RU100630U1 - FIBER OPTICAL SENSITIVE CURRENT TRANSMITTER - Google Patents
FIBER OPTICAL SENSITIVE CURRENT TRANSMITTER Download PDFInfo
- Publication number
- RU100630U1 RU100630U1 RU2010121062/28U RU2010121062U RU100630U1 RU 100630 U1 RU100630 U1 RU 100630U1 RU 2010121062/28 U RU2010121062/28 U RU 2010121062/28U RU 2010121062 U RU2010121062 U RU 2010121062U RU 100630 U1 RU100630 U1 RU 100630U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- optical fiber
- temperature
- measuring
- current
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
1. Волоконно-оптический чувствительный элемент измерительного преобразователя тока, выполненный в виде, по крайней мере, одного охватывающего проводник с измеряемым током витка оптического волокна с отражающим зеркалом на конце, отличающийся тем, что оптическое волокно размещено в трубке из изоляционного материала, оснащенной устройством для прокачки токонепроводящего теплоносителя и устройством измерения его температуры. ! 2. Волоконно-оптический чувствительный элемент измерительного преобразователя тока по п.1, отличающийся тем, что оптическое волокно центрировано в трубке из изоляционного материала. 1. The fiber-optic sensing element of the measuring current transducer, made in the form of at least one enveloping conductor with a measured current of a turn of an optical fiber with a reflecting mirror at the end, characterized in that the optical fiber is placed in a tube of insulating material equipped with a device for pumping a non-conductive coolant and a device for measuring its temperature. ! 2. The fiber optic sensing element of the current transducer according to claim 1, characterized in that the optical fiber is centered in a tube of insulating material.
Description
Полезная модель относится к области электрических измерений и может быть использована в электроэнергетике, в измерительной технике высоких напряжений, в области релейной защиты и автоматики.The utility model relates to the field of electrical measurements and can be used in the electric power industry, in high voltage measurement technology, in the field of relay protection and automation.
Традиционно замеры электрических величин в распределительных устройствах промышленных предприятий, включая электрические станции, выполняются с помощью электромагнитных трансформаторов тока, стоимость которых составляет значительную долю стоимости всего распределительного устройства. Принципиально другой перспективный подход, основанный на использовании магнитооптического эффекта Фарадея, реализуется в волоконно-оптических трансформаторах тока, применяемых в сочетании с современными цифровыми технологиями обработки сигналов и передачи данных.Traditionally, measurements of electrical quantities in switchgears of industrial enterprises, including power plants, are carried out using electromagnetic current transformers, the cost of which is a significant fraction of the cost of the entire switchgear. A fundamentally different promising approach based on the use of the magneto-optical Faraday effect is implemented in fiber-optic current transformers used in combination with modern digital signal processing and data transmission technologies.
Одно из возможных применений волоконно-оптических трансформаторов тока - поверка электромагнитных трансформаторов тока, используемых в качестве первичных измерительных преобразователей в информационно-измерительных комплексах для коммерческого учета на оптовом рынке электроэнергии (АИИС КУЭ). Наиболее сложную организационно-техническую задачу представляет поверка и замена генераторных шинных трансформаторов тока, установленных в пофазно-экранированных токопроводах, соединенных жестко по всей длине сварным швом или болтовыми соединениями. Эта проблема может быть решена путем использования высокоточных (с токовой погрешностью измерения менее 0,1%) волоконно-оптических трансформаторов тока с размыкаемой оптической измерительной петлей, конструктивные возможности которых позволяют произвольным образом располагать измерительную петлю без демонтажа и разрыва шинопровода.One of the possible applications of fiber-optic current transformers is the calibration of electromagnetic current transformers used as primary measuring transducers in information-measuring complexes for commercial metering in the wholesale electricity market (AIIS KUE). The most difficult organizational and technical task is the verification and replacement of generator bus current transformers installed in phase-shielded current conductors connected rigidly along the entire length by a welded seam or bolted joints. This problem can be solved by using high-precision (with a current measurement error of less than 0.1%) fiber-optic current transformers with an openable optical measuring loop, the design capabilities of which allow you to arbitrarily position the measuring loop without dismantling and breaking the busbar.
