本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)電流測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種減小光學(xué)電流互感器振動(dòng)干擾影響的方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)電流互感器具有許多傳統(tǒng)電磁式電流互感器所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：絕緣性能優(yōu)良、無暫態(tài)磁飽和、動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大、頻率響應(yīng)寬、抗電磁干擾能力強(qiáng)、體積小重量輕、易與數(shù)字設(shè)備接口等，特別適用于高電壓大電流的測(cè)量，在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。電力系統(tǒng)要求設(shè)備具備高可靠性和準(zhǔn)確性，這要求光學(xué)電流互感器的所有組成部分：光學(xué)電流傳感單元、傳輸光纖鏈路以及二次光電控制和信號(hào)處理單元均提出了嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求。二次光電控制和信號(hào)處理單元可以位于控制室內(nèi)，而光學(xué)電流傳感單元和傳輸光纖鏈路一般控制室外，長(zhǎng)期暴露于各種環(huán)境之下，比如振動(dòng)干擾和溫度變化等。

光學(xué)電流互感器對(duì)機(jī)械振動(dòng)的敏感性是阻礙其在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用最困難的障礙之一。外部機(jī)械振動(dòng)是引起光學(xué)電流互感器光信號(hào)傳輸中光強(qiáng)度變化的主要因素。機(jī)械振動(dòng)引起磁光玻璃元件出現(xiàn)線性雙折射，一般會(huì)導(dǎo)致激化狀態(tài)的變化，使得激化狀態(tài)從線性變?yōu)闄E圓狀態(tài)，從而導(dǎo)致輸出光強(qiáng)度出現(xiàn)不需要的調(diào)制。另外，機(jī)械振動(dòng)也會(huì)引起光學(xué)電流傳感單元的光學(xué)元件內(nèi)部出現(xiàn)微小位移，引起光纖鏈路鏈接部分發(fā)生微小位移，這些因素都會(huì)導(dǎo)致光學(xué)電流傳感器輸出光強(qiáng)度發(fā)生變化。以往的研究主要集中在光學(xué)電流傳感單元機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、傳輸光纖的減震布置等方面，但是效果都不是很理想。因此，亟需提供一種光學(xué)電流互感器自身具備抗干擾的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有光學(xué)電流互感器由于外界振動(dòng)干擾，影響其輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性的問題，本發(fā)明提供了一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器及采用該電流互感器實(shí)現(xiàn)的抗振動(dòng)干擾的方法。

一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器，它包括一次處理部分、傳輸光纖部分和二次處理部分；

一次處理部分和二次處理部分之間通過傳輸光纖部分進(jìn)行雙向模擬光信息交換，

一次處理部分用于感應(yīng)電流信號(hào)，并將感應(yīng)的電流信號(hào)加載在二次處理部分生成的載波光上，二次處理部分對(duì)加載感應(yīng)的電流的載波光進(jìn)行抗振處理，從而獲得處理后的電流信息。

所述一次處理部分包括導(dǎo)體和磁光玻璃型電流傳感器；

二次處理部分包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第三低通濾波器、第四低通濾波器、第一除法器、第二除法器、第三除法器、減法器和加法器；

磁光玻璃型電流傳感器，用于采集導(dǎo)體的電流信息，

光源發(fā)出的光經(jīng)第一耦合器分束成功率相等的兩束光，

其中，第一耦合器輸出的一束光作為載波光依次經(jīng)過第二耦合器、傳輸光纖部分和磁光玻璃型電流傳感器后，加載磁光玻璃型電流傳感器采集的電流信息，且加載有電流信息的載波光依次經(jīng)過傳輸光纖部分和第三耦合器后，送入第二光電探測(cè)器進(jìn)行光電探測(cè)，第二光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)e2同時(shí)輸入到第二低通濾波器和第四低通濾波器中，

第二低通濾波器輸出的電信號(hào)e2a發(fā)送至第二除法器被除數(shù)輸入端，第四低通濾波器輸出的電信號(hào)e20發(fā)送至第二除法器除數(shù)輸入端，第二除法器對(duì)接收的兩個(gè)電信號(hào)e20和e2a進(jìn)行處理，獲得正向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e2n，并將所述正向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e2n同時(shí)發(fā)送至減法器和加法器；

