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一種光學(xué)電流傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光學(xué)電流傳感器，包括依次連接的第一組件、第二組件和第三組件，第一組件用于放置在被測(cè)電流的遠(yuǎn)程端，包括光源、探測(cè)器、分束器、AD采集電路和第一信號(hào)處理裝置；第二組件用于放置在被測(cè)電流的鄰近端，包括消偏器、相位調(diào)制器、延遲線圈、第二信號(hào)處理裝置和調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路，消偏器與分束器通過單模光纖相連，第二信號(hào)處理裝置與第一信號(hào)處理裝置通過單模光纖相連；第三組件放置在被測(cè)電流的鄰近端，包括依次連接的1/4波片、敏感光纖環(huán)和反射鏡。該光學(xué)電流傳感器能夠避免干擾信號(hào)帶來的測(cè)量誤差和死區(qū)問題，具有測(cè)量準(zhǔn)確度和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種光學(xué)電流傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種新型的光學(xué)電流傳感器。適用于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣的電力、冶金、化工、船舶等領(lǐng)域的交直流電流測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]電流傳感器是電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)與電能計(jì)量的重要設(shè)備，用來測(cè)量傳輸中的電流大小，并將測(cè)量到的電流大小發(fā)送至測(cè)量?jī)x器和繼電保護(hù)裝置，其在電力、冶金、化工、船舶等諸多工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。我國“十二五”規(guī)劃建設(shè)具有“信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化”特征的智能電網(wǎng)，對(duì)電流傳感器安全性、準(zhǔn)確性等方面提出了新的更高要求。傳統(tǒng)的電磁式電流傳感器是基于電磁感應(yīng)原理從一次電流上互相感應(yīng)能量，存在絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性差、暫態(tài)特性差、難以實(shí)現(xiàn)直流測(cè)量等固有原理性缺陷，不能滿足智能電網(wǎng)及其他工業(yè)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的需求。為解決電磁式電流傳感器所面臨的問題，20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外開展了電子式電流傳感器的研究。目前電子式電流傳感器有羅氏線圈式、低功率線圈式、分流器式、磁光玻璃式、全光纖式等多種類型，其中全光纖式電流傳感器是一種光學(xué)電流傳感器，其采用光纖環(huán)作為敏感部件，并利用閉環(huán)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，具有安全性好、可靠性高、暫態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，成為光學(xué)電流傳感器技術(shù)的主要發(fā)展方向。
[0003]現(xiàn)有的光學(xué)電流傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，通常為前端光電單元和后端敏感單元的布局，前端光電單元包括光源、分束器、相位調(diào)制器、延遲線圈、探測(cè)器、AD采集電路、信號(hào)處理單元和DA驅(qū)動(dòng)電路，相位調(diào)制器、分束器、探測(cè)器、AD采集電路、信號(hào)處理單元和DA驅(qū)動(dòng)電路形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，AD采集電路、信號(hào)處理單元和DA驅(qū)動(dòng)電路為一個(gè)集成電路板設(shè)計(jì)，后端敏感單元包括1/4波片、敏感光纖環(huán)和反射鏡。由于相位調(diào)制器與DA驅(qū)動(dòng)電路之間是采用模擬連接方式，它們距離不能太遠(yuǎn)，否則容易受到干擾，也就是說，相位調(diào)制器與信號(hào)處理單元必須放置在一起，通常都集成封裝在前端光電單元中，而相位調(diào)制器所在的前端光電單元與后端敏感單元之間連接光纜必須采用線性保偏光纖，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)需要利用保偏光纖熔接機(jī)對(duì)其進(jìn)行連接，這在實(shí)際使用過程中帶來極大不便。