CN112162229B - 用于光纤电流传感器的状态监测装置 - Google Patents

用于光纤电流传感器的状态监测装置 Download PDF

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CN112162229B CN202010961960.XA CN202010961960A CN112162229B CN 112162229 B CN112162229 B CN 112162229B CN 202010961960 A CN202010961960 A CN 202010961960A CN 112162229 B CN112162229 B CN 112162229B
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Abstract

本发明公开了一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一光电探测器、偏振态分析模块、光谱解调模块和信号处理单元；第一光纤耦合器将接收到的光源输出光信号分光，分别送入第二光纤耦合器和待测光纤电流传感器；第一光纤耦合器将接收到的返回光信号分光，分别送入待测光纤电流传感器和第一光电探测器；第二光纤耦合器将接收到的光源输出光信号分光，分别送入光谱解调模块和偏振态分析模块；信号处理单元接收第一光电探测器、偏振态分析模块和光谱解调模块的输出信号，计算出待测光纤电流传感器的状态参数。本发明能对光纤电流传感器的各种状态参数的提取，提高光纤电流传感系统的可靠性。

Description

用于光纤电流传感器的状态监测装置
技术领域
本发明属于设备状态监测技术领域，具体涉及一种用于光纤电流传感器的状态监测装置。
背景技术
电流是工业生产过程中普遍且重要的测量参数，因此，电流测量被广泛应用于电力传输、冶金、军事、科研等行业。全光纤电流互感器是一种基于法拉第磁光效应原理的无源式电流互感器，它具有体积小、重量轻、绝缘结构简单、测量动态范围大等优点，在直流输电工程中得到了大量应用。但在实际运行中，全光纤电流互感器易受温度、振动、干扰、光路损耗等多种因素的影响，特别是光源、光纤、光电监测等光电元件。一方面，在室外长期的高低温、湿热等环境的作用下全光纤电流互感器容易发生老化；另一方面，相对于交流系统，换流站内短路故障、直流线路接地故障、交流系统故障、滤波器、电容器组投切操作等直流系统中的电磁环境更加复杂，很容易对全光纤电流互感器的弱电系统产生的电磁干扰，导致其测量精度下降甚至发生故障事件，多次导致控保系统异常，严重影响换流站的安全稳定运行。
在实际应用中，全光纤电流互感器故障包括突变性故障和渐变性故障，突变性故障信号变化速率大，渐变性故障信号变化速率小，主要体现为完全失效故障、固定偏差故障、漂移偏差故障和精度下降故障等。对于不同的全光纤电流互感器故障现象，引发故障的原因也不尽相同。如光纤回路受到外力作用产生的弯折、光纤中存在气泡、污损甚至断裂等，将导致光回路的光强降低甚至消失；而站内开关类设备的操作或闪络等产生的瞬态干扰信号将直接影响全光纤电流互感器的调制电回路。这些故障源的区别，将对应于全光纤电流互感器产生不同的故障现象和特征，为开展其健康状态诊断提供了参考依据。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，能够实现对光纤电流传感器中的各种光学参量及信号的提取与再提取，不仅提高了光纤电流传感系统的可靠性。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，所述光纤电流传感器包括相连的光源和第三光纤耦合器，以及顺次相连的光纤起偏器、调制器、光纤延时环、波片、光纤敏感环和光纤反射镜；所述监测装置包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一光电探测器、偏振态分析模块、光谱解调模块和信号处理单元；
所述第一光纤耦合器一端与第三光纤耦合器相连，接收待测光纤电流传感器发出的光源输出光信号，并对其进行分光后，分别送入所述第二光纤耦合器和待测光纤电流传感器；
所述第一光纤耦合器的另一端与所述光纤起偏器相连，用于接收待测光纤电流传感器发出的返回光信号，并对其进行分光后，分别送入待测光纤电流传感器和第一光电探测器；
所述第二光纤耦合器将接收到的光源输出光信号进行分光后，分别送入所述光谱解调模块和偏振态分析模块；
所述信号处理单元接收所述第一光电探测器、偏振态分析模块和光谱解调模块的输出信号，并基于接收到的输出信号计算出待测光纤电流传感器的状态参数，完成光纤电流传感器的状态监测。
