CN101294988B - 光纤型电子互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种将传感装置，特别是一种光纤型电子互感器。本发明的优点在于，提供了一种光纤型电子互感器，其引用了第二光源作为参考光源，解决了温度和环境对光波在光纤中进行传播时的影响，另外引用了波分解复用器对环形腔中的二重组合光波进行分解，将参考光源在完成近一圈的传播后，引出环形腔外，这样也解决了双光波同时在环形腔内循环传播所带来的光干涉问题，这样，本发明所述的光纤型电子互感器达到了测量精确、问题的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种将传感装置，特别是一种光纤型电子互感器。
背景技术
光纤型传感器是一种新型传感器，其具有良好的绝缘性能、动态测量范围大、易于与数字系统接口等优点，因而应用前景十分广阔。光纤环形腔衰荡光谱技术是一种新的用于光纤传感器的技术原理，将光纤的法拉第效应转变为光纤环形腔中的脉冲衰荡谱，工作原理是将脉冲光波入射到光纤环形腔中，入射的光波可沿着环形腔绕行很多圈，每转一圈都有极小部分光通过一光纤耦合器输出到光电探测器中，其余的光仍继续在光纤中传输，由于光纤的光纤自身和耦合器的损耗，还有传感头附加的损耗，光的强度随着时间不断减小，形成衰荡曲线，通过计算衰荡时间便可知道电流的大小。
光纤传感器包括有第一光源、由第一耦合器、第二耦合器和电子传感头组成的环形腔以及光电探测器。如图1所示，第一光源连接到第一耦合器的一输入端，第二耦合器的一输出端连接到光电检测器的输入端。电子传感头连接待测的设备或导线。第一耦合器用于将光源引入环形腔，第二耦合器用于输出环形腔中经传感头影响后光波中的极小部分光，光电探测器则是将接收到的光信号转换为电信号，以便于后续的数据处理。由于光纤传感器中，光波的传播容易受环境、特别是温度的影响，导致其容易产生不稳定和不够精确的检测结果。因此，本领域的技术人员曾采用双光源法，引入第二光源作为参考光，利用两个不同光源同时受环境影响，利用相对光强值进行计算，从而得到电流值，然而增加第二光源后，作为连续光在环形腔内将发生第二光源光干涉，造成输出的参考光光强分布不稳定，并直接影响最后的计算结果，因此直接采用双波长消除温度等环境因素影响是难以适用于光纤环形腔衰荡光谱技术当中。
发明构成
本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种测量稳定、精确、且不受环境温度影响的光纤型电子互感器。
本发明是通过以下途径来实现的：
光纤型电子互感器，包括有第一光源、第一耦合器、第二耦合器、电子传感头以及第一光电探测器，第一耦合器的一输出端通过电子传感头连接到第二耦合器的输入端，电子传感头连接被测电气设备，其结构要点在于，还包括第二光源、波分复用器、第一波分解复用器、第二波分解复用器和第二光电探测器，第一光源和第二光源的输出端分别与波分复用器的两输入端连接，第一耦合器、电子传感头、第二耦合器和第一波分解复用器依序连接，最后以第一波分解复用器的输出端连接到第一耦合器的一输入端从而组成一闭合光纤环形腔，波分复用器的输出端与第一耦合器的另一输入端连接，第二耦合器的一输出端与第二波分解复用器的输入端连接，第二波分解复用器的两输出端分别连接第一光电探测器和第二光电探测器，该第一光电探测器和第二光电探测器的输出端分别连接到数据处理装置上，第一波分解复用器具有一光波引出端。
第一光源和第二光源分别采用不同波长的光波作为传播光波，该两束不同波长的光波经过波分复用器时，该波分复用器将该两束不同波长的光波合而为一形成组合光波，然后经过第一耦合器进入光纤环形腔，组合光波经过电子传感头后，由于受被测电信号(电压、电流等)大小的影响导致组合光波受到一定程度衰减，衰减后的组合光波经由第二耦合器进行分化，一小部分的组合光波传输到第二波分解复用器，其余组合光波由第二耦合器输出到第一波分解复用器；第二波解分复用器将接收到的组合光波进行分解，复原为原两种不同波长的光波，该两不同波长的光波分别对应传输到第一光电探测器和第二光电探测器，光电探测器用于将光信号转换为电信号，并通过数据处理装置对所接收到的信号进行处理和计算，从而得到被测电气设备的电参数大小。
