CN106841741B - 一种多路复用全光纤电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多路复用全光纤电流传感器，其包括：光学及信号处理模块A和光纤传感模块B直接连接或经耦合器相连；光学及信号处理模块A包括：依次连接的光源1、环行器2和调制器3，环行器2和探测器8连接。光纤传感模块(B)包括串或并联的光纤传感单元。本发明利用光处理系统和光纤传感单元，实现了对多路电流的同时测量，有效降低了多路光纤电流传感器的成本和系统复杂程度，提升了产品可靠性。

Description

一种多路复用全光纤电流传感器

技术领域

本发明涉及电流检测领域，具体讲涉及一种多路复用全光纤电流传感器。

背景技术

电流传感器是电力系统中的关键设备，为各种安全稳定控制、继电保护以及计量装置提供电信号。目前，在电力系统中广泛使用的电流传感器是基于电磁感应原理的电磁式电流传感器。随着特高压和超高压电网的建设，电力系统传输电力容量的不断增加，电压等级越来越高，电磁式电流传感已经不能满足绝缘和测量的需求。

光纤电流传感器拥有体积小及重量轻等诸多优点，具有天然的电绝缘性能、强抗电磁干扰能力、动态测量范围大、频率响应范围宽、灵敏度高和数字信号输出等等。光纤电流传感器代替传统的电磁式传感器已经成为必然的趋势。但是目前的光纤电流传感器需要在多路低压侧分别配置一套完整的光学检测系统和信号处理系统，占用空间大且价格昂贵。

现有的方案是三个调制器对三路光分别调制，并利用一个探测器接收信号和双光源配置。虽然能实现多路电流的同时检测，但使用两个光源和三个调制器与配备三套单相电流互感器所用元件数量及价格相差不大，技术优势不明显。另一种是三相频域调制方案，该方案中利用三个耦合器将光分为4路，取3路作为检测光源。该方案同样也需要三个调制器分别调制三路光，技术优势亦不明显。

因此，需要提供一种技术方案来克服现有技术的不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多路复用全光纤电流传感器包括：1、一种多路复用全光纤电流传感器，其特征在于，包括：光学及信号处理模块A和光纤传感模块B；光学及信号处理模块A包括：依次连接的光源1、环行器2和调制器3，环行器2和探测器8连接。

调制器3与光纤传感模块B相连；光纤传感模块B包括：串联的光纤传感单元。

调制器3经耦合器4与光纤传感模块B相连，光纤传感模块B包括：并联的光纤传感单元。

调制器3经耦合器4与光纤传感模块B相连，光纤传感模块B包括：并联的光纤传感单元支路；光纤传感单元支路包括：串联的光纤传感单元。

光纤传感单元包括：延迟环5、与延迟环相连的1/4波片6及设于1/4波片的敏感线圈7。光纤传感模块中的延迟环长度互为约数。

调制器3为相位调制器；相位调制器的调制波形包括周期形、准周期形和伪随机形。相位调制器的材料为铌酸锂或锗酸铋。

耦合器4包括分光和合光功能。光源1为宽谱光源。宽谱半导体光源为SLED高斯谱光源或LED发光二极管光源。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明利用光处理系统和光纤传感单元，即可实现多路电流的同时测量，有效降低了多路光纤电流传感器的成本和系统复杂程度，显著提升了产品可靠性。

2、本发明光纤传感单元可以是直通型的、环路型的或反射型的，其电流信息在时间域上可以是完全独立分开的，也可以是以一定方式叠加在一起的，便于通过数学运算解析出各单元的电流信息。

3、本发明中探测器接收到的光信号是多路的叠加，在不同的时间间隔多路信号以不同的形式叠加，并且随着调制信号周期性变化而变化，可用于同时测量多路电流或磁场。

附图说明

图1是本发明多路一体相位型传感器的并行连接光路图；

图2是本发明多路复用型传感器的串行连接光路图；

图3是本发明多路复用型传感器串并联合的光路图；

A-光学及信号处理模块、B-光纤传感模块、1-SLED光源、2-环行器、3-相位调制器、4-耦合器、5-延迟环、6-波片、7-敏感线圈、8-光电探测器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明：

本发明采用多路复用技术，即光纤传感模块中的多个光纤传感单元共用一套低压侧的光学及信号处理模块A，同时测量多路电流。其多个光纤传感单元可以并行连接，可以串行连接，也可以同时使用串行和并行连接。

如图1所示的并行连接，采用1×n的耦合器4，需要保证一束光输入后分n路的光强一致。n路分别连接n个光纤传感单元，也可以用多个1×2的耦合器4树杈状连接，从支路中选出n路替代。

从SLED光源1发出的光通过一个环行器2到达相位调制器3，环行器2能够保证从光源1发出的光全部通向调制器，而从调制器3返回的光全部通向探测器8。光进入调制器3后被分为x光与y光两路，由同一根光纤进入光纤线圈，返回后两路光在调制器(内含检偏器)处干涉，得到含有相位偏移量的光强信号，从中可检测出电流强度。