其中，第一耦合器輸出的另一束光作為載波光依次經(jīng)過第二耦合器、傳輸光纖部分和磁光玻璃型電流傳感器后，加載磁光玻璃型電流傳感器采集的電流信息，且加載有電流信息的載波光依次經(jīng)過傳輸光纖部分和第二耦合器后，送入第一光電探測(cè)器進(jìn)行光電探測(cè)，第一光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)e1同時(shí)輸入第一低通濾波器和第三低通濾波器中，

第一低通濾波器輸出的電信號(hào)e1a發(fā)送至第一除法器被除數(shù)輸入端，第三低通濾波器輸出的電信號(hào)e10發(fā)送至第一除法器除數(shù)輸入端，第一除法器對(duì)接收的兩個(gè)電信號(hào)e10和e1a進(jìn)行處理，獲得反向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e1n，并將所述反向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e1n同時(shí)發(fā)送至減法器和加法器；

減法器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至第三除法器被除數(shù)輸入端，加法器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至第三除法器除數(shù)輸入端，第三除法器輸出的電信號(hào)為無光源波動(dòng)干擾和無振動(dòng)干擾的電流信息。

所述的第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器均為3db光纖耦合器。

傳輸光纖部分采用多模光纖實(shí)現(xiàn)。

所述磁光玻璃型電流傳感器包括第一準(zhǔn)直器、第一偏振分光棱鏡、磁光玻璃元件、第二偏振分光棱鏡和第二準(zhǔn)直器；

在第一耦合器輸出的一束光的傳播方向上，依次設(shè)有第一準(zhǔn)直器、第一偏振分光棱鏡、磁光玻璃元件、第二偏振分光棱鏡和第二準(zhǔn)直器。

采用所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器實(shí)現(xiàn)的抗振動(dòng)干擾的方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：第一光電探測(cè)器對(duì)加載有電流信息的載波光進(jìn)行光電探測(cè)，輸出的電信號(hào)為e1；其中，

第二光電探測(cè)器對(duì)加載有電流信息的載波光進(jìn)行光電探測(cè)，輸出的電信號(hào)為e2；其中，

l(t)表示由振動(dòng)引起的光強(qiáng)變化，表示磁光玻璃型電流傳感器的faraday磁光效應(yīng)引起的線性偏振光的faraday旋轉(zhuǎn)角，n1(t)和n2(t)分別為反向傳輸光路和正向傳輸光路輸出的高頻噪聲，t表示時(shí)間；

步驟二：第一除法器對(duì)第一低通濾波器輸出的電信號(hào)e10和第三低通濾波器輸出的電信號(hào)e1a進(jìn)行處理，獲得反向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e1n，

第二除法器對(duì)第二低通濾波器輸出的電信號(hào)e2a和第四低通濾波器輸出的電信號(hào)e20進(jìn)行處理，獲得正向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e2n；

其中，

i1表示第二耦合器輸出光信號(hào)的光強(qiáng)，i2表示第三耦合器輸出光信號(hào)的光強(qiáng)，r1表示第一光電探測(cè)器的響應(yīng)率，r2表示第二光電探測(cè)器的響應(yīng)率，a1表示反向傳輸光路輸出的電子放大倍數(shù)，a2表示正向傳輸光路輸出的電子放大倍數(shù)，l01表示正向傳輸光路的靜態(tài)損耗，l02表示反向傳輸光路的靜態(tài)損耗。

步驟三：第三除法器對(duì)減法器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)和加法器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而獲得無光源波動(dòng)干擾和無振動(dòng)干擾的電流信息sx，

本發(fā)明帶來的有益效果是，本發(fā)明主要利用faraday磁光效應(yīng)的非互易特性和振動(dòng)干擾信號(hào)的共模特性，通過光學(xué)電流傳感單元的雙向光傳輸和簡(jiǎn)單的二次信號(hào)處理方法去有效地消除或減弱振動(dòng)干擾對(duì)輸出結(jié)果的影響，使得輸出結(jié)果的準(zhǔn)確率提高了20％以上。

faraday磁光玻璃材料除了自身的雙折射外，在遭受到較大的振動(dòng)時(shí)，伴隨而來的機(jī)械應(yīng)力容易引起明顯的雙折射現(xiàn)象，這使得通過傳感元件的光的偏振態(tài)發(fā)生改變。但是這種偏振態(tài)的變化與光的傳播方向是不相關(guān)的，因此可以通過雙向傳輸?shù)难a(bǔ)償方法加以處理。而且由于系統(tǒng)的對(duì)稱性，同時(shí)在兩個(gè)通道中的共模變化將被補(bǔ)償。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器的原理示意圖；

