CN101937012A - 一种三项全光纤电流互感器 - Google Patents

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游一民
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Abstract

一种三项全光纤电流互感器，采用复用的“一拖三”全光纤光路中对三项电流采用三个传感光纤环，但对其它光纤器件进行复用，如：对光源进行复用、对起偏与相位调制器进行复用、对探测器进行复用；其特殊之处还在于：测量电流传感头部分和电流一次侧和二次侧之间的信号传输部分采用全光纤结构。光路结构中仅包含一个工作光源，采用耦合器对光源发出的激光分光强，此时针对三项电流的测量光纤光路中的光源是同一个，很好地保证了三项电流测量光路中的光源一致性。

Description

一种三项全光纤电流互感器
技术领域
本发明涉及一种新型三项全光纤电流互感器，尤其涉及一种光路复用器件全光纤电流互感器。
背景技术
我国国家电网实施智能电网战略，全面建设“统一智能电网”。目前国内全光纤电流互感器的研制是一个技术热点。但现在国内研制的全光纤电流互感器都是针对三项电流中的单项进行测量，再后继进行信号处理。这种方案具有一些缺点，分别针对三项的三个电流互感器测量器件之间的一致性差。
发明内容
为解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种结构简单，测量一致性好的三项全光纤电流互感器。
为达到上述目的，本发明采用的一种方案是：包括一个复用的“一拖三”结构的全光纤光路和三个电流传感部分，所述的复用的“一拖三”结构的全光纤光路包括一个复用的激光光源以及设置在该复用的激光光源光路中的耦合分束器，该复用的激光光源经耦合分束器分为A、B、C三束分别经过不同的光纤光路送入完全相同的三个电流传感部分；
所述的电流传感部分包括与耦合分束器分束后的光纤光路相连接的起偏与相位调制器，以及设置在该起偏与相位调制器前端与光纤相连接的光电探测器，在起偏与相位调制器的后端设置有传感光纤环，经起偏与相位调制器调制后的光分为两束光波A1、A2注入到传输光纤中传输至传感光纤环中，经偏振态转换后沿相反方向进入传感光纤环，然后再次经偏振态转换后进入传输光纤，A1、A2两束光先后经过相同的光纤光路，仅在传播方向和时间上有所差异，再次在起偏与相位调制器处相遇并发生干涉，干涉光波经耦合分束器到达光电探测器。
本发明的另一技术方案是：包括激光光源以及设置在该激光光源光路中的耦合分束器，激光光源经耦合分束器后通过光纤注入到起偏与相位调制器后分成两束：光束1和光束2，光束1、2分别经光开关分成1A、1B、1C三束和2A、2B、2C三束，其中1A和2A、1B和2B、1C和2C分别经传输光纤传播至传感光纤环A、B、C，分别经偏振态转换后沿相反方向进入传感光纤环，然后再次经偏振态转换后进入传输光纤，1A和2A、1B和2B、1C和2C两束光先后经过相同的光纤光路，仅在传播方向和时间上有所差异，再次在起偏与相位调制器处相遇并发生干涉，干涉光波经耦合分束器到达光电探测器。
所述的起偏与相位调制器采用Y分支多功能光学集成器件起偏为线偏光，后分成两束光波A1、A2注入到传输光纤；
所述的起偏与相位调制器采用分离的起偏器与相位调制器，经起偏器起偏为线偏振光后分为两束光波，并经过相位调制器注入到传输光纤；
所述的激光光源为固体激光光源、液体激光光源、气体激光光源或半导体激光光源。
所述的光电探测器为将光信号转化为电信号的非放大型外光电效应光电探测器、放大型外光电效应光电探测器、光电导探测器、光磁电效应探测器或光生伏特探测器；
所述的传感光纤环为将磁场信号转换为光信号，实现对电流的传感的使用光纤绕制而成的敏感光纤环。
本发明复用的“一拖三”全光纤光路中对三项电流采用三个传感光纤环，但对其它光纤器件进行复用，如：对光源进行复用、对起偏与相位调制器进行复用、对探测器进行复用；其特殊之处还在于：测量电流传感头部分和电流一次侧和二次侧之间的信号传输部分采用全光纤结构。同一时刻光路结构中仅包含一个工作光源，采用耦合器对光源发出的激光分光强，此时针对三项电流的测量光纤光路中的光源是同一个，很好地保证了三项电流测量光路中的光源一致性。