可选地，所述第一光纤耦合器为2x2型光纤耦合器，其中一端的两个接口分别与第一光电探测器和待测光纤电流传感器相连，另一端的两个接口分别与第二光纤耦合器和待测光纤电流传感器相连。
可选地，所述第二光纤耦合器为2x2型光纤耦合器，其中一端的两个接口分别与所述偏振态分析模块和光谱解调模块，另一端的其中一个接口与所述第一光纤耦合器相连。
可选地，所述第一光纤耦合器的分光比为M：N，其中M>N，与M对应的接口与待测光纤电流传感器相连，与N对应的分别接口与第二光纤耦合器和第一光电探测器相连。
可选地，所述第一光纤耦合器的分光比为90：10、80:20或70:30；所述第二光纤耦合器的分光比均为50：50。
可选地，所述用于光纤电流传感器的状态监测装置的还包括显示单元，所述显示单元的输入端与所述信号处理单元的输出端相连，用于显示信号处理结果。
可选地，所述光谱解调模块实时监测并解调出光纤电流传感器中光源输出光信号的光谱和光功率；所述信号处理单元基于所述光谱和光功率，计算出光源输出峰值波长、中心波长和平均波长。
可选地，所述信号处理单元基于所述光谱中半峰值光功率所对应的两个波长之差，计算出光源输出谱宽。
可选地，所述偏振态分析模块实时监测并解调出光纤电流传感器中光源输出光信号的偏振态参数，并上传至所述信号处理单元。
可选地，所述第一光电探测器将接收到的返回光信号转换为电压信号，并上传至信号处理单元；
所述信号处理单元基于所述电压信号计算出光纤电流传感器的渡越时间，所述渡越时间的计算过程包括：
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000031
计算出a02，式中，VD为第一光电探测器上传的电压信号，ωm为施加在调制器上的调制信号的圆频率；
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000032
计算出b02，
将所述a02和b02带入
Figure BDA0002680876760000033
计算出光纤电流互感器的渡越时间τ。
可选地，所述第一光电探测器将接收到的返回光信号转换为电压信号，并上传至信号处理单元；
所述信号处理单元基于所述电压信号计算出光纤电流传感器的调制深度，所述调制深度的计算过程包括：
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000034
计算出a02，式中，VD为第一光电探测器上传的电压信号，ωm为施加在调制器上的调制信号的圆频率；
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000035
计算出b02；
将所述a02和b02带入
Figure BDA0002680876760000036
计算出调制信号的二次谐波幅值S2；
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000037
计算出a04，
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000038
计算出b04；
将所述a04和b04带入
Figure BDA0002680876760000039
计算出调制信号的四次谐波幅值S4；
根据第一类Bessel函数将第一光电探测器上传的电压信号展开，二次谐波与四次谐波幅值比值与调制深度的对应关系为：
Figure BDA00026808767600000310
式中J2为2阶第一类Bessel函数，J4为4阶第一类Bessel函数，
Figure BDA00026808767600000311
为调制深度，根据J2/J4与调制深度
Figure BDA00026808767600000312
的对应关系，通过查表可以直接获取当前调制深度值
Figure BDA00026808767600000313
可选地，所述信号处理单元基于所述调制深度，计算出光纤电流传感器的电流相位角，所述电流相位角的计算过程包括：
将所述电压信号带入
Figure BDA00026808767600000314
计算出a01；
将所述电压信号带入
Figure BDA00026808767600000315
计算出b01；
将所述a01和b01带入
Figure BDA00026808767600000316
计算出调制信号的一次谐波幅值S1；
根据第一类Bessel函数将第一光电探测器上传的电压信号展开，一次谐波与二次谐波幅值比值为：
Figure BDA0002680876760000041
式中J1为1阶第一类Bessel函数，
