CN213423303U - 一种椭圆保偏光纤电流传感器 - Google Patents

Abstract

一种椭圆保偏光纤电流传感器，包括传感光纤环、反射镜、保线偏光纤、光纤延迟线、单模光纤、光纤耦合器；所述偏振分或合束器通过传输光纤与四分之一波片相连；所述传感光纤环一端接反射镜，所述传感光纤环另一端通过保线偏光纤再连接光纤延迟线，再接调制器和起偏器后连接单模光纤和光纤耦合器的第一端，光纤耦合器的第二端和第三端分别接光源和光电探测器。本实用新型可消除振动和温度问题，器件成熟度高，1/4波片制作难度较低，精度高且稳定，可实现产业化。

Description

一种椭圆保偏光纤电流传感器

技术领域

本实用新型属于光电子技术领域，具体涉及一种椭圆保偏光纤电流传感器。

背景技术

现有工业化应用的电流传感采用的以电磁感应原理为基础的常规电流互感技术，暴露出一系列问题：充油互感器在超高压环境有被击穿发生爆炸的危险、存在磁饱和与磁滞效应的不利效应、体积重量大、价格昂贵、易受电磁干扰影响等，难以满足新一代智能电网电力系统发展的需要。而相比较而言，光纤传感技术具有以下显著优势：绝缘介质材料抗干扰能力强、可以在极端恶劣环境下工作、体积小重量轻且可以自由布局、测量范围大线性度好、容易与光纤通信系统衔接组合。所以，将光纤传感技术引入到电流检测中的光纤电流传感器成为应用于新一代智能电网电力系统的很好方法。

全光纤电流互感器采用Faraday磁光效应原理测量被测电流，即能测量交流电流又能测量直流电流，具有体积小、重量轻、动态范围大、绝缘简单可靠等优势。国内外关于全光纤电流互感器的研究已有二十多年，因其技术复杂、温度稳定性及抗振性能不易满足实用化要求等原因，全光纤电流互感器在直流系统中应用相对较慢。近年来，全光纤电流互感器的技术有了长足进步，其主要性能指标已基本能满足应用需求，直流全光纤电流互感器在暂态特性、动态范围及安装灵活性等方面具有更为突出的优势，能够克服直流电子式电流互感器的应用缺陷，能够更好地满足柔性直流输电的应用需求。

国外NxtPhase等公司有全光纤电流传感器产品，采用的是直波导反射式方案，共用传感光纤来解决振动和温度问题，见《光电工程》2006年33(5)卷95页至112页的《全光纤电流互感器检测系统的设计》。但此方案的核心器件直波导(属于相位调制器件，x、y两个方向均可小损耗通光，且可对x、y两个方向光波分别进行相位调制)在我国国内没有成熟产品，严重制约了此方案在我国的实际应用。

专利CN201429646Y公开了一种光纤电流传感器，此方案在保证了环境适应性的前提下，避免了采用不成熟的器件，而是全部采用通讯器件，采购畅通，传感器精度高，但对方案中三个波片的制作精度提出了较高的要求。光纤电流传感器在用于高压和大电流电网的电流测量，位于室外时有温度和振动的问题，对测量精度等有所影响。

实用新型内容

为了解决存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种椭圆保偏光纤电流传感器，可消除振动和温度问题，器件成熟度高，1/4波片制作难度较低，精度高且稳定，可实现产业化。

本实用新型的技术解决方案是：一种椭圆保偏光纤电流传感器，包括传感光纤环、反射镜、保线偏光纤、光纤延迟线、单模光纤、光纤耦合器；其特征是，所述偏振分或合束器通过传输光纤与四分之一波片相连；所述传感光纤环一端接反射镜，所述传感光纤环另一端通过保线偏光纤再连接光纤延迟线，再接调制器和起偏器后连接单模光纤和光纤耦合器的第一端，光纤耦合器的第二端和第三端分别接光源和光电探测器。