经过第二耦合器分化后的组合光波在环形腔中传输到第一波分解复用器，第一波分解复用器将该组合光波进行分解，还原为原两种不同波长的光波，其中一种光波继续沿着环形腔传播，另一种光波则沿着该第一波分解复用器的引出端向外传播，这样将保持只有同一种光波在环形腔内循环，另一种光波在经过电子传感头和第二耦合器采集信号后即通过第一波分解复用器引出环形腔，这样既引用了参考光源，消除了温度对传播光波的影响，另一方面，双光波不再同时在光纤环形腔中循环传播，因此不会发生双光波干涉的问题。因此该电子互感器测量精确，稳定，且不受环境，特别是温度的影响，具有很高的创造性。
本发明可以进一步具体为：
第一光源输出检测光波，为一种脉冲光源，第二光源输出参考光波，为一种连续光波，该两种光源提供的是不同波长，但两光波波长相差为相对长的长波波长的1％～10％。
作为优选，该两种光源所输出的光波波长相近，最好两光波波长相差为相对长的长波波长的越小比例越好。光波波长相近将有利于各个设备，如耦合器、波分解复用器和波分复用器对光波的处理，如波分解复用器对光波的分解将更为彻底。
第一耦合器和第二耦合器均为一种光纤耦合器。
光纤耦合器是用于将光波进行分路或合并传输的耦合器，是光波传输过程的一种节点设备，如同电路中的节点，作为光流的合并输入节点或者分路传输节点，与波分复用器或波分解复用器不同的是，光纤耦合器是用于合并和分解同一波长的光波，类似物理分解，而波分复用器和波分解复用器则是用于合并和分解不同波长的光波，类似化学分解。
电子传感头由光纤和被测电气设备的电导体组成，光纤以靠触或缠绕在电导体上实现二者的感应连接。
靠触或缠绕在电导体上的光纤表面上镀有一层超磁致伸缩材料。
超磁致伸缩材料在受到磁场作用时，其形态参数发生相应作用，这样将引起光纤环形腔的衰减系数的变化，即引起了光脉冲衰荡时间的变化，通过测量光脉冲的衰荡时间即可测量得到电流值，使测量更为精准、正确。采用超磁致伸缩材料也将使光纤电子传感头的构造变得更简单，由于磁致伸缩材料的效应，使得该传感头不需要采用复杂的结构就可以准确获得感应参数，大大减小了传感头的体积与重量。
综上所述，本发明的优点在于，提供了一种光纤型电子互感器，其引用了第二光源作为参考光源，解决了温度和环境对光波在光纤中进行传播时的影响，另外引用了波分解复用器对环形腔中的二重组合光波进行分解，将参考光源在完成近一圈的传播后，引出环形腔外，这样也解决了双光波同时在环形腔内循环传播所带来的光干涉问题，这样，本发明所述的光纤型电子互感器达到了测量精确、问题的技术效果。
附图说明
图1所示为本发明所述光纤型电子互感器的电路构架原理示意图；图中实线表示检测光的流向图，空心线表示参考光的流向图，实心线和空心线交叠表示经由波分复用器组合的组合光波。
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施例
最佳实施例：
参照附图1，光纤型电子互感器，包括有如下组成部件：
1、第一光源和第二光源，均为1550nm附近半导体激光器，也可以选择850nm附近半导体激光器，选择1550nm的半导体激光器更好些，1550nm是通信波长，技术成熟，器件比较多，性能也比较稳定，更重要的是可以采用单模光纤作为传输线路，比较稳定，损耗比较小；第一光源输出的是脉冲光波，为检测光波，第二光源输出的是连续光波，为参考光波，二者采用波长相近的光波，分别为1480nm波长与1550nm波长的近红外光，波长相差70，为相对长光波——波长为1550nm光波的4.5％；
2、第一耦合器和第二耦合器，为1∶99的分光比，接口类型为FC/APC，第一耦合器是一种二乘一光纤耦合器，具有两个输入端和一个输出端，第二耦合器是一种一乘二光纤耦合器，具有一个输入端和两个输出端；二者作为光路的一种节点，用于合并和分路光波传输；
3、波分复用器、第一波分解复用器和第二波分解复用器，均为接口类型为FC/APC，1480nm与1550nm双波长的波分复用器/波分解复用器，上述设备是用于合并或者分解光波，波分复用器将二种光波合并成为组合光波，波分解复用器将组合光波还原为两种光波，分别输出；