Figure BDA0002680876760000042
为调制深度，
Figure BDA0002680876760000043
为电流相位角，
Figure BDA0002680876760000044
的表达式为：
Figure BDA0002680876760000045
根据比值J1/J2与调制深度
Figure BDA0002680876760000046
的对应关系，在已知调制深度值
Figure BDA0002680876760000047
时，直接计算出当前J1/J2值。
可选地，所述信号处理单元基于所述渡越时间τ、调制深度
Figure BDA0002680876760000048
和电流相位角
Figure BDA0002680876760000049
以及返回光功率和光源输出光功率，计算出光纤电流传感器的插入损耗α，所述插入损耗的具体计算公式为：
Figure BDA00026808767600000410
式中，P0为光源输出光功率，K0为第一光电探测器的光电转换系数，VD为第一光电探测器上传的电压信号，其表达式为：
Figure BDA00026808767600000411
可选地，所述信号处理单元还对所述第一光电探测器上传的返回光信号，利用快速傅里叶变换计算出信号频谱信息，进而基于所述信号频谱信息计算出光纤电流传感器的信噪比，计算公式为：
Figure BDA00026808767600000412
式中，s(l)为信号的频谱峰值，∑s2(f)为信号频谱的总能量。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，能够实现对光纤电流传感器中的各种光学参量及信号的提取与再提取，不仅提高了光纤电流传感系统的可靠性。
本发明能够实现探测并分析光源输出光的光学特性，如偏振度、偏振态、光功率以及光谱等，不仅可以实现对光源工作状态的监测，还可以实现对光纤电流传感器中光信号状态的监测，有利于光纤电流传感器的光源器件的渐变性故障分析和监测，同时可以从多维度对光纤电流传感器中光信号状态的精确分析及监测，此外，由于各种光学器件对光波长的敏感特性，基于光谱可进一步提取系统中光波的工作波长并有效分析系统的工作状态。
本发明基于探测光源的输出光功率以及返回光功率，可以分析光纤电流传感器的插入损耗，结合环境温度可以更精确地分析其工作特性并为其相关工作状态分析提供参考进一步提高了光纤电流传感系统的可靠性。
本发明通过提取返回光电压信号的频谱和信噪比，可以获取系统的信号特性，若存在干扰信号可以借助频谱数据定位、消除干扰信号，提高光纤电流传感系统的可靠性。
本发明通过对光信号的谐波分析，不仅可以监测调制系统的调制状态，还可以解调待测电流的相关信息，如待测电流幅值以及待测电流信号的频谱图等。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的用于光纤电流传感器的状态监测装置的整体结构示意图；
其中：
1—光源，2—第三光纤耦合器、3—光纤起偏器、4—调制器、5—光纤延时环、6—λ/4波片、7—光纤敏感环、8—光纤反射镜、9—第二光电探测器、10—第一光纤耦合器、11—第二光纤耦合器、12—光谱解调模块、13—偏振态分析模块、14—第一光电探测器、15—信号处理单元、16—显示单元、17—用于光纤电流传感器的状态监测装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
由于现有技术中的光纤电流传感器存在突变性和渐变性两种故障产生原因，为此，本发明提出需要监测其运行过程中可能影响其测量精度的重要光学器件的工作状态以及传感器的实时运行状态参数，如光源光功率及工作温度、电路电源稳定性、调制深度等，从而实现光纤电流传感器的运行状态实时监测及长期运行状态监测，方便工作人员了解光纤电流传感器的工作状态，并预测状态变化趋势。
如图1中的虚线框内所示，本发明实施例中提供了一种用于光纤电流传感器的状态监测装置17，包括第一光纤耦合器10、第二光纤耦合器11、第一光电探测器14、偏振态分析模块13、光谱解调模块12和信号处理单元15；所述光纤电流传感器包括相连的光源1和第三光纤耦合器2，以及顺次相连的光纤起偏器3、调制器4、光纤延时环5、波片6、光纤敏感环7和光纤反射镜8；所述第三光纤耦合器2上还连接有第二光电探测器9；
所述第一光纤耦合器10一端与第三光纤耦合器2相连，接收待测光纤电流传感器发出的光源输出光信号，并对其进行分光后，分别送入所述第二光纤耦合器11和待测光纤电流传感器；
所述第一光纤耦合器10的另一端与所述光纤起偏器3相连，用于接收待测光纤电流传感器发出的返回光信号，并对其进行分光后，分别送入待测光纤电流传感器和第一光电探测器14；
