CN105445519B - 一种双波长工作的光纤电流互感器及测量电流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为双波长工作的光学电流互感器。该结构的光纤电流互感器有两套独立的光源和调制解调系统，共用同一套光纤延迟线和传感环。两束光的波长呈奇数倍，通常为三倍。一束光的四分之一波片相对于另一束光可能是四分之一波片或者四分之三波片。所以波片可以将两束不同波长的线性偏光同时变为圆偏光，或者同时将圆偏光变为线性偏光。不同波长的光经历相同的传输路径，记录了相同的震动和温度干扰。通过对双波长探测结果做差分处理，可以有效的抑制了震动带来的影响；通过对双波长探测结果做对比和查菲尔德常数表，可以有效的抑制了温度带来的影响，从而提高光纤电流互感器的精度。
Description
技术领域
本发明属于电力测量领域，具体涉及一种双波长工作的光纤电流互感器及测量电流的方法。
背景技术
近年来，随着智能电网的迅速发展，智能一次测量设备得到了越来越多的应用。其中光纤电流互感器因其安全、无磁饱和、动态范围大等优点受到了电力行业的广泛关注。现有的反射式光纤电流互感器由一套光源、探测器、耦合器、起偏器、相位调制器、光纤延迟线、四分之一波片、传感光纤和反射镜组成。其中四分之一波片、传感光纤和反射镜又称为传感环，安装于一次侧，它是由纯光纤组成，无任何电子元器件，所以易于安装、方便维护且抗老化能力强，且不受电磁干扰。但是该结构的光学电流互感器对温度较为敏感，难以在全温范围内(-40～70℃)满足IEC60044-8标准中0.2S级的要求。另外，当传感光纤或者光纤延迟线受到震动干扰时，电流互感器会误判为被测一次电流有异常变化，易造成电力系统的保护误动。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种能解决目前光纤电流互感器缺点的、受震动和温度干扰影响小，精度高的光纤电流互感器。
为了达成上述目的，本发明提供以下技术方案：一种双波长工作的光纤电流互感器，其特征在于，包含相互独立两套光学系统、保偏耦合器、光纤延迟线、传感环以及电路处理系统；
其中所述光学系统系统中，光源、滤波器、起偏器、相位调制器顺序连接，探测器的输入端与所述滤波器连接，探测器的输出端连接所述电路处理系统；所述两套系统的相位调制器分别连接所述保偏耦合器，所述保偏耦合器顺序连接光纤延迟线以及传感环。
上述方案中，所述电路处理系统还与所述两套光学系统的所述相位调制器分别连接，用于动态调整线性偏振光的相位大小。
上述方案中，所述光学系统还包括环形器，相应地，所述光源通过所述环形器与所述滤波器相连；所述探测器通过所述环形器与所述滤波器相连。
上述方案中，所述传感环包括：波片、传感光纤、反射镜；其中波片一端连接所述光纤延迟线，另一端连接所述传感光纤；所述传感光纤用于环绕待测的电阻棒；所述传感光纤的末端连接反射镜。
上述方案中：所述光源、所述滤波器和所述探测器的连接器件使用环形器，或者使用普通耦合器。
上述方案中：所述光源使用低偏振光源，或者使用高偏振光源。
另外本发明还提供一种使用权利要求1所述的电流互感器测量电流的方法，其特征在于：包括步骤：
两套光学系统产生两束波长差为奇数倍的光；
所述两束光经过调制后经保偏耦合器后被输入同一套光纤延迟线和传感环中；
所述两束光经传感环的反射镜反射后沿原路返回，两套所述光学系统中的滤波器各自滤掉对侧系统的光，使本光学系统中的所述探测器仅探测本系统的光束；
电路处理系统对接受到的两束光进行处理，根据光强变化，反推相干光的相位差，进而计算待测电阻棒的流经电流。
上述方案中：两套光学系统产生两束波长差为奇数倍的光具体指：一束光的四分之一波片相对于另一束光是四分之一波片或者四分之三波片；使两束光经过起偏器后，线性偏振光同时变为圆偏光或者圆偏振光同时变为线性偏振光。