Известен волоконно-оптический чувствительный элемент в виде температурно-стабилизированной сенсорной катушки для датчика тока (см. патент РФ №2358268, МПК G01R 1/00, приоритет 02.09.2004), содержащий расположенное в капилляре с антифрикционным средством освобожденное от своей защитной оболочки и термообработанное магнитооптическое сенсорное волокно.A fiber-optic sensing element is known in the form of a temperature-stabilized sensor coil for a current sensor (see RF patent No. 2358268, IPC G01R 1/00, priority 02.09.2004), containing heat-treated and disposed of in a capillary with antifriction agent, freed from its protective sheath magneto-optical sensor fiber.
Существенным недостатком данного устройства являются ограниченная длина магнитооптического чувствительного элемента из оптического волокна и, как следствие, невозможность точного измерения токов в проводниках большого сечения, а также сложность его монтажа в условиях действующего производства.A significant drawback of this device is the limited length of the magneto-optical sensing element made of optical fiber and, as a result, the impossibility of accurate measurement of currents in conductors of large cross section, as well as the complexity of its installation in the conditions of the current production.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является волоконно-оптический чувствительный элемент измерительного преобразователя тока (см. Губин В.П., Исаев В.А., Моршнев С.К. и др. Использование волоконных световодов типа Spun в датчиках тока - Квантовая электроника, 2006 г., т.36, №3, с.287-291.), выполненный в виде по крайней мере одного охватывающего проводник с измеряемым током витка оптического волокна с отражающим зеркалом на конце.The closest in technical essence to the claimed is the fiber-optic sensitive element of the measuring current transducer (see Gubin V.P., Isaev V.A., Morshnev S.K. et al. Use of Spun fiber optic fibers in current sensors - Quantum Electronics , 2006, vol. 36, No. 3, p. 287-291.), Made in the form of at least one coil of optical fiber enclosing a conductor with a measured current with a reflecting mirror at the end.
Существенным недостатком данного устройства является невысокая точность и стабильность измерений в условиях реальной эксплуатации, в частности при установке волоконно-оптического чувствительного элемента на токопроводах (выводах), температура которых заметно изменяется в процессе работы и может превышать 60°С (до 120°С). При использовании данного устройства измерительный сигнал относительно сильно меняется с температурой (обычно несколько процентов на 100°С), что недопустимо снижает точность измерений.A significant drawback of this device is the low accuracy and stability of measurements in real-life conditions, in particular when installing a fiber-optic sensitive element on current conductors (terminals), the temperature of which changes noticeably during operation and can exceed 60 ° C (up to 120 ° C). When using this device, the measuring signal changes relatively relatively with temperature (usually a few percent at 100 ° C), which unacceptably reduces the accuracy of the measurements.
Хотя относительное изменение постоянной Верде кварцевого волокна от температуры мало и составляет ~10-4/°К, но при значительном диапазоне рабочих температур (например, около 50°К) относительное изменение константы Верде и, соответственно, измерительного сигнала составит ~0,5%, что уже недопустимо при измерениях. Наличие наведенного, вызванного воздействием внешних факторов (изгибы, термонапряжения) линейного двойного лучепреломления в оптическом волокне также существенно влияет на точность измерений. При использовании закрученного оптического волокна для уменьшения влияния двойного лучепреломления остается проблема обеспечения температурной стабильности при измерениях, поскольку вынужденное кручением циркулярное двойное лучепреломление в кварцевом волокне также достаточно чувствительно к температуре.Although the relative change in the Verdet constant of the quartz fiber from the temperature is small and amounts to ~ 10 -4 / ° K, but with a significant range of operating temperatures (for example, about 50 ° K), the relative change in the Verde constant and, accordingly, the measuring signal will be ~ 0.5% , which is already unacceptable during measurements. The presence of induced linear birefringence in an optical fiber caused by external factors (bending, thermal stresses) in the optical fiber also significantly affects the measurement accuracy. When using swirling optical fiber to reduce the effect of birefringence, the problem of ensuring temperature stability during measurements remains, since torsion-induced circular birefringence in quartz fiber is also quite temperature sensitive.