所述第二光纤耦合器11将接收到的光源输出光信号进行分光后，分别送入所述光谱解调模块12和偏振态分析模块13；
所述信号处理单元15接收所述第一光电探测器14、偏振态分析模块13和光谱解调模块12的输出信号，并基于接收到的输出信号计算出待测光纤电流传感器的状态参数，完成光纤电流传感器的状态监测。
如图1所示，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一光纤耦合器10为2x2型光纤耦合器，其中一端的两个接口分别与第一光电探测器14和待测光纤电流传感器相连，另一端的两个接口分别与第二光纤耦合器11和待测光纤电流传感器相连。
所述第二光纤耦合器11为2x2型光纤耦合器，其中一端的两个接口分别与所述偏振态分析模块13和光谱解调模块12，另一端的其中一个接口与所述第一光纤耦合器10相连。
由于本发明实施例中的用于光纤电流传感器的状态监测装置，仅需要从待测光纤电流传感器中采集少量的光信号，因此，所述第一光纤耦合器10的分光比为M：N，其中M>N，与M对应的接口与待测光纤电流传感器相连，与N对应的分别接口与第二光纤耦合器11和第一光电探测器14相连，实现将分光信号送入第二光纤耦合器11或第一光电探测器14。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一光纤耦合器1010的分光比为90：10，90％的光源输出光信号被送入待测光纤电流传感器，10％的光源输出光信号被送入第二光纤耦合器11；90％的返回光信号被送入待测光纤电流传感器，10％的返回光信号被送入第一光电探测器14。所述第二光纤耦合器11和第三光纤耦合器2的分光比均为50：50。在本发明实施例的其他实施方式中，所述第一光纤耦合器10的分光比还可以是80:20或70:30。
如图1所示，在本发明实施例的一种具体实施方式中，为了便于实时观察待测光纤电流传感器的状态数据，所述用于光纤电流传感器的状态监测装置的还包括显示单元16，所述显示单元16的输入端与所述信号处理单元15的输出端相连，用于显示信号处理结果
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述光谱解调模块12实时监测并解调出光纤电流传感器中光源输出光信号的光谱和光功率；所述信号处理单元15基于所述光谱和光功率，计算出光源1输出峰值波长(光功率最高点即上传光谱最大点，对应的波长)、中心波长(峰值波长对应光功率值的一半对应的下限波长值和上限波长值的平均值)和平均波长(光源1所有光谱分量的加权平均值)，所述平均波长的计算公式为：
Figure BDA0002680876760000071
，式中，Pn是波长为λn的光的光功率。
所述信号处理单元15基于所述光谱中半峰值光功率所对应的两个波长之差，计算出光源1输出谱宽，所述光源1输出谱宽是光源1的其中一个指标，可用于衡量光源1状态。
所述偏振态分析模块13实时监测并解调出光纤电流传感器中光源输出光信号的偏振态参数(包括偏振度，消光比等)，且可以直接获得光源1输出光功率信息，并上传至所述信号处理单元15。
所述第一光电探测器14将接收到的返回光信号转换为电压信号，并上传至信号处理单元15；所述信号处理单元15基于所述电压信号计算出光纤电流传感器的渡越时间，所述渡越时间的计算过程包括：
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000072
计算出a02，式中，VD为第一光电探测器14上传的电压信号，ωm为施加在调制器4上的调制信号的圆频率；
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000073
计算出b02，
将所述a02和b02带入
Figure BDA0002680876760000074
计算出光纤电流互感器的渡越时间τ。
所述第一光电探测器14将接收到的返回光信号转换为电压信号，并上传至信号处理单元15；
所述信号处理单元15还可以基于所述电压信号计算出光纤电流传感器的调制深度，所述调制深度的计算过程包括：
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000075
计算出a02，式中，VD为第一光电探测器14上传的电压信号，ωm为施加在调制器4上的调制信号的圆频率；
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000076
计算出b02；
将所述a02和b02带入
Figure BDA0002680876760000077