圖2為磁光玻璃型電流傳感器1-2的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器，它包括一次處理部分1、傳輸光纖部分2和二次處理部分3；

一次處理部分1和二次處理部分3之間通過傳輸光纖部分2進(jìn)行雙向模擬光信息交換，

一次處理部分1用于感應(yīng)電流信號(hào)，并將感應(yīng)的電流信號(hào)加載在二次處理部分3生成的載波光上，二次處理部分3對(duì)加載感應(yīng)的電流的載波光進(jìn)行抗振處理，從而獲得處理后的電流信息。

本實(shí)施方式中，本發(fā)明通過傳輸光纖部分2的雙向光傳輸和簡(jiǎn)單的二次信號(hào)處理方法去有效地消除或減弱振動(dòng)干擾對(duì)輸出結(jié)果的影響，從而提高光學(xué)電流互感器輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性。

具體實(shí)施方式二：參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器的區(qū)別在于，所述一次處理部分1包括導(dǎo)體1-1和磁光玻璃型電流傳感器1-2；

二次處理部分3包括光源3-1、第一耦合器3-2-1、第二耦合器3-2-2、第三耦合器3-2-3、第一光電探測(cè)器3-3-1、第二光電探測(cè)器3-3-2、第一低通濾波器3-4-1、第二低通濾波器3-4-2、第三低通濾波器3-4-3、第四低通濾波器3-4-4、第一除法器3-6-1、第二除法器3-6-2、第三除法器3-6-3、減法器3-7和加法器3-8；

磁光玻璃型電流傳感器1-2，用于采集導(dǎo)體1-1的電流信息，

光源3-1發(fā)出的光經(jīng)第一耦合器3-2-1分束成功率相等的兩束光，

其中，第一耦合器3-2-1輸出的一束光作為載波光依次經(jīng)過第二耦合器3-2-2、傳輸光纖部分2和磁光玻璃型電流傳感器1-2后，加載磁光玻璃型電流傳感器1-2采集的電流信息，且加載有電流信息的載波光依次經(jīng)過傳輸光纖部分2和第三耦合器3-2-3后，送入第二光電探測(cè)器3-3-2進(jìn)行光電探測(cè)，第二光電探測(cè)器3-3-2輸出的電信號(hào)e2同時(shí)輸入到第二低通濾波器3-4-2和第四低通濾波器3-4-4中，

第二低通濾波器3-4-2輸出的電信號(hào)e2a發(fā)送至第二除法器3-6-2被除數(shù)輸入端，第四低通濾波器3-4-4輸出的電信號(hào)e20發(fā)送至第二除法器3-6-2除數(shù)輸入端，第二除法器3-6-2對(duì)接收的兩個(gè)電信號(hào)e20和e2a進(jìn)行處理，獲得正向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e2n，并將所述正向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e2n同時(shí)發(fā)送至減法器3-7和加法器3-8；

其中，第一耦合器3-2-1輸出的另一束光作為載波光依次經(jīng)過第二耦合器3-2-2、傳輸光纖部分2和磁光玻璃型電流傳感器1-2后，加載磁光玻璃型電流傳感器1-2采集的電流信息，且加載有電流信息的載波光依次經(jīng)過傳輸光纖部分2和第二耦合器3-2-2后，送入第一光電探測(cè)器3-3-1進(jìn)行光電探測(cè)，第一光電探測(cè)器3-3-1輸出的電信號(hào)e1同時(shí)輸入第一低通濾波器3-4-1和第三低通濾波器3-4-3中，

第一低通濾波器3-4-1輸出的電信號(hào)e1a發(fā)送至第一除法器3-6-1被除數(shù)輸入端，第三低通濾波器3-4-3輸出的電信號(hào)e10發(fā)送至第一除法器3-6-1除數(shù)輸入端，第一除法器3-6-1對(duì)接收的兩個(gè)電信號(hào)e10和e1a進(jìn)行處理，獲得反向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e1n，并將所述反向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e1n同時(shí)發(fā)送至減法器3-7和加法器3-8；

