比k和步驟5得到的信號(hào)U得到待測(cè)電流h。本實(shí)施方式所述的基準(zhǔn)電流源2基準(zhǔn)電流源2為自校正模塊1-3提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電流i2，所述的基準(zhǔn)電流為交變電流，基準(zhǔn)電流的頻率與待測(cè)電流的頻率不同。本實(shí)施方式的基準(zhǔn)電流源2提供的基準(zhǔn)電流的頻率為800Hz，采用該頻率的基準(zhǔn)電流可以有效避免工頻電流及其它高次諧波的干擾。本實(shí)施方式所述的遠(yuǎn)端采集單元3以一定的頻率準(zhǔn)確采集基準(zhǔn)電流源2的實(shí)時(shí)輸出的基準(zhǔn)電流值，作為基準(zhǔn)參考電流i3并將采集到的信號(hào)通過導(dǎo)線傳輸至信號(hào)處理單元4。遠(yuǎn)端采集單元3的采樣時(shí)間由信號(hào)處理單元4發(fā)出的同步時(shí)鐘信號(hào)控制，基準(zhǔn)電流i2和基準(zhǔn)參考電流i3可理想化為同一電流，即基準(zhǔn)電流i2和基準(zhǔn)參考電流i3有相同的電流值。
本發(fā)明所述的自校正測(cè)量方法極大提高了混合式光學(xué)電流互感器的線性度，原理如下:待測(cè)電流I1從集磁環(huán)1-1內(nèi)部通過，混合式光學(xué)電流互感器基于法拉第磁旋光效應(yīng)原理感應(yīng)待測(cè)電流，信號(hào)處理單元4將光學(xué)傳感單元1-2輸送來(lái)的含有待測(cè)電流信息的光信號(hào)進(jìn)行必要的處理，得到電流互感器的輸出電流。假設(shè)集磁環(huán)1-1為理想的集磁環(huán)，即忽略漏磁且不考慮集磁環(huán)磁導(dǎo)率的變化，即k。為不變的常數(shù)，則混合式光學(xué)電路互感器的輸出可以表示為Hi1(I)式中，I1為待測(cè)電流；i。為電流互感器的輸出；k。為電流互感器的變比。實(shí)際上，集磁環(huán)1-1的鐵磁材料磁導(dǎo)率是磁場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)，而磁場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間而變化，因此磁導(dǎo)率是時(shí)間的函數(shù)，導(dǎo)致混合式電流互感器的變比不再是常數(shù)，而是隨著時(shí)間的變化而變化。此時(shí)式(I)變?yōu)閕0 = δ ⑴.k。.I1(2)式中，δ (t)是變比k。的實(shí)時(shí)校正因子。待測(cè)電流I1是工頻信號(hào)，其頻率為，基準(zhǔn)電流i2是高頻電流，其頻率為f2，頻率f2大于fi。光學(xué)傳感單兀1-2的線性偏振光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后輸出兩路相同的信號(hào),其中一路信號(hào)經(jīng)過工頻濾波器4-2后，輸出僅含有待測(cè)的工頻電流的信息的輸出信號(hào)ua)，t時(shí)刻的輸出信號(hào)可表不為iol(t) = δ ⑴.k0.I1 (t)(3)另一路信號(hào)經(jīng)高通濾波器4-3后,輸出僅含有基準(zhǔn)參考電流“信息的輸出信號(hào)io2⑴，t時(shí)刻的輸出信號(hào)可表不為io2(t) = δ ⑴.k。.i3(t)(4)與此同時(shí)，在DSP電路4-6發(fā)出的同步時(shí)鐘信號(hào)控制下，遠(yuǎn)端采集單元3同步采集基準(zhǔn)電流源2向自校正模塊1-3輸出的基準(zhǔn)參考電流i3，t時(shí)刻的遠(yuǎn)端采集單元3的輸出電壓可表不為uz(t) = kz.i3(t)(5)式中，kz為遠(yuǎn)端采集單元3的變比，遠(yuǎn)端采集單元3的變比與混合式傳感頭I無(wú)關(guān)，kz不受傳感頭工作狀態(tài)的影響是不隨時(shí)間變化的常數(shù)。聯(lián)立式(3)⑷(5)可得
權(quán)利要求