计算出调制信号的二次谐波幅值S2；
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000078
计算出a04，
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000079
计算出b04；
将所述a04和b04带入
Figure BDA00026808767600000710
计算出调制信号的四次谐波幅值S4；
根据第一类Bessel函数将第一光电探测器14上传的电压信号展开，二次谐波与四次谐波幅值比值与调制深度的对应关系为：
Figure BDA0002680876760000081
式中J2为2阶第一类Bessel函数，J4为4阶第一类Bessel函数，
Figure BDA00026808767600000816
为调制深度，根据J2/J4与调制深度
Figure BDA00026808767600000817
的对应关系，通过查表可以直接获取当前调制深度值
Figure BDA00026808767600000818
所述信号处理单元15基于所述调制深度，计算出光纤电流传感器的电流相位角，所述电流相位角的计算过程包括：
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000082
计算出a01；
将所述电压信号带入
Figure BDA0002680876760000083
计算出b01；
将所述a01和b01带入
Figure BDA0002680876760000084
计算出调制信号的一次谐波幅值S1；
根据第一类Bessel函数将第一光电探测器14上传的电压信号展开，一次谐波与二次谐波幅值比值为：
Figure BDA0002680876760000085
式中J1为1阶第一类Bessel函数，
Figure BDA0002680876760000086
为调制深度，
Figure BDA0002680876760000087
为电流相位角，
Figure BDA0002680876760000088
的表达式为：
Figure BDA0002680876760000089
根据比值J1/J2与调制深度
Figure BDA00026808767600000810
的对应关系，在已知调制深度值
Figure BDA00026808767600000811
时，直接计算出当前J1/J2值。
所述信号处理单元15基于所述渡越时间τ、调制深度
Figure BDA00026808767600000812
和电流相位角
Figure BDA00026808767600000813
以及返回光功率和光源1输出光功率，计算出光纤电流传感器的插入损耗α，所述插入损耗的具体计算公式为：
Figure BDA00026808767600000814
式中，P0为光源1输出光功率，K0为第一光电探测器14的光电转换系数，VD为第一光电探测器14上传的电压信号，其表达式为：
Figure BDA00026808767600000815
所述信号处理单元15还对所述第一光电探测器14上传的返回光信号，利用快速傅里叶变换计算出信号频谱信息，进而基于所述信号频谱信息计算出光纤电流传感器的信噪比，计算公式为：
Figure BDA0002680876760000091
式中，s(l)为信号的频谱峰值，∑s2(f)为信号频谱的总能量。
在具体实施过程中，所述光源1可以选用SLD光源，所述波片6可以选用λ/4波片，所述调制器4可以选用PZT调制器。
本发明实施例中的用于光纤电流传感器的状态监测装置，包括待测光纤电流传感系统(1～9)和用于光纤电流传感器的状态监测装置17(10～16)两部分组成，所述待测光纤电流传感器中的光源1发出的光依次经过第三耦合器和第一光纤耦合器10两次分光后，部分光源1输出光留在待测光纤电流传感器中，经光纤起偏器3起偏后，由调制器4产生光调制信号，光调制信号依次经过光纤延时环5、波片6、光纤敏感环7感测待测电流信号，并经光纤反射镜8反射，形成返回光信号；部分光源1输出光经第二耦合器再次分光后，一部分由所述光谱解调模块12处理，另一部分则由所述偏振态分析模块13处理；所述返回光信号再次经过第一光纤耦合器10并以同样的比例分为两路光，部分返回光仍被送入待测光纤电流传感中的第三耦合器，由第二光电探测器9探测并解调电流信号；另一部分返回光则由所述第一光电探测器14探测，并上传至信号处理单元15，由所述信号处理单元15计算出待测光纤电流传感器的状态参数，完成光纤电流传感器的状态监测。
综上可见：