Нами впервые было отмечено, что к заметному искажению результатов измерений при использовании протяженного (10 м и более) волоконно-оптического чувствительного элемента ведет не столько изменение температуры оптического волокна как таковой в процессе измерений, а изменение градиента температуры по длине оптического волокна. Если влияние изменения температуры можно учесть, например, измеряя температуру окружающей среды, то изменение градиента температуры может привести к неконтролируемому варьированию погрешности измерения электрического тока в диапазоне от долей до единиц процентов. Было показано, что для снижения погрешности измерений в данном случае необходимо выравнивать и стабилизировать погонную температуру волоконно-оптического чувствительного элемента по всей его длине.We first noted that a noticeable distortion of the measurement results when using an extended (10 m or more) fiber-optic sensing element is caused not so much by the temperature of the optical fiber as such during the measurement, but by a change in the temperature gradient along the length of the optical fiber. If the influence of temperature changes can be taken into account, for example, by measuring the ambient temperature, then a change in the temperature gradient can lead to an uncontrolled variation in the error in measuring the electric current in the range from fractions to units of percent. It was shown that in order to reduce the measurement error in this case, it is necessary to equalize and stabilize the linear temperature of the fiber-optic sensitive element along its entire length.
Нами предложен волоконно-оптический чувствительный элемент измерительного преобразователя тока, позволяющий с высокой точностью, стабильностью и электрически безопасно проводить измерения в реальных условиях эксплуатации при значительном и неоднородном изменении температуры в зоне его расположения.We have proposed a fiber-optic sensitive element of a measuring current transducer, which allows high-precision, stability, and electrically safe measurements to be taken under actual operating conditions with a significant and non-uniform temperature change in the zone of its location.
Такой технический эффект достигнут нами, когда в волоконно-оптическом чувствительном элементе измерительного преобразователя тока, выполненном в виде по крайней мере одного охватывающего проводник с измеряемым током витка оптического волокна с отражающим зеркалом на конце, оптическое волокно размещено в трубке из изоляционного материала, оснащенной устройством для прокачки токонепроводящего теплоносителя и устройством измерения его температуры. Подходы к стабилизации погонной температуры волокна известны.We have achieved such a technical effect when, in a fiber-optic sensitive element of a current transducer made in the form of at least one coil of optical fiber enclosing a conductor with a measured current with a reflecting mirror at the end, the optical fiber is placed in a tube of insulating material equipped with a device for pumping a non-conductive coolant and a device for measuring its temperature. Approaches to stabilize the linear temperature of the fiber are known.
В зависимости от требуемого класса точности измерений выбирают одномодовое оптическое волокно либо с малым внутренним двойным лучепреломлением, либо с сильным внутренним двойным лучепреломлением, преимущественно циркулярным. Подходы к выбору конструкции оптического волокна известны.Depending on the required class of measurement accuracy, a single-mode optical fiber is chosen either with a small internal birefringence or with strong internal birefringence, mainly circular. Optical fiber design approaches are known.
Оптическое волокно может быть выполнено с защитным полимерным, в том числе пористым покрытием или использоваться без него.The optical fiber can be made with a protective polymer, including a porous coating, or used without it.
Центрировав оптическое волокно в трубке, мы достигнем лучшей температурной стабильности измерений (см. п.2 Формулы). Центрировка оптического волокна в трубке выполняется, например, с помощью шайб с продольными каналами для прокачки теплоносителя или спирали из изоляционных материалов.By centering the optical fiber in the tube, we will achieve better temperature stability of the measurements (see Section 2 of the Formula). The alignment of the optical fiber in the tube is, for example, using washers with longitudinal channels for pumping a coolant or a spiral of insulating materials.
Подходы к созданию устройств прокачки теплоносителя через трубку, измерения и стабилизации его температуры, а также центрирования оптического волокна известны.Approaches to creating devices for pumping a coolant through a tube, measuring and stabilizing its temperature, and also centering an optical fiber are known.
В качестве токонепроводящего теплоносителя может быть использован газ, например, воздух или жидкий диэлектрик. Прокачка теплоносителя может быть осуществлена по замкнутому контуру, что позволит снизить его расход. Усредненная температура оптического волокна электрически безопасно определяется по температуре теплоносителя на выходе из трубки с волокном. Для ее измерения может быть установлен, например, оптико-волоконный термометр.As a non-conductive heat transfer medium, a gas, for example, air or a liquid dielectric, can be used. The coolant can be pumped in a closed loop, which will reduce its consumption. The average temperature of the optical fiber is electrically safe determined by the temperature of the coolant at the outlet of the tube with the fiber. For its measurement, for example, an optical fiber thermometer can be installed.