此外，由于現(xiàn)有技術(shù)均采用DA驅(qū)動(dòng)電路連接相位轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬調(diào)制，AD采集電路進(jìn)行數(shù)字采樣的方式來實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理，DA驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)制通道與AD采集電路的采集通道放置位置很近，不可避免地DA驅(qū)動(dòng)電路輸出的模擬信號(hào)串入AD采集電路的采樣通道，形成電子干擾信號(hào)，這種干擾信號(hào)可以通過空間耦合，也可以通過電子線路串?dāng)_到解調(diào)通道，從而引起測(cè)量誤差，更為嚴(yán)重的是造成調(diào)制波形頻繁復(fù)位，即帶來光纖陀螺技術(shù)中常見的“死區(qū)”問題，在小信號(hào)輸入時(shí)出現(xiàn)了不敏感的現(xiàn)象，導(dǎo)致小電流測(cè)量時(shí)誤差的增大，這種問題在電流傳感器中的表現(xiàn)形式有所不同，主要會(huì)增加比差和角差，同時(shí)引起比差和角差的不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)電磁式電流傳感器存在絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性差、暫態(tài)特性差、難以實(shí)現(xiàn)直流測(cè)量等原理性缺陷以及現(xiàn)有的光學(xué)電流傳感器存在使用不便利以及會(huì)產(chǎn)生干擾信號(hào)導(dǎo)致測(cè)量誤差和死區(qū)的問題，提供一種新型的光學(xué)電流傳感器，基于信號(hào)采集和調(diào)制分開設(shè)置的原理并結(jié)合遠(yuǎn)程控制調(diào)制解調(diào)技術(shù)，能夠避免干擾信號(hào)帶來的測(cè)量誤差和死區(qū)問題，具有測(cè)量準(zhǔn)確度和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，包括依次連接的第一組件、第二組件和第三組件，
[0007]所述第一組件，用于放置在被測(cè)電流的遠(yuǎn)程端，包括光源、探測(cè)器、分束器、AD采集電路和第一信號(hào)處理裝置，所述光源和探測(cè)器均與分束器相連，所述探測(cè)器依次連接AD采集電路和第一信號(hào)處理裝置；
[0008]所述第二組件，用于放置在被測(cè)電流的鄰近端，包括依次連接的消偏器、相位調(diào)制器和延遲線圈，還包括第二信號(hào)處理裝置和調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路分別與第二信號(hào)處理裝置和相位調(diào)制器相連，所述消偏器與分束器通過單模光纖相連，所述第二信號(hào)處理裝置與第一信號(hào)處理裝置通過單模光纖相連；
[0009]所述第三組件，用于放置在被測(cè)電流的鄰近端，包括依次連接的1/4波片、敏感光纖環(huán)和反射鏡，所述1/4波片與延遲線圈相連；
[0010]所述第一信號(hào)處理裝置接收AD采集電路的信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)處理得到相位誤差數(shù)字信號(hào)，從而獲得被測(cè)電流數(shù)據(jù)信息輸出同時(shí)將該相位誤差數(shù)字信號(hào)經(jīng)電光轉(zhuǎn)換后通過單模光纖傳輸至第二信號(hào)處理裝置；所述第二信號(hào)處理裝置接收相位誤差信號(hào)并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后作為反饋相位調(diào)制信號(hào)通過調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路施加至相位調(diào)制器。
[0011]所述光學(xué)電流傳感器還包括絕緣子形成支柱絕緣子式傳感器，所述第二組件設(shè)置于絕緣子底座內(nèi)，所述第三組件設(shè)置于絕緣子頂端與高壓接觸。
[0012]所述第一信號(hào)處理裝置采用分時(shí)調(diào)制技術(shù)對(duì)一個(gè)調(diào)制解調(diào)周期的信號(hào)通過差分解算和數(shù)字積分處理后得到相位誤差數(shù)字信號(hào)。
[0013]所述分時(shí)調(diào)制技術(shù)施加的調(diào)制解調(diào)周期信號(hào)包括偏置相位調(diào)制信號(hào)和反饋相位
調(diào)制信號(hào)，所述偏置相位調(diào)制信號(hào)分別為0，0，反饋相位調(diào)制信號(hào)分別為-Λ φ,,ο,
Δ ，所述調(diào)制解調(diào)周期的長(zhǎng)度為3 τ，τ為光波在光學(xué)電流傳感器的光路中的傳輸時(shí)間，所述第一信號(hào)處理裝置發(fā)送含有Λ Ctf數(shù)據(jù)幀的信號(hào)至第二信號(hào)處理裝置。
[0014]所述相位調(diào)制器為Y型模擬調(diào)制器，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為DA驅(qū)動(dòng)電路，所述第二組件還包括保偏分束器，所述Y型模擬調(diào)制器通過保偏分束器連接延遲線圈。
[0015]所述相位調(diào)制器為基于數(shù)字電極的Y型數(shù)字電極調(diào)制器，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為數(shù)字開關(guān)電路，所述第二組件還包括保偏分束器，所述Y型數(shù)字電極調(diào)制器通過保偏分束器連接延遲線圈。