減法器3-7輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至第三除法器3-6-3被除數(shù)輸入端，加法器3-8輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至第三除法器3-6-3除數(shù)輸入端，第三除法器3-6-3輸出的電信號(hào)為無光源波動(dòng)干擾和無振動(dòng)干擾的電流信息。

本實(shí)施方式，第一低通濾波器3-4-1和第二低通濾波器3-4-2的作用是濾除輸出信號(hào)中的高頻噪聲，根據(jù)應(yīng)用要求，其截至頻率一般設(shè)置值不小于1khz；而第三低通濾波器3-4-3和第四低通濾波器3-4-4的作用是提取輸出信號(hào)中的直流部分，其截至頻率一般設(shè)置值不大于0.5hz。

具體實(shí)施方式三：參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器的區(qū)別在于，所述的第一耦合器3-2-1、第二耦合器3-2-2和第三耦合器3-2-3均為3db光纖耦合器。

具體實(shí)施方式四：參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器的區(qū)別在于，傳輸光纖部分2采用多模光纖實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施方式五：參見圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器的區(qū)別在于，所述磁光玻璃型電流傳感器1-2包括第一準(zhǔn)直器1-2-1、第一偏振分光棱鏡1-2-2、磁光玻璃元件1-2-3、第二偏振分光棱鏡1-2-4和第二準(zhǔn)直器1-2-5；

在第一耦合器3-2-1輸出的一束光的傳播方向上，依次設(shè)有第一準(zhǔn)直器1-2-1、第一偏振分光棱鏡1-2-2、磁光玻璃元件1-2-3、第二偏振分光棱鏡1-2-4和第二準(zhǔn)直器1-2-5。

具體實(shí)施方式六：采用具體實(shí)施方式二所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器實(shí)現(xiàn)的抗振動(dòng)干擾的方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：第一光電探測(cè)器3-3-1對(duì)加載有電流信息的載波光進(jìn)行光電探測(cè)，輸出的電信號(hào)為e1；其中，

第二光電探測(cè)器3-3-2對(duì)加載有電流信息的載波光進(jìn)行光電探測(cè)，輸出的電信號(hào)為e2；其中，

l(t)表示由振動(dòng)引起的光強(qiáng)變化，表示磁光玻璃型電流傳感器的faraday磁光效應(yīng)引起的線性偏振光的faraday旋轉(zhuǎn)角，n1(t)和n2(t)分別為反向傳輸光路和正向傳輸光路輸出的高頻噪聲，t表示時(shí)間，e10為第一光電探測(cè)器3-3-1輸出電信號(hào)的直流部分,e20為第二光電探測(cè)器3-3-2輸出電信號(hào)的直流部分；

步驟二：第一除法器3-6-1對(duì)第一低通濾波器3-4-1輸出的電信號(hào)e10和第三低通濾波器3-4-3輸出的電信號(hào)e1a進(jìn)行處理，獲得反向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e1n，

第二除法器3-6-2對(duì)第二低通濾波器3-4-2輸出的電信號(hào)e2a和第四低通濾波器3-4-4輸出的電信號(hào)e20進(jìn)行處理，獲得正向傳輸光路的電流測(cè)量結(jié)果e2n；

步驟三：第三除法器3-6-3對(duì)減法器3-7輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)和加法器3-8輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而獲得無光源波動(dòng)干擾和無振動(dòng)干擾的電流信息sx，

具體實(shí)施方式七：參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六所述的采用一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器實(shí)現(xiàn)的抗振動(dòng)干擾的方法的區(qū)別在于，

i1表示第二耦合器3-2-2輸出光信號(hào)的光強(qiáng)，i2表示第三耦合器3-2-3輸出光信號(hào)的光強(qiáng)，r1表示第一光電探測(cè)器3-3-1的響應(yīng)率，r2表示第二光電探測(cè)器3-3-2的響應(yīng)率，a1表示反向傳輸光路輸出的電子放大倍數(shù)，a2表示正向傳輸光路輸出的電子放大倍數(shù)，l01表示正向傳輸光路的靜態(tài)損耗，l02表示反向傳輸光路的靜態(tài)損耗。