На фиг.1 изображен волоконно-оптический чувствительный элемент измерительного преобразователя тока в виде одного витка оптического волокна, где оптическое волокно 1 с отражающим зеркалом 2 на конце, проводник 3 с измеряемым током, трубка 4 из изоляционного материала, устройство 5 для прокачки токонепроводящего теплоносителя 7 (воздуха) и устройство 6 измерения его температуры, а также изоляционные шайбы 8;Figure 1 shows the fiber optic sensing element of the measuring current transducer in the form of a single turn of an optical fiber, where the optical fiber 1 with a reflecting mirror 2 at the end, a conductor 3 with a measured current, a tube 4 of insulating material, a device 5 for pumping a non-conductive coolant 7 (air) and a device 6 for measuring its temperature, as well as insulating washers 8;
→ - направление прокачки теплоносителя.→ - the direction of pumping the coolant.
Сходным образом может быть выполнен волоконно-оптический чувствительный элемент измерительного преобразователя тока в виде произвольного числа витков оптического волокна, на конце которого установлено отражающее зеркало.In a similar way, a fiber optic sensing element of a current transducer can be made in the form of an arbitrary number of turns of an optical fiber, at the end of which a reflecting mirror is mounted.
На фиг.2 представлена схема измерительного преобразователя тока на основе цельноволоконного низкокогерентного линейного интерферометра Саньяка с заявленным волоконно-оптическим чувствительным элементом. На схеме показаны источник 9 света, направленный ответвитель 10, фотодетектор 11, поляризатор 12, модулятор 13 двулучепреломления, волоконная линия 14, четвертьволновая пластинка 15, фазовый детектор 16, опорный генератор 17, аналого-цифровой преобразователь 18 (АЦП) и компьютер 19, а также виток оптического волокна 1 с отражающим зеркалом 2 на конце, проводник 3 с измеряемым током, трубка 4 из изоляционного материала, устройство 5 для прокачки токонепроводящего теплоносителя и устройство 6 измерения его температуры.Figure 2 presents a diagram of a measuring current transducer based on an all-fiber low coherent linear Sagnac interferometer with the claimed fiber-optic sensitive element. The diagram shows a light source 9, a directional coupler 10, a photodetector 11, a polarizer 12, a birefringence modulator 13, a fiber line 14, a quarter-wave plate 15, a phase detector 16, a reference oscillator 17, an analog-to-digital converter 18 (ADC) and a computer 19, and also a turn of an optical fiber 1 with a reflecting mirror 2 at the end, a conductor 3 with a measured current, a tube 4 of insulating material, a device 5 for pumping a non-conductive coolant and a device 6 for measuring its temperature.
Предложенный волоконно-оптический чувствительный элемент может быть использован в измерительных преобразователях тока и в другой конфигурации. Например, в волоконно-оптическом измерительном преобразователе тока поляриметрической конфигурации [1], а также в волоконно-оптическом измерительном преобразователе тока поляриметрической конфигурации с ячейкой Фарадея [2].The proposed fiber-optic sensitive element can be used in measuring current transducers and in another configuration. For example, in a fiber-optic measuring current transducer of a polarimetric configuration [1], as well as in a fiber-optic measuring current transducer of a polarimetric configuration with a Faraday cell [2].
Работу волоконно-оптического чувствительного элемента опишем по фиг.1. Измеряемый электрический ток I создает вокруг проводника 3 магнитное поле. При прохождении линейно поляризованного света через находящийся в этом магнитном поле виток оптического волокна 1 в прямом и, после отражения от зеркала 2, обратном направлении происходит вращение плоскости поляризации световой волны на угол α, связанный соотношениемThe operation of the fiber optic sensing element will be described in figure 1. The measured electric current I creates a magnetic field around the conductor 3. When linearly polarized light passes through the turn of the optical fiber 1 located in this magnetic field in the forward and, after reflection from the mirror 2, in the opposite direction, the plane of polarization of the light wave rotates through an angle α, connected by the relation
, ,
где V - константа Верде материала;where V is the Verdet constant of the material;
Нl - составляющая магнитного поля вдоль направления l распространения света;H l - component of the magnetic field along the direction l of light propagation;
dl - элемент замкнутого контура l.dl - closed loop element l.