[0016]所述相位調(diào)制器為條型模擬調(diào)制器，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為DA驅(qū)動(dòng)電路，所述第二組件還包括起偏器，所述條型模擬調(diào)制器通過起偏器連接消偏器。
[0017]所述相位調(diào)制器為基于數(shù)字電極的條型數(shù)字電極調(diào)制器，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為數(shù)字開關(guān)電路，所述第二組件還包括起偏器，所述條型數(shù)字電極調(diào)制器通過起偏器連接消偏器。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:[0019]本發(fā)明提供的光學(xué)電流傳感器，包括用于放置在被測(cè)電流的遠(yuǎn)程端的第一組件，還包括用于放置在被測(cè)電流的鄰近端的第二組件和第三組件，第一組件中的分束器和第二組件中的消偏器通過單模光纖相連，第一組件中的第一信號(hào)處理裝置和第二組件中的第二信號(hào)處理裝置通過單模光纖連接，第一信號(hào)處理裝置接收AD采集電路的信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)處理得到相位誤差數(shù)字信號(hào)，從而獲得被測(cè)電流數(shù)據(jù)信息輸出同時(shí)將該相位誤差數(shù)字信號(hào)經(jīng)電光轉(zhuǎn)換后通過單模光纖傳輸至第二信號(hào)處理裝置；第二信號(hào)處理裝置接收相位誤差信號(hào)并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后作為反饋相位調(diào)制信號(hào)通過調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路施加至相位調(diào)制器。本發(fā)明為基于法拉第磁光效應(yīng)的光學(xué)電流傳感器，可以避免傳統(tǒng)的基于電磁感應(yīng)原理的電流傳感器存在的絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性差、暫態(tài)特性差、難以實(shí)現(xiàn)直流測(cè)量等原理性缺陷，具有安全、高效的優(yōu)點(diǎn)；遠(yuǎn)程端的距離為光學(xué)電流傳感器在施工使用的常用范圍，可以是控制室至安裝施工現(xiàn)場(chǎng)的距離，將光學(xué)電流傳感器的第二組件和第三組件設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)，將第一組件設(shè)置于控制室內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)和控制室內(nèi)的中間連接為普通的單模光纖，在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試等施工作業(yè)時(shí)，更加便利，避免了傳統(tǒng)的光學(xué)電流傳感器的現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)利用保偏光纖熔接機(jī)連接導(dǎo)致不便的問題。將包括AD采集電路和第一信號(hào)處理裝置的第一組件放置在被測(cè)電流的遠(yuǎn)程端，包括第二信號(hào)處理裝置和調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路的第二組件放置在被測(cè)電流的鄰近端，拉開了調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路與AD采集電路之間的距離，即調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)制通道與AD采集電路的采集通道放置位置很遠(yuǎn)，驅(qū)動(dòng)電路輸出的模擬信號(hào)不會(huì)串入AD采集電路的采樣通道，避免形成電子干擾信號(hào)，進(jìn)一步避免了其導(dǎo)致的測(cè)量誤差和死區(qū)的問題，提高了光學(xué)電流傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度和可靠性。
[0020]設(shè)置本發(fā)明光學(xué)電流傳感器還包括絕緣子形成支柱絕緣子式傳感器，適用于戶外放置，優(yōu)選將第二組件設(shè)置于絕緣子底座內(nèi)，第三組件設(shè)置于絕緣子頂端與高壓接觸，此時(shí)第一組件可設(shè)置于遠(yuǎn)程室內(nèi)的控制室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)更加合理化的遠(yuǎn)程調(diào)制的新型光學(xué)電流傳感器的配置，遠(yuǎn)程距離可以達(dá)到10米至1000米，完全消除調(diào)制信號(hào)和解調(diào)信號(hào)的干擾，進(jìn)一步避免因?yàn)樾盘?hào)干擾引起的誤差。