4、电子传感器，可以感应多种电参数，如电压、电流等，由光纤和被测电气设备的电导体组成，光纤以靠触或缠绕在电导体上实现二者的感应连接，同时靠触或缠绕在电导体上的光纤表面上镀有一层超磁致伸缩材料；
5、第一光电探测器和第二光电探测器，采用APD类型的光电探测器，将检测到的光信号转换为数字电信号；
6、数据处理装置，采用PC计算机或者单片机，用于计算检测信号，并计算出最终的电参数结果；
7、光纤，传输导体，单模光纤，相对多模光纤稳定，损耗小。
第一耦合器、电子传感头、第二耦合器和第一波分解复用器依序传输连接，即前一个设备的输出端连接后一设备的输入端，最后以第一波分解复用器的一输出端连接到第一耦合器的一输入端从而组成一闭合光纤环形腔，第一光源和第二光源的输出端分别与波分复用器的两输入端连接，波分复用器的输出端与第一耦合器的另一输入端连接，第二耦合器的另一输出端与第二波分解复用器的输入端连接，第二波分解复用器的两输出端分别连接第一光电探测器和第二光电探测器，该第一光电探测器和第二光电探测器的输出端分别连接到数据处理装置上，第一波分解复用器的另一输出端为光波引出端。
第一光源和第二光源分别对应输出的脉冲检测光和连续参考光，二者进入波分复用器，该波分复用器将该两束光波合并形成组合光波，然后经过第一耦合器进入光纤环形腔，组合光波经过电子传感头后，由于受被测电信号(电压、电流等)大小的影响导致组合光波受到一定程度衰减，衰减后的组合光波经由第二耦合器进行分路，一小部分的组合光波传输到第二波分解复用器，其余组合光波由第二耦合器输出到第一波分解复用器(下面一段进一步描述)；第二波解分复用器将接收到的组合光波进行分解，复原为原两种光波——脉冲检测光和连续参考光，分别对应传输到第一光电探测器和第二光电探测器，光电探测器将光信号转换为电信号传输给数据处理装置，数据处理装置对所接收到的信号进行处理和计算，从而得到被测电气设备的电参数大小。
经过第二耦合器分路后的组合光波在环形腔中传输到第一波分解复用器，第一波分解复用器将该组合光波进行分解，还原为原两种光波，其中脉冲检测光波继续沿着环形腔传播，连续参考光波则沿着该第一波分解复用器的引出端向外传播，这样将保持只有脉冲检测光波在环形腔内循环，连续参考光波在经过电子传感头和第二耦合器采集光信号后即通过第一波分解复用器的引出端引出环形腔。
本发明未述部分与现有技术相同。
Claims (7)
1. 光纤型电子互感器，包括有第一光源、第一耦合器、第二耦合器、电子传感头以及第一光电探测器，第一耦合器的一输出端通过电子传感头连接到第二耦合器的输入端，电子传感头连接被测电气设备，其特征在于，还包括第二光源、波分复用器、第一波分解复用器、第二波分解复用器和第二光电探测器，第一光源和第二光源的输出端分别与波分复用器的两输入端连接，第一耦合器、电子传感头、第二耦合器和第一波分解复用器依序连接，最后以第一波分解复用器的输出端连接到第一耦合器的一输入端从而组成一闭合光纤环形腔，波分复用器的输出端与第一耦合器的另一输入端连接，第二耦合器的一输出端与第二波分解复用器的输入端连接，第二波分解复用器的两输出端分别连接第一光电探测器和第二光电探测器，该第一光电探测器和第二光电探测器的输出端分别连接到数据处理装置上，第一波分解复用器的另一输出端为一光波引出端。
2. 根据权利要求1所述的光纤型电子互感器，其特征在于，第一光源输出检测光波，为一种脉冲光源，第二光源输出参考光波，为一种连续光波。
3. 根据权利要求2所述的光纤型电子互感器，其特征在于，该两种光源所输出的光波波长相差为相对长光波波长的1％～10％。
4. 根据权利要求1所述的光纤型电子互感器，其特征在于，第一耦合器和第二耦合器均为一种光纤耦合器。
5. 根据权利要求1所述的光纤型电子互感器，其特征在于，第一耦合器为一种二乘一耦合器，第二耦合器为一种一乘二耦合器。
6. 根据权利要求1所述的光纤型电子互感器，其特征在于，电子传感头由光纤和被测电气设备的电导体组成，光纤以靠触或缠绕在电导体上实现二者的感应连接。
7. 根据权利要求6所述的光纤型电子互感器，其特征在于，靠触或缠绕在电导体上的光纤表面上具有一层超磁致伸缩材料。
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