Угол поворота плоскости поляризации световой волны пропорционально зависит от постоянной Верде материала оптического волокна. Поэтому относительное изменение константы Верде при большом диапазоне рабочих температур ведет к пропорциональному изменению угла поворота плоскости поляризации световой волны и, как следствие, к заметному увеличению погрешности измерений. Кроме того на точность измерений существенно влияет наличие наведенного, вызванного воздействием внешних факторов (изгибы, термонапряжения) линейного двойного лучепреломления в оптическом волокне, что ведет к изменению поляризационного состояния световой волны - преобразованию линейной поляризации света в эллиптическую. В итоге происходит смещение «рабочей точки» и чувствительность измерительного преобразователя тока становится нестабильной, сильно зависящей от температурных условий измерения.The angle of rotation of the plane of polarization of the light wave is proportionally dependent on the Verdet constant of the material of the optical fiber. Therefore, a relative change in the Verdet constant for a wide range of operating temperatures leads to a proportional change in the angle of rotation of the plane of polarization of the light wave and, as a result, to a noticeable increase in the measurement error. In addition, the accuracy of measurements is significantly affected by the presence of induced linear birefringence in the optical fiber caused by external factors (bending, thermal stresses), which leads to a change in the polarization state of the light wave - the transformation of linear polarization of light into elliptical. As a result, the “operating point” is shifted and the sensitivity of the measuring current transducer becomes unstable, highly dependent on the temperature conditions of the measurement.
Поместив оптическое волокно 1 в трубку 4 из изолирующего материала, оснащенную устройствами 5 и 6 для прокачки токонепроводящего теплоносителя (воздуха) и измерения его температуры, а также центрировав оптическое волокно 2 в трубке 4 с помощью изоляционных шайб 8 с продольными каналами и обеспечив его нахождение в свободном состоянии, мы выровняем температуру оптического волокна 1 по всей его длине, снизим термомеханические напряжения в волокне 1, достигнем лучшей температурной стабильности измерений. При этом для повышения точности измерений остаточная температурная зависимость может быть скорректирована при измерении температуры теплоносителя, путем внесения поправочного коэффициента при обработке измерительного сигнала. Подходы к решению этой задачи известны.By placing the optical fiber 1 in the tube 4 of insulating material, equipped with devices 5 and 6 for pumping a non-conductive heat transfer medium (air) and measuring its temperature, as well as centering the optical fiber 2 in the tube 4 with insulating washers 8 with longitudinal channels and ensuring its location in in a free state, we will align the temperature of optical fiber 1 along its entire length, reduce the thermomechanical stresses in fiber 1, and achieve better temperature stability of measurements. Moreover, to increase the accuracy of measurements, the residual temperature dependence can be corrected when measuring the temperature of the coolant, by introducing a correction factor during processing of the measuring signal. Approaches to solving this problem are known.
Рассмотрим по схеме на фиг.2 принцип работы волоконно-оптического измерительного преобразователя тока. Оптическое излучение от источника 9 света последовательно проходит через направленный ответвитель 10, волоконный поляризатор 12 и поступает на вход волоконного модулятора 13 двулучепреломления, возбуждаемого опорным генератором 17. Поскольку ось пропускания поляризатора 12 ориентирована под углом 45° к осям двулучепреломления волокна модулятора 13, то в дальнейшем излучение распространяется через неизменяющую поляризацию волоконную соединительную линию 14 задержки в виде двух ортогональных линейно поляризованных световых волн (моды х и у) с равными интенсивностями. После прохождения изготовленной из отрезка оптического волокна четвертьволновой пластинки 15, оси которой ориентированы под углом 45° к осям соединительной линии 14, две ортогональные линейно поляризованные световые волны преобразуются в моды с левой и правой круговой поляризацией. Циркулярно поляризованные световые волны распространяются по оптическому волокну 1 волоконно-оптического чувствительного элемента в прямом а, отразившись от зеркала 2, обратном направлении и, в результате воздействия магнитного поля вокруг проводника 3 с током, накапливают невзаимный фазовый сдвиг φF, пропорциональный измеряемому току IConsider the scheme in figure 2, the principle of operation of the fiber-optic measuring current transducer. The optical radiation from the light source 9 passes sequentially through the directional coupler 10, the fiber polarizer 12 and enters the input of the birefringent fiber modulator 13 excited by the reference generator 17. Since the transmission axis of the polarizer 12 is oriented at an angle of 45 ° to the birefringence axes of the fiber of the modulator 13, then the radiation propagates through a non-polarizing fiber delay connecting line 14 in the form of two orthogonal linearly polarized light waves (modes x and y) with equal intensities. After passing through a quarter-wave plate 15 made of an optical fiber segment, whose axes are oriented at an angle of 45 ° to the axes of the connecting line 14, two orthogonal linearly polarized light waves are converted into modes with left and right circular polarization. Circularly polarized light waves propagate along the optical fiber 1 of the fiber-optic sensing element in the forward direction a, reflected from the mirror 2, in the opposite direction, and, as a result of the magnetic field around the conductor 3 with current, accumulate a nonreciprocal phase shift φ F proportional to the measured current I
φF=4VNI,φ F = 4VNI,
где V - константа Верде SPUN - волокна;where V - Verdet constant SPUN - fibers;
N - число витков волокна вокруг проводника с измеряемым током.N is the number of turns of fiber around the conductor with the measured current.