上述方案中：所述电路处理系统对接受到的两束光进行处理，包括对两套光学系统中探测器的测量结果做差分处理，从而消除震动对光纤延迟线和传感环的影响。
上述方案中：所述电路处理系统对接受到的两束光进行处理，包括通过对比两套光学系统中探测器的测量结果的变化趋势从而判断环境温度，并通过修正费尔德系数来修正测量误差。
本发明的有益效果在于：使现有光学电流互感器可以抵抗震动对光纤延迟线和传感环的干扰，还可以通过温度修正提高光学电流互感器在全温范围内(-40～70℃)的测量精度。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
本发明给出了种双波长工作的光纤电流互感器及测量电流的方法。
双波长工作的光纤电流互感器包含相互独立两套光学系统、保偏耦合器、光纤延迟线、传感环以及电路处理系统；其中所述光学系统系统中，光源、滤波器、起偏器、相位调制器顺序连接，探测器的输入端与所述滤波器连接，探测器的输出端连接所述电路处理系统。所述两套系统的相位调制器分别连接所述保偏耦合器，所述保偏耦合器顺序连接光纤延迟线以及传感环。
另外本发明还提供一种采用该双波长工作的光纤电流互感器测量电流的方法，主要包括步骤：
两套光学系统产生两束波长差为奇数倍的光；
所述两束光经过调制后经保偏耦合器后被输入同一套光纤延迟线和传感环中；
所述两束光经传感环的反射镜反射后沿原路返回，两套所述光学系统中的滤波器各自滤掉对侧系统的光，使本光学系统中的所述探测器仅探测本系统的光束；
电路处理系统对接受到的两束光进行处理，根据光强变化，反推相干光的相位差，进而计算待测电阻棒的流经电流。
以下将结合附图，再给出本发明的一个具体实施例：
图1中，1、光源A 2、环形器A 3、滤波器A
4、起偏器A 5、相位调制器A 6、光源B
7、环形器B 8、滤波器B 9、起偏器B
10、相位调制器B 11、保偏耦合器 12、光纤延迟线
13、波片 14、传感光纤 15、反射镜
16、探测器A 17、探测器B 18、电路处理系统
19、电阻棒
1、如图1所示：光源A1的出射光经由环形器A2和滤波器A3到起偏器A4，光经过起偏器A4后变为线性偏振光。线性偏振光的相位经相位调制器A5调制后经由耦合器11进入光纤延迟线。
2、光源B6的出射光经由环形器B7和滤波器B8到起偏器B9，光经过起偏器B9后变为线性偏振光。线性偏振光的相位经相位调制器B10调制后经由保偏耦合器11进入光纤延迟线。
3、A、B两套系统的线性偏振光经过光纤延迟线12后到达四分之一波片13。由于两束光的波长呈奇数倍关系，所以经历波片13后，线性偏振光同时变为圆偏光。线性偏振光在光纤延迟线中沿快轴和慢轴同时传输。因为轴位不同，线性偏振光在变为圆偏光时，会同时产生左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
4、圆偏光沿传感光纤14传输，期间受到电阻棒19中电流产生的磁场影响，左旋圆偏光和右旋圆偏光的传播速度不同。经反射镜15反射后，再次经历电阻棒19中电流产生的磁场影响，左右旋圆偏光的距离扩大。
5、A、B两波长的圆偏光经过波片13后再次变为线性偏振光，圆偏光的距离差变为了相干线性偏振光之间的相位差。线性偏振光经光纤延迟线12后到保偏耦合器11。被保偏耦合器11均分后到达相位调制器A5和相位调制器B10。
6、到达相位调制器A5的线性偏振光经调制后到达起偏器A4，再经由滤波器A3后滤掉B波长的光。A波长的光经环形器2后到达探测器A16，被测得的光强信号A传送至电路处理系统18。
7、到达相位调制器B10的线性偏振光经调制后到达起偏器B9，再经由滤波器B8后滤掉A波长的光。B波长的光经环形器后到达探测器B17，被测得的光强信号B传送至电路处理系统18。