所述传感光纤环是由双螺旋保椭圆偏振光纤端部熔接制备15～20圈且螺距为8～12mm，产生1/4波片。

所述调制器通过导线一路连接温度传感器，另一路连接信号处理器，信号处理器通过导线一路连接光电探测器，另一路连接数字输出终端。

本实用新型的有益效果：本实用新型可消除振动和温度问题，器件成熟度高，1/4波片制作难度较低，精度高且稳定，可实现产业化。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型双螺旋保椭圆偏振光纤的结构示意图。

图中：1、导电线，2、光纤接头，3、传感光纤环，4、反射镜，5、保线偏光纤，6、光纤延迟线，7、单模光纤，8、光纤耦合器，9、温度传感器，10、调制器，11、起偏器，12、光电探测器，13、激光光源，14、信号处理器，15、数字输出终端。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1-2，本实用新型提供的一种椭圆保偏光纤电流传感器，包括传感光纤环3、反射镜4、保线偏光纤5、光纤延迟线6、单模光纤7、光纤耦合器8，其特征是，所述传感光纤环3一端接反射镜4，所述传感光纤环3另一端通过保线偏光纤5连接光纤延迟线6，再接调制器10和起偏器11后连接单模光纤7和光纤耦合器8的第一端，光纤耦合器8的第二端和第三端分别接光源13和光电探测器12。

所述传感光纤环3是由双螺旋保椭圆偏振光纤端部熔接制备15～20圈且螺距为8～12mm，产生1/4波片。

所述调制器10通过导线一路连接温度传感器9，另一路连接信号处理器14，信号处理器14通过导线一路连接光电探测器12，另一路连接数字输出终端15。

本实用新型工作原理：

导电线1置于传感光纤环3内，激光光源13经单模光纤7、起偏器11产生偏振光经调制器10，再经光纤延迟线6和保线偏光纤5，经光纤接头2进入传感光纤环3，在电流产生的外磁场作用下，传感光纤环3会给出光的偏振面旋转；经过保线偏光纤5等再进入信号处理器14，进行信号处理后，信号进入数字输出终端15。

光纤接头2连接保线偏光纤5与传感光纤环3。温度传感器9、调制器10可以设在室外，温度差和温度产生的应变在电流传感中需要修正，为了保证大电网的干线电流的精确测量，则需要能够自动对光纤温度和应变产生的额外误差进行修订，传感光纤环3是由双螺旋保椭圆偏振光纤端部熔接后绕15～20圈，螺距为8～12mm产生1/4波片的效果。

椭圆保偏光纤电流传感器通过长节(串联)的陶瓷绝缘杆安装在待测输电线路中。

本实用新型还可以应用在光纤光路中采用保偏耦合器进行两束互相垂直的线偏振光的耦合，原理上要求这两束互相垂直的线偏振光分别由光纤的快轴和光纤的慢轴进入保偏耦合器耦合后依然保持偏振角度绝对垂直。这要求保偏耦合器同时保证快慢轴的消光比和分光比，使传感器系统有相当精度。双光纤制备的传感光纤环能够克服外界振动等干扰与影响。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种椭圆保偏光纤电流传感器，包括传感光纤环(3)、反射镜(4)、保线偏光纤(5)、光纤延迟线(6)、单模光纤(7)、光纤耦合器(8)，其特征是，所述传感光纤环(3)一端接反射镜(4)，所述传感光纤环(3)另一端通过保线偏光纤(5)再连接光纤延迟线(6)、再接调制器(10)和起偏器(11)后连接单模光纤(7)和光纤耦合器(8)的第一端，光纤耦合器(8)的第二端和第三端分别接激光光源(13)和光电探测器(12)。

2.根据权利要求1所述的一种椭圆保偏光纤电流传感器，其特征是，所述传感光纤环(3)是由双螺旋保椭圆偏振光纤端部熔接制备15～20圈，螺距为8～12mm。

3.根据权利要求1所述的一种椭圆保偏光纤电流传感器，其特征是，所述调制器(10)通过导线一路连接温度传感器(9)，另一路连接信号处理器(14)，信号处理器(14)通过导线一路连接光电探测器(12)，另一路连接数字输出终端(15)。

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