При отражении от зеркала 2 круговая поляризация меняется на противоположно направленную и при обратном прохождении четвертьволновой пластинки 15 циркулярно поляризованные моды вновь преобразуются в линейные, причем х-мода переходит в у-моду и наоборот. В результате, в идеальном варианте все фазовые сдвиги, кроме φF, должны быть скомпенсированы и интенсивность света, падающего на фотодетектор 11 будет зависеть только от фазового сдвига φF.When reflected from mirror 2, the circular polarization changes to the oppositely directed one, and when the quarter-wave plate 15 passes backward, the circularly polarized modes are again converted to linear ones, the x mode becoming the γ mode and vice versa. As a result, ideally, all phase shifts, except for φ F , should be compensated and the intensity of the light incident on the photodetector 11 will depend only on the phase shift φ F.
Напряжение с фазового детектора 16, настроенного на выделение сигнала, пропорционального частоте опорного генератора 17, оцифровывается АЦП 18 и регистрируется компьютером 19.The voltage from the phase detector 16, configured to select a signal proportional to the frequency of the reference oscillator 17, is digitized by the ADC 18 and recorded by the computer 19.
Всякое отклонение от чисто циркулярной поляризации, связанное с температурно-зависимым остаточным двулучепреломлением в волоконно-оптическом чувствительном элементе, ведет к уменьшению магнитооптической чувствительности интерферометра и повышению погрешности измерений. Стабилизируя с помощью устройств 4, 5 и 6 температуру оптического волокна 1 магнитооптического чувствительного элемента по всей его длине и внося поправочный температурный коэффициент при обработке измерительного сигнала в компьютере 19, мы исключаем зависимость токовой чувствительности измерительного преобразователя тока от температуры.Any deviation from purely circular polarization associated with a temperature-dependent residual birefringence in a fiber-optic sensitive element leads to a decrease in the magneto-optical sensitivity of the interferometer and an increase in measurement error. By stabilizing with the help of devices 4, 5 and 6 the temperature of the optical fiber 1 of the magneto-optical sensor along its entire length and introducing a correction temperature coefficient when processing the measuring signal in computer 19, we exclude the temperature sensitivity of the current measuring transducer from temperature.
Пример конкретного исполненияConcrete example
Был изготовлен экспериментальный образец заявленного устройства для измерения переменного электрического тока, в котором в качестве магнитооптического чувствительного элемента было выбрано SPUN - волокно длиной 10 м. Выходной конец волокна заканчивался перпендикулярным сколом, выполняющим роль френелевского зеркала. Источником оптического излучения служил волоконный излучатель с рабочей длиной волны λ=1550 нм. Модулятор двулучепреломления был выполнен из волоконного световода типа PANDA, намотанного на пьезоцилиндр диаметром 30 мм, частота возбуждения модулятора 40 кГц. Волоконная соединительная линия длиной до 900 м и фазовая пластинка были также изготовлены из оптического волокна PANDA, сохраняющего состояния поляризации излучения.An experimental sample of the inventive device for measuring alternating electric current was manufactured, in which a 10-meter-long SPUN fiber was chosen as the magneto-optical sensitive element. The output end of the fiber ended with a perpendicular cleavage, acting as a Fresnel mirror. A source of optical radiation was a fiber emitter with a working wavelength of λ = 1550 nm. The birefringence modulator was made of a PANDA type fiber waveguide wound around a 30 mm diameter piezocylinder; the modulator excitation frequency was 40 kHz. A fiber connecting line up to 900 m in length and a phase plate were also made of PANDA optical fiber, preserving the states of radiation polarization.