本发明中利用光学解调技术和贝塞尔信号处理技术，实现了光纤电流传感器的在线实时监测及长期运行监测功能，通过监测光纤电流传感器中各重要组件的工作状态，通过贝塞尔解调算法进一步提取光纤电流传感系统工作状态并量化，实现了光纤电流传感器实际应用过程中的状态可视化，提高了光纤电流传感器的实用性和可靠性。本发明实时监测光纤电流传感器各组件及整体工作状态，实时上传并量化显示各状态参量，有效指导光纤电流传感器在实际应用过程中的安装、调试、运维等工作，极大的提高了现场调试和运维的效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (13)

1.一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，所述光纤电流传感器包括相连的光源和第三光纤耦合器，以及顺次相连的光纤起偏器、调制器、光纤延时环、波片、光纤敏感环和光纤反射镜；其特征在于：所述监测装置包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一光电探测器、偏振态分析模块、光谱解调模块和信号处理单元；
所述第一光纤耦合器一端与第三光纤耦合器相连，接收待测光纤电流传感器发出的光源输出光信号，并对其进行分光后，分别送入所述第二光纤耦合器和待测光纤电流传感器；
所述第一光纤耦合器的另一端与所述光纤起偏器相连，用于接收待测光纤电流传感器发出的返回光信号，并对其进行分光后，分别送入待测光纤电流传感器和第一光电探测器；
所述第二光纤耦合器将接收到的光源输出光信号进行分光后，分别送入所述光谱解调模块和偏振态分析模块；
所述信号处理单元接收所述第一光电探测器、偏振态分析模块和光谱解调模块的输出信号，并基于接收到的输出信号计算出待测光纤电流传感器的状态参数，完成光纤电流传感器的状态监测；
所述第一光电探测器将接收到的返回光信号转换为电压信号，并上传至信号处理单元；所述信号处理单元基于所述电压信号计算出光纤电流传感器的渡越时间，所述渡越时间的计算过程包括：
将所述电压信号带入
Figure FDA0003019371050000011
计算出a02，式中，VD为第一光电探测器上传的电压信号，ωm为施加在调制器上的调制信号的圆频率；
将所述电压信号带入
Figure FDA0003019371050000012
计算出b02，
将所述a02和b02带入
Figure FDA0003019371050000013
计算出光纤电流互感器的渡越时间τ。
2.根据权利要求1所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述第一光纤耦合器为2x2型光纤耦合器，其中一端的两个接口分别与第一光电探测器和待测光纤电流传感器相连，另一端的两个接口分别与第二光纤耦合器和待测光纤电流传感器相连。
3.根据权利要求1所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述第二光纤耦合器为2x2型光纤耦合器，其中一端的两个接口分别与所述偏振态分析模块和光谱解调模块，另一端的其中一个接口与所述第一光纤耦合器相连。
4.根据权利要求1所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述第一光纤耦合器的分光比为M：N，其中M>N，与M对应的接口与待测光纤电流传感器相连，与N对应的分别接口与第二光纤耦合器和第一光电探测器相连。
5.根据权利要求1或4所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述第一光纤耦合器的分光比为90：10、80:20或70:30；所述第二光纤耦合器的分光比均为50：50。
6.根据权利要求1所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述用于光纤电流传感器的状态监测装置的还包括显示单元，所述显示单元的输入端与所述信号处理单元的输出端相连，用于显示信号处理结果。
7.根据权利要求1所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述光谱解调模块实时监测并解调出光纤电流传感器中光源输出光信号的光谱和光功率；所述信号处理单元基于所述光谱和光功率，计算出光源输出峰值波长、中心波长和平均波长。
8.根据权利要求7所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述信号处理单元基于所述光谱中半峰值光功率所对应的两个波长之差，计算出光源输出谱宽。