1.一種混合式光學(xué)電流互感器，其特征在于，它包括混合式傳感頭(I)、基準(zhǔn)電流源(2)、遠(yuǎn)端采集單元(3)和信號(hào)處理單元(4)， 所述混合式傳感頭(I)包括集磁環(huán)(1-1)、光學(xué)傳感單元(1-2)、自校正模塊(1-3)、航空插頭(1-4)、底座(1-5)和環(huán)氧樹脂膠(1-6)， 底座(1-5)為圓環(huán)形的底座，該底座(1-5)為U型槽結(jié)構(gòu)，所述集磁環(huán)(1-1)、光學(xué)傳感單元(1-2)和自校正模塊(1-3)安裝在底座(1-5)的U型槽內(nèi)，所述的集磁環(huán)(1-1)設(shè)置有一個(gè)氣隙，光學(xué)傳感單元(1-2)設(shè)置在氣隙內(nèi)，自校正模塊(1-3)由空心螺線管組成，所述空心螺線管套在集磁環(huán)(1-1)上，并且與氣隙的位置對(duì)稱設(shè)置，在所述U型槽內(nèi)灌封環(huán)氧樹脂膠(1-6)， 光學(xué)傳感單元(1-2)的光信號(hào)輸入端通過航空插頭(1-4)與信號(hào)處理單元(4)的光信號(hào)輸出端相連，光學(xué)傳感單元(1-2)的兩個(gè)光信號(hào)輸出端分別通過航空插頭(1-4)與信號(hào)處理單元(4)的兩個(gè)光信號(hào)輸入端相連，所述的自校正模塊(1-3)的電信號(hào)輸入端通過航空插頭(1-4)與基準(zhǔn)電流源(2)的第一電信號(hào)輸出端相連，基準(zhǔn)電流源(2)的第二電信號(hào)輸出端與遠(yuǎn)端采集單元(3)的電信號(hào)輸入端相連，遠(yuǎn)端采集單元(3)的采集信號(hào)輸出端與信號(hào)處理單元(4)的信號(hào)輸入端相連，信號(hào)處理單元(4)的控制信號(hào)輸出端與遠(yuǎn)端采集單元(3)的控制信號(hào)輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合式光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述光學(xué)傳感單元(1-2)包括準(zhǔn)直器(1-2-1)、起偏器(1-2-2)、磁光晶體(1-2-3)、分光棱鏡(1_2_4)、第一率禹合器(1-2-5)和第二I禹合器(1-2-6),光學(xué)傳感單兀(1-2)的光信號(hào)輸入端輸入的光入射至準(zhǔn)直器(1-2-1)，經(jīng)該準(zhǔn)直器(1-2-1)輸出到起偏器(1-2-2)，經(jīng)起偏器(1-2-2)透射后入射到磁光晶體(1-2-3)，經(jīng)磁光晶體(1-2-3)透射后入射到分光棱鏡(1-2-4)，經(jīng)分光棱鏡(1-2-4)透射后的透射光入射到第一耦合器(1-2-5)，經(jīng)分光棱鏡(1-2-4)的分光面反射的反射光入射到第二稱合器(1-2-6),第一稱合器(1-2-5)輸出光信號(hào)至信號(hào)處理單兀4的第一光信號(hào)輸入端，第二I禹合器(1-2-6)輸出光信號(hào)至信號(hào)處理單兀(4)的第二光信號(hào)輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合式光學(xué)電流互感器，其特征在于，信號(hào)處理單元(4)包括光電探測(cè)器(4-1)、工頻濾波器(4-2)、高通濾波器(4-3)、前置放大器(4-4)、A/D轉(zhuǎn)換器(4-5)、DSP電路(4-6)、LED光源(4-7)和電源轉(zhuǎn)換單元(4-8)， 光電探測(cè)器(4-1)的兩個(gè)光信號(hào)輸入端為信號(hào)處理單兀(4)的兩個(gè)光信號(hào)輸入端,光電探測(cè)器(4-1)的第一信號(hào)輸出端與工頻濾波器(4-2)的信號(hào)輸入端，光電探測(cè)器(4-1)的第二信號(hào)輸出端與高通濾波器(4-3)的信號(hào)輸入端相連，工頻濾波器(4-2)的信號(hào)輸出端和高通濾波器(4-3)的信號(hào)輸出端均經(jīng)過前置放大后與A/D轉(zhuǎn)換器(4-5)的模擬信號(hào)輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器(4-5)的數(shù)字信號(hào)輸出端與DSP電路(4-6)的信號(hào)輸入端相連，DSP電路(4-6)的控制信號(hào)輸出端與遠(yuǎn)端采集單元(3)的控制信號(hào)信號(hào)輸入端相連，DSP電路(4-6)的的采集信號(hào)輸入端與遠(yuǎn)端采集單元(3)的采集信號(hào)輸出端相連，電源轉(zhuǎn)換單元(4-8)為光電探測(cè)器(4-1)、前置放大器(4-4)、A/D轉(zhuǎn)換器(4_5)、DSP電路(4_6)和LED光源(4-7)供電，LED光源(4-7)的光信號(hào)輸出端為信號(hào)處理單兀(4)的光信號(hào)輸出端。