附图说明
图1为本发明单激光光源复用方案结构示意图；
图2为本发明激光光源、起偏与相位调制器、光电探测器同时复用方案结构示意图；
图3为本发明起偏与相位调制器的两种实施方案，其中图3a是采用Y分支多功能光学集成器件等集成器件的结构示意图，图3b是采用分离的起偏器与相位调制器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，光源发出的光经耦合分束器分为A、B、C三束，分别经过不同的光纤光路针对A、B、C三项电流进行测量。光束A与探测器A经另一耦合分束器耦合分束，其中一根尾纤出光废弃，参见图3a，另一根尾纤中的传播光束经过Y波导起偏部分起偏为线偏光，后分成两束光波A1、A2(或者采用分离的起偏器与相位调制器，经起偏器起偏为线偏振光后分为两束光波，并经过一次相位调制器，见图3b)，注入到传输光纤中传输至传感头处，经偏振态转换后沿相反方向进入传感光纤环，然后再次经偏振态转换后进入传输光纤，A1、A2两束光先后经过相同的光纤光路，仅在传播方向和时间上有所差异，再次在Y波导起偏部分或其它起偏器处相遇并发生干涉，干涉光波经耦合分束器到达探测器A处。光纤光路B、光纤光路C中光束传播情况同理。
参见图2，光源尾纤与探测器经耦合分束器耦合，光源所发光波分束，其中一根尾纤出光废弃，另一根尾纤中的传播光束经Y波导起偏部分起偏为线偏光，后分成两束光束1、光束2(参见图3a)(或者采用分离的起偏器与相位调制器，经起偏器起偏为线偏振光后分为两束光波1、2，并经过一次相位调制器，见图3b)，光束1再由光开关分成1A、1B、1C三束，光束2也由光开关分成2A、2B、2C三束，1A、2A经传输光纤中传播至传感头A处，经偏振态转换后沿相反方向进入传感光纤环，然后再次经偏振态转换后进入传输光纤，1A、2A两束光先后经过相同的光纤光路，仅在传播方向和时间上有所差异，再次在Y波导起偏部分或其它起偏器处相遇并发生干涉，干涉光波经耦合分束器到达探测器处。光纤光路B、光纤光路C中光束1B、2B和1C、2C传播情况同理。
本发明光源复用方案：
上述光源复用方案中可以在光纤光路结构仅包含并使用一个光源，也可以在光纤光路结构包含两个或两个以上光源并使用一个光源其它光源作为备用光源以提高该全光纤电流互感器可靠性并延长其使用寿命。
单光源复用方案：
上述仅包含并使用一个光源的光源复用方案的结构见图1(此图仅为示意图，具体光路结构因选用器件不同可能有所变化)，光路结构中仅包含一个光源，采用耦合器对光源发出的激光分光强，此时针对三项电流的测量光纤光路中的光源是同一个，很好地保证了三项电流测量光路中的光源一致性。
多光源复用方案
本发明的光源还可以设置为两个或两个以上光源的光源复用方案，具体光路结构因选用器件不同可能有所变化。虽然光路结构中包含两个或两个以上光源，但同一时刻仅采用一个工作光源，光源复用方案可再分为多光源复用备用方案和多光源复用轮换方案。
多光源复用备用方案
上述多光源复用备用方案，虽然光路结构中包含两个或两个以上光源，但同一时刻仅采用一个光源，当光源出现故障时换用另一备用光源，以提高该全光纤电流互感器可靠性并延长其使用寿命，而某一时刻针对三项电流的测量光纤光路中的光源是同一个，同样很好地保证了三项电流测量光路中的光源一致性。
多光源复用轮换方案
上述多光源复用轮换方案，虽然光路结构中包含两个或两个以上光源，但同一时刻仅采用一个光源，一段时间后换用第二个光源，再一段时间后换用第三个光源，再一段时间后换回第一个光源，如是反复(如两个光源则仅在两个光源间轮换)。此处的一段时间短至五分钟，长至三个月。如此以提高该全光纤电流互感器可靠性并延长其使用寿命，而某一时刻针对三项电流的测量光纤光路中的光源是同一个，同样很好地保证了三项电流测量光路中的光源一致性。
光源、起偏与相位调制器、探测器同时复用方案
上述光源、起偏与相位调制器、探测器同时复用方案的结构见图2(此图仅为示意图，具体光路结构因选用器件不同可能有所变化)，以光开关实现对光源、起偏与相位调制器、探测器的分时复用，此方案中针对三项电流的测量光纤光路中的光源、起偏与相位调制器、探测器均为同一套器件，很好地保证了三项电流测量光路中的器件一致性。此方案的缺陷是对光开关的要求较高。