Интенсивность светового сигнала измерялась фотодиодом, оцифровывалась с помощью платы АЦП, обрабатывалось на компьютере и выводилось на виртуальный самописец.The intensity of the light signal was measured by a photodiode, digitized using an ADC board, processed on a computer, and displayed on a virtual recorder.
С использованием экспериментального образца проводились измерения переменного электрического тока в диапазоне от 300 до 30000 А при четырех витках SPUN - волокна вокруг проводников с измеряемым током. В процессе измерений изменялась температура SPUN - волокна от +5°С до +65°С, при этом наблюдалось изменение погрешности измерений ~0,5%/30°С, что соответствует классу точности датчика тока 1,0.Using an experimental sample, AC electric current was measured in the range from 300 to 30000 A with four turns of SPUN fiber around the conductors with the measured current. During the measurements, the temperature of the SPUN fiber changed from + 5 ° С to + 65 ° С, while a change in the measurement error of ~ 0.5% / 30 ° С was observed, which corresponds to the accuracy class of the current sensor 1.0.
Для компенсации зависимости токовой чувствительности от температуры, связанной с остаточным двулучепреломлением и температурной зависимостью постоянной Верде, SPUN - волокно было введено в гофрированную трубку из полиамида наружным диаметром 16 мм. Через трубку пропускался воздух от компрессора низкого давления, температура которого стабилизировалась в диапазоне 25±2°С. Температура SPUN - волокна электрически безопасно измерялась оптико-волоконным термометром, установленным на выходе трубки вдали от токоведущих частей. Данные термометра использовались для корректировки показаний измерительного преобразователя тока. В этом случае при изменении температуры в зоне расположения волоконно-оптического чувствительного элемента от +5°С до +65°С погрешность измерений не превышала ±0,1%, т.е. температурной зависимости выходного сигнала практически не наблюдалось.To compensate for the temperature sensitivity of the current sensitivity associated with the residual birefringence and the temperature dependence of the Verdet constant, the SPUN fiber was introduced into a corrugated polyamide tube with an outer diameter of 16 mm. Air was passed through the tube from a low-pressure compressor, the temperature of which stabilized in the range of 25 ± 2 ° С. The temperature of the SPUN fiber was measured electrically safely with an optical fiber thermometer mounted at the outlet of the tube away from live parts. The thermometer data was used to correct the readings of the current transducer. In this case, when the temperature in the zone of the fiber-optic sensitive element is changed from + 5 ° С to + 65 ° С, the measurement error did not exceed ± 0.1%, i.e. the temperature dependence of the output signal was practically not observed.
Выполненные измерения показали возможность определения значения измеряемого переменного электрического тока с относительной погрешностью не хуже ±0,1%.The measurements showed the possibility of determining the value of the measured alternating electric current with a relative error of no worse than ± 0.1%.
Таким образом, предложенный волоконно-оптический чувствительный элемент измерительного преобразователя тока позволяет повысить точность и стабильность измерений в реальных условиях эксплуатации при значительном изменении погонной температуры оптического волокна в процессе измерений. Устройство электрически безопасно, имеет высокую помехоустойчивость и по своим точностным и функциональным характеристикам может найти широкое применение в области электрических измерений, в частности в измерительной технике высоких напряжений.Thus, the proposed fiber-optic sensitive element of the measuring current transducer can improve the accuracy and stability of measurements in real operating conditions with a significant change in the linear temperature of the optical fiber during the measurement process. The device is electrically safe, has high noise immunity and, in terms of its accuracy and functional characteristics, can be widely used in the field of electrical measurements, in particular in high voltage measuring equipment.
В настоящее время в соответствии с заявленным решением разрабатывается конструкторская документация для выпуска программно-технического комплекса для поверки измерительных трансформаторов тока, встроенных в комплектные экранированные токопроводы электрических станций.Currently, in accordance with the stated decision, design documentation is being developed for the release of a software and hardware complex for checking measuring current transformers built into the complete shielded current leads of power plants.