4.權(quán)利要求1所述的一種混合式光學(xué)電流互感器實(shí)現(xiàn)自校正測(cè)量的方法，其特征在于，它的具體過程如下:步驟1:將通有待測(cè)電流ii的導(dǎo)線從集磁環(huán)(1-1)中心點(diǎn)穿過，執(zhí)行步驟2 ; 步驟2:基準(zhǔn)電流源⑵的基準(zhǔn)電流i2輸入到自校正模塊(1-3)，同時(shí)信號(hào)處理單元(4)發(fā)出同步時(shí)鐘控制信號(hào)給遠(yuǎn)端采集單元(3)，遠(yuǎn)端采集單元(3)采集基準(zhǔn)電流源(2)發(fā)送的基準(zhǔn)電流作為基準(zhǔn)參考電流i3，遠(yuǎn)端采集單元⑶將采集到的基準(zhǔn)參考電流i3輸入給信號(hào)處理單元(4)，執(zhí)行步驟3; 步驟3:信號(hào)處理單元(4)控制LED光源(4-7)發(fā)出光信號(hào)給光學(xué)傳感單元(1_2)，光學(xué)傳感單元(1-2)基于法拉第磁旋光效應(yīng)原理感應(yīng)待測(cè)電流I1和自校正模塊(1-3)中的基準(zhǔn)參考電流i2，使光學(xué)傳感單元(1-2)輸入的線性偏振光獲得一個(gè)法拉第偏轉(zhuǎn)角，并將偏轉(zhuǎn)后的線性偏振光傳輸回到信號(hào)處理單元(4)的光電探測(cè)器(4-1)處，執(zhí)行步驟4; 步驟4:光電探測(cè)器(4-1)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并輸出兩路相同的電信號(hào)，執(zhí)行步驟5; 步驟5，將步驟4得到的兩路相同信號(hào)分別傳送給工頻濾波器(4-2)和高通濾波器(4-3)，將工頻濾波器(4-2)的輸出信號(hào)U和高通濾波器(4-3)的輸出信號(hào)1。2通過前置放大器(4-4)進(jìn)行放大后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器(4-5)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器(4_5)后輸出數(shù)字信號(hào)，將該數(shù)字信號(hào)輸入到DSP電路(4-6)，執(zhí)行步驟6 ； 步驟6:DSP電路(4-6)根據(jù)得到的基準(zhǔn)參考電流信號(hào)“和遠(yuǎn)端采集單元(5)的變比kz得到遠(yuǎn)端采集單元(5)的輸出電壓uz，執(zhí)行步驟7 ； 步驟7:根據(jù)步驟6得到的輸出電壓Uz、變比kz和步驟5得到的信號(hào)1。2得到混合式電流互感器的實(shí)時(shí)變比k，執(zhí)行步驟8 ； 步驟8:根據(jù)步驟7得到的實(shí)時(shí)變比k 和步驟5得到的信號(hào)U得到待測(cè)電流h。
全文摘要
一種混合式光學(xué)電流互感器及其實(shí)現(xiàn)自校正測(cè)量的方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)電流互感器。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的混合式光學(xué)電流互感器存在的線性度差問題和測(cè)量精度溫漂問題?；旌鲜焦鈱W(xué)電流互感器的光學(xué)傳感單元與信號(hào)處理單元相連，基準(zhǔn)電流源同時(shí)與遠(yuǎn)端采集單元和自校正模塊相連，遠(yuǎn)端采集單元與信號(hào)處理單元相連，信號(hào)處理單元與遠(yuǎn)端采集單元相連。自校正測(cè)量的方法，LED光源發(fā)出的光傳送給光學(xué)傳感單元，光學(xué)傳感單元感應(yīng)待測(cè)電流，并將得到的線性偏振光傳輸回到光電探測(cè)器處，將兩路相同信號(hào)傳送給工頻濾波器和高通濾波器，經(jīng)過處理得到數(shù)字信號(hào)，DSP根據(jù)基準(zhǔn)電流信號(hào)采用自校正算法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。本發(fā)明適用于電力系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01R19/25GK103163352SQ20131009220
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者郭志忠, 李深旺, 張國(guó)慶, 于文斌, 王貴忠, 申巖, 路忠峰 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)