8、A、B两套系统的光在同一套光纤延迟线和传感环中传输，同时记录了光纤延迟线和传感环受到的震动干扰。电路处理部分18通过对A、B两套系统中探测器的测量结果做差分处理可以消除震动对光纤延迟线和传感环的影响。A、B两套系统的光在同一套光纤延迟线和传感环中传输，同时记录了光纤延迟线和传感环受到的温度影响。不同波长的光在不同温度环境下对应的费尔德系数曲线是不同的。电路处理部分通过对比A、B两套系统中探测器的测量结果的变化趋势可以准确判断环境温度，并可以通过修正费尔德系数来修正测量误差。不同波长光在不同温度下的菲尔德常数可以通过查表获得。光源的波长是已知的，通过判断两束光在相同温度条件下解调出的电流差值大小可以反推出此时的温度。进而可以通过查表获得此时真实的菲尔德常数，从而修正温度对光学互感器精度的影响。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明或以此限定本发明的保护范围。凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种双波长工作的光纤电流互感器，其特征在于，包含相互独立的两套工作波长不同的光学系统、保偏耦合器、光纤延迟线、传感环以及电路处理系统；
其中所述光学系统中，光源、滤波器、起偏器、相位调制器顺序连接，探测器的输入端与所述滤波器连接，探测器的输出端连接所述电路处理系统；
所述两套系统的相位调制器分别连接所述保偏耦合器，所述保偏耦合器顺序连接光纤延迟线以及传感环；
所述电路处理系统还与所述两套光学系统的所述相位调制器分别连接，用于动态调整线性偏振光的相位大小；
所述光学系统还包括环形器，相应地，所述光源通过所述环形器与所述滤波器相连；所述探测器通过所述环形器与所述滤波器相连；
所述传感环包括：波片、传感光纤、反射镜；其中波片一端连接所述光纤延迟线，另一端连接所述传感光纤；所述传感光纤用于环绕待测的电阻棒；所述传感光纤的末端连接反射镜；
所述电路处理系统对接受到的两束光进行处理，包括对两套光学系统中探测器的测量结果做差分处理，从而消除震动对光纤延迟线和传感环的影响。
2.根据权利要求1所述的双波长工作的光纤电流互感器，其特征在于：所述光源、所述滤波器和所述探测器的连接器件使用环形器，或者使用普通耦合器。
3.根据权利要求1所述的双波长工作的光纤电流互感器，其特征在于：所述光源使用低偏振光源，或者使用高偏振光源。
4.一种使用权利要求1所述的电流互感器测量电流的方法，其特征在于：包括步骤：
两套光学系统产生两束波长差为奇数倍的光；
所述两束光经过调制后经保偏耦合器后被输入同一套光纤延迟线和传感环中；
所述两束光经传感环的反射镜反射后沿原路返回，两套所述光学系统中的滤波器各自滤掉对侧系统的光，使本光学系统中的所述探测器仅探测本系统的光束；
电路处理系统对接受到的两束光进行处理，根据光强变化，反推相干光的相位差，进而计算待测电阻棒的流经电流；
两套光学系统产生两束波长差为奇数倍的光具体指：一束光的四分之一波片相对于另一束光是四分之一波片或者四分之三波片；使两束光经过起偏器后，线性偏振光同时变为圆偏光或者圆偏振光同时变为线性偏振光；
所述电路处理系统对接受到的两束光进行处理，包括对两套光学系统中探测器的测量结果做差分处理，从而消除震动对光纤延迟线和传感环的影响。
5.根据权利要求4所述的测量电流的方法，其特征在于：所述电路处理系统对接受到的两束光进行处理，包括通过对比两套光学系统中探测器的测量结果的变化趋势从而判断环境温度，并通过修正费尔德系数来修正测量误差。
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