1)调制后的光通过1×n耦合器4分往n路，各路光强占1/n。

2)然后n路光分别进入光纤传感单元，每个光纤传感单元由延迟环5、1/4波片6、敏感线圈7和反射镜组成。3个光纤传感单元中的延迟环长度互为约数。线偏光经过1/4波片6后变成圆偏光，经外界磁场的作用产生相位偏移量，然后经末端反射镜反射后原路返回。

3)经反射镜反射的n路光经耦合器4到调制器后各自干涉，光强叠加。

4)然后叠加的光通过环行器，由光电探测器8检测光强，并转换成电信号传入信号处理系统。

如图2所示的串行连接方案，光依次通过多个光纤传感单元，然后经末端反射镜原路返回到相位调制器3，最终到探测器8。

1)从SLED光源1发出的光通过一个环行器2到达相位调制器3。

2)调制后的光依次经过n个光纤传感单元(n个5,6,7组合)。光纤传感单元中延迟环5长度互为约数，线偏光进入敏感线圈7前先经过1/4波片6后变成圆偏光，经外界磁场的作用产生相位偏移量；圆偏光出敏感线圈后再经过1/4波片6变成线偏光；然后线偏光在进入下一个光纤传感单元。

3)光经过最后一个敏感线圈后不再经过1/4波片6，而是经反射镜反射原路返回再次经过n个光纤传感单元后到调制器，然后三路光各自干涉，光强叠加。然后叠加的光通过环行器2，由光电探测器8检测光强，并转换成电信号传入信号处理系统。

如图3所示的串并联合方案，利用耦合器4将光路分为并行连接的几路，每路中可以单独连接一个或串行连接多个光纤传感单元，每路末端均有反射镜，反射回来的光再次经过耦合器4最终到达探测器8。

1)从SLED光源1发出的光通过一个环行器2到达相位调制器3。

2)调制后的光通过1×n耦合器分往n路。

3)每路光可进入一个光纤传感单元，而后经末端反射镜返回。

4)耦合器4也可以进入几个串行连接的光纤传感单元，然后经末端反射镜返回。

5)返回的光经耦合器4叠加进入调制器各自干涉，然后通过环行器，由光电探测器8检测光强，并转换成电信号传入信号处理系统。

光纤传感单元包括：延迟环、1/4波片和敏感线圈。

其中，延迟环的长度互为约数，分别为L、aL……bL(a和b为整数且1<a<b)，通过适当的调制解调波形在时域上将n个干涉信号区分开来。

探测器8接收到的光信号是多路的叠加，在不同的时间间隔多路信号以不同的形式叠加，并且随着调制信号周期性变化而变化。选择几种不同的组合便可以分别计算出每路电流的大小。

光源1为宽谱光源。调制器3为相位调制器；相位调制器的调制波形包括周期形、准周期形和伪随机形。相位调制器的材料为铌酸锂或锗酸铋。相位调制器3可以是Y分支型，直通型或多路反射型。耦合器4包括分光和合光功能。宽谱半导体光源为SLED高斯谱光源或LED发光二极管光源。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多路复用全光纤电流传感器，其特征在于，包括：光学及信号处理模块(A)和光纤传感模块(B)；

所述光学及信号处理模块(A)包括：依次连接的光源(1)、环行器(2)和调制器(3)，所述环行器(2)和探测器(8)连接；

所述调制器(3)与所述光纤传感模块(B)相连；所述光纤传感模块(B)包括：串联的光纤传感单元；或者，

所述调制器(3)经耦合器(4)与所述光纤传感模块(B)相连，所述光纤传感模块(B)包括：并联的光纤传感单元；或者，

所述调制器(3)经耦合器(4)与所述光纤传感模块(B)相连，所述光纤传感模块(B)包括：并联的光纤传感单元支路；

所述光纤传感单元支路包括：串联的光纤传感单元；

所述光纤传感单元包括：延迟环(5)、与所述延迟环相连的1/4波片(6)及设于所述1/4波片的敏感线圈(7)；

所述光纤传感模块中的延迟环长度互为约数。

2.根据权利要求1所述的多路复用全光纤电流传感器，其特征在于，所述调制器(3)为相位调制器；

所述相位调制器的调制波形包括周期形、准周期形和伪随机形。

3.根据权利要求2所述的多路复用全光纤电流传感器，其特征在于，所述相位调制器的材料为铌酸锂或锗酸铋。

4.根据权利要求1所述的多路复用全光纤电流传感器，其特征在于，所述耦合器(4)包括分光和合光功能。

5.根据权利要求1所述的多路复用全光纤电流传感器，其特征在于，所述光源(1)为宽谱光源。

6.根据权利要求5所述的多路复用全光纤电流传感器，其特征在于，所述宽谱光源为SLED高斯谱光源或LED发光二极管光源。

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