ЛитератураLiterature
1. М.Willsch, P.Menke, T.Bosselmann Magneto-Optic Current Transformers for Applications in Power Industry - SIEMENS AG Corporate Research and Development ZFE Т ЕР 5, РОВ 3220, D-91050 Erlangen.1. M. Willsch, P. Menke, T. Bosselmann Magneto-Optic Current Transformers for Applications in Power Industry - SIEMENS AG Corporate Research and Development ZFE T EP 5, POB 3220, D-91050 Erlangen.
2. Fabien Briffod, Lue Thevenaz, Pierre-Alain Nicati end al. Polarimetric Current Sensor Using an In-Line Faradey Rotator - IEICE Trans. Electron., vol. EA3-C, no. 3, March 2000, pp.331-335.2. Fabien Briffod, Lue Thevenaz, Pierre-Alain Nicati end al. Polarimetric Current Sensor Using an In-Line Faradey Rotator - IEICE Trans. Electron., Vol. EA3-C, no. 3, March 2000, pp. 313-335.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010121062/28U RU100630U1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | FIBER OPTICAL SENSITIVE CURRENT TRANSMITTER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010121062/28U RU100630U1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | FIBER OPTICAL SENSITIVE CURRENT TRANSMITTER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU100630U1 true RU100630U1 (en) | 2010-12-20 |
Family
ID=44057092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010121062/28U RU100630U1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | FIBER OPTICAL SENSITIVE CURRENT TRANSMITTER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU100630U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792207C1 (en) * | 2022-02-15 | 2023-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственный центр "Профотек" | Fibre optic sensing element of electric current and magnetic field sensor |
-
2010
- 2010-05-24 RU RU2010121062/28U patent/RU100630U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792207C1 (en) * | 2022-02-15 | 2023-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственный центр "Профотек" | Fibre optic sensing element of electric current and magnetic field sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2437106C2 (en) | Fibre-optic current sensor | |
| Peng et al. | Fiber optic current sensor based on special spun highly birefringent fiber | |
| Blake et al. | In-line Sagnac interferometer current sensor | |
| Wang et al. | Optical fiber current sensor research: review and outlook | |
| KR20160102023A (en) | Optical sensor | |
| CN102033147B (en) | Method for manufacturing a fiber optic current sensor with inherent temperature compensation of the faraday effect | |
| Aerssens et al. | Faraday effect based optical fiber current sensor for tokamaks | |
| Takahashi et al. | Field test of DC optical current transformer for HVDC link | |
| Starostin et al. | Interferometric fiber-optic electric current sensor for industrial application | |
| Zhao et al. | Study on the performance of polarization maintaining fiber temperature sensor based on tilted fiber grating | |
| Zhang et al. | An Optical Intense 2D Electric Field Sensor Using a Single LiNO 3 Crystal | |
| Wang et al. | Design of the portable fiber-optic current transformer for electrolytic aluminum industry | |
| CN103344812A (en) | Magneto-optic current sensor with temperature compensation | |
| CN207752068U (en) | The sensor of electrical power is measured using light carrier | |
| Yu et al. | Dual-channel fiber optic current sensor based on carrier-transposed demodulation technique | |
| RU108633U1 (en) | FIBER OPTICAL SENSITIVE ELEMENT OF STATIONARY PERFORMANCE CURRENT TRANSMITTER | |
| Nedoma et al. | Measurement of electric current using optical fibers: A Review | |
| Yin et al. | Faraday angle and accuracy measurement of magneto-optic current transmission based on new telluride glass | |
| Liu et al. | Accurate optical fiber current transducer for high-voltage direct current (HVDC) transmission | |
| RU100630U1 (en) | FIBER OPTICAL SENSITIVE CURRENT TRANSMITTER | |
| Wang et al. | The effect of temperature characteristic of Faraday rotator to passively demodulated all optical fiber current transformers | |
| Nai et al. | A special spun birefringent fiber optic current sensor | |
| Bosselmann | Electric and magnetic field sensing for high-voltage applications | |
| Li et al. | An overview of the optical current sensor | |
| Veeser et al. | Fiber optic sensing of pulsed currents |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20110525 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20120910 |
|
| PC11 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130201 |
|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190525 |