9.根据权利要求1所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述偏振态分析模块实时监测并解调出光纤电流传感器中光源输出光信号的偏振态参数，并上传至所述信号处理单元。
10.根据权利要求1所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述第一光电探测器将接收到的返回光信号转换为电压信号，并上传至信号处理单元；
所述信号处理单元基于所述电压信号计算出光纤电流传感器的调制深度，所述调制深度的计算过程包括：
将所述电压信号带入
Figure FDA0003019371050000021
计算出a02，式中，VD为第一光电探测器上传的电压信号，ωm为施加在调制器上的调制信号的圆频率；
将所述电压信号带入
Figure FDA0003019371050000022
计算出b02；
将所述a02和b02带入
Figure FDA0003019371050000023
计算出调制信号的二次谐波幅值S2；
将所述电压信号带入
Figure FDA0003019371050000024
计算出a04，
将所述电压信号带入
Figure FDA0003019371050000031
计算出b04；
将所述a04和b04带入
Figure FDA0003019371050000032
计算出调制信号的四次谐波幅值S4；
根据第一类Bessel函数将第一光电探测器上传的电压信号展开，二次谐波与四次谐波幅值比值与调制深度的对应关系为：
Figure FDA0003019371050000033
式中J2为2阶第一类Bessel函数，J4为4阶第一类Bessel函数，
Figure FDA00030193710500000317
为调制深度，根据J2/J4与调制深度
Figure FDA00030193710500000318
的对应关系，通过查表可以直接获取当前调制深度值
Figure FDA00030193710500000319
11.根据权利要求10所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述信号处理单元基于所述调制深度，计算出光纤电流传感器的电流相位角，所述电流相位角的计算过程包括：
将所述电压信号带入
Figure FDA0003019371050000034
计算出a01；
将所述电压信号带入
Figure FDA0003019371050000035
计算出b01；
将所述a01和b01带入
Figure FDA0003019371050000036
计算出调制信号的一次谐波幅值S1；
根据第一类Bessel函数将第一光电探测器上传的电压信号展开，一次谐波与二次谐波幅值比值为：
Figure FDA0003019371050000037
式中J1为1阶第一类Bessel函数，
Figure FDA0003019371050000038
为调制深度，
Figure FDA0003019371050000039
为电流相位角，
Figure FDA00030193710500000310
的表达式为：
Figure FDA00030193710500000311
根据比值J1/J2与调制深度
Figure FDA00030193710500000312
的对应关系，在已知调制深度值
Figure FDA00030193710500000313
时，直接计算出当前J1/J2值。
12.根据权利要求11所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述信号处理单元基于所述渡越时间τ、调制深度
Figure FDA00030193710500000314
和电流相位角
Figure FDA00030193710500000315
以及返回光功率和光源输出光功率，计算出光纤电流传感器的插入损耗α，所述插入损耗的具体计算公式为：
Figure FDA00030193710500000316
式中，P0为光源输出光功率，K0为第一光电探测器的光电转换系数，VD为第一光电探测器上传的电压信号，其表达式为：
Figure FDA0003019371050000041
13.根据权利要求1所述的一种用于光纤电流传感器的状态监测装置，其特征在于：所述信号处理单元还对所述第一光电探测器上传的返回光信号，利用快速傅里叶变换计算出信号频谱信息，进而基于所述信号频谱信息计算出光纤电流传感器的信噪比，计算公式为：
Figure FDA0003019371050000042
式中，s(l)为信号的频谱峰值，∑s2(f)为信号频谱的总能量。
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