Claims (7)

1.一种三项全光纤电流互感器，其特征在于：包括一个复用的“一拖三”结构的全光纤光路和三个电流传感部分，所述的复用的“一拖三”结构的全光纤光路包括一个复用的激光光源(1)以及设置在该复用的激光光源(1)光路中的耦合分束器，该复用的激光光源(1)经耦合分束器分为A、B、C三束分别经过不同的光纤光路送入完全相同的三个电流传感部分；
所述的电流传感部分包括与耦合分束器分束后的光纤光路相连接的起偏与相位调制器(3)，以及设置在该起偏与相位调制器(3)前端与光纤相连接的光电探测器(2)，在起偏与相位调制器(3)的后端设置有传感光纤环(5)，经起偏与相位调制器(3)调制后的光分为两束光波A1、A2注入到传输光纤中传输至传感光纤环(5)中，经偏振态转换后沿相反方向进入传感光纤环，然后再次经偏振态转换后进入传输光纤，A1、A2两束光先后经过相同的光纤光路，仅在传播方向和时间上有所差异，再次在起偏与相位调制器(3)处相遇并发生干涉，干涉光波经耦合分束器到达光电探测器(2)。
2.一种三项全光纤电流互感器，其特征在于：包括激光光源(1)以及设置在该激光光源(1)光路中的耦合分束器，激光光源(1)经耦合分束器后通过光纤注入到起偏与相位调制器(3)后分成两束：光束1和光束2，光束1、2分别经光开关(6)分成1A、1B、1C三束和2A、2B、2C三束，其中1A和2A、1B和2B、1C和2C分别经传输光纤传播至传感光纤环A、B、C，分别经偏振态转换后沿相反方向进入传感光纤环，然后再次经偏振态转换后进入传输光纤，1A和2A、1B和2B、1C和2C两束光先后经过相同的光纤光路，仅在传播方向和时间上有所差异，再次在起偏与相位调制器(3)处相遇并发生干涉，干涉光波经耦合分束器到达光电探测器(2)。
3.根据权利要求1或2所述的三项全光纤电流互感器，其特征在于：所述的起偏与相位调制器(3)采用Y分支多功能光学集成器件起偏为线偏光，后分成两束光波A1、A2注入到传输光纤。
4.根据权利要求1或2所述的三项全光纤电流互感器，其特征在于：所述的起偏与相位调制器(3)采用分离的起偏器与相位调制器，经起偏器起偏为线偏振光后分为两束光波，并经过相位调制器注入到传输光纤。
5.根据权利要求1或2所述的三项全光纤电流互感器，其特征在于：所述的激光光源(1)为固体激光光源、液体激光光源、气体激光光源或半导体激光光源。
6.根据权利要求1或2所述的三项全光纤电流互感器，其特征在于：所述的光电探测器为将光信号转化为电信号的非放大型外光电效应光电探测器、放大型外光电效应光电探测器、光电导探测器、光磁电效应探测器或光生伏特探测器。
7.根据权利要求1或2所述的三项全光纤电流互感器，其特征在于：所述的传感光纤环为将磁场信号转换为光信号，实现对电流的传感的使用光纤绕制而成的敏感光纤环。
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