[0021]第一信號(hào)處理裝置采用分時(shí)調(diào)制技術(shù)對(duì)一個(gè)調(diào)制解調(diào)周期的信號(hào)通過差分解算和數(shù)字積分處理后得到相位誤差數(shù)字信號(hào)，能夠使得位于被測(cè)電流的遠(yuǎn)程端的第一信號(hào)處理裝置發(fā)出的相位誤差數(shù)字信號(hào)及時(shí)地通過單模光纖傳輸至放置在被測(cè)電流的鄰近端的第二信號(hào)處理裝置，避免了傳輸延遲與可靠性差的問題，通過分時(shí)調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)在一個(gè)時(shí)間片的獨(dú)立調(diào)制與解調(diào)，提高了光學(xué)電流傳感器的測(cè)量的準(zhǔn)確度和可靠性。
[0022]相位調(diào)制器可以為Y型模擬調(diào)制器或條型模擬調(diào)制器，此時(shí)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為DA驅(qū)動(dòng)電路，采用模擬調(diào)制技術(shù)，具有直觀、容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)；相位調(diào)制器也可以是基于數(shù)字電極的Y型數(shù)字電極調(diào)制器或條型數(shù)字電極調(diào)制器，此時(shí)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為數(shù)字開關(guān)電路，本發(fā)明提出了可采用數(shù)字電極調(diào)制的技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，保密性好，便于集成化的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為現(xiàn)有的光學(xué)電流傳感器的典型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明光學(xué)電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3a和圖3b均為相位調(diào)制器的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。[0026]圖4a和圖4b均為優(yōu)選的相位調(diào)制器的連接示意圖。
[0027]圖5為第一信號(hào)處理裝置采用分時(shí)調(diào)制技術(shù)的優(yōu)選工作原理圖。
[0028]圖中各標(biāo)號(hào)列示如下:
[0029]I —第一組件；101 —光源；102 —分束器；103 —探測(cè)器；104 — AD采集電路；105 一第一信號(hào)處理裝置；2 —第二組件；201 —消偏器；202 —相位調(diào)制器；203 —延遲線圈；204 —第二信號(hào)處理裝置；205 —調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路；3 —第三組件；301 — 1/4波片；302 一敏感光纖環(huán)；303 —反射鏡；4 一第一單模光纖；5 —第二單模光纖；6 — Y型調(diào)制器；7 一保偏分束器；8 —起偏器；9 一條型調(diào)制器。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0031]本發(fā)明涉及一種光學(xué)電流傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括依次連接的第一組件
1、第二組件2和第三組件3，其中，第一組件I用于放置在被測(cè)電流的遠(yuǎn)程端，包括光源101、分束器102、探測(cè)器103、AD采集電路104和第一信號(hào)處理裝置105，光源101和探測(cè)器103均與分束器102相連，探測(cè)器103依次連接AD采集電路104和第一信號(hào)處理裝置105 ；第二組件2用于放置在被測(cè)電流的鄰近端，包括依次連接的消偏器201、相位調(diào)制器202和延遲線圈203，還包括第二信號(hào)處理裝置204和調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路205，調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路205分別與第二信號(hào)處理裝置204和相位調(diào)制器202相連，消偏器201與分束器102通過第一單模光纖4相連,第二信號(hào)處理裝置204與第一信號(hào)處理裝置105通過第二單模光纖5相連；相位調(diào)制器202、消偏器201、分束器102、探測(cè)器103、AD采集電路104、第一信號(hào)處理裝置105、第二信號(hào)處理裝置204和調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路205形成閉環(huán)回路結(jié)構(gòu)，第一信號(hào)處理裝置105接收AD采集電路104的信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)處理得到相位誤差數(shù)字信號(hào)，從而獲得被測(cè)電流數(shù)據(jù)信息輸出同時(shí)將該相位誤差數(shù)字信號(hào)經(jīng)電光轉(zhuǎn)換后通過第二單模光纖5傳輸至第二信號(hào)處理裝置204 ;第二信號(hào)處理裝置204接收相位誤差信號(hào)并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后作為反饋相位調(diào)制信號(hào)通過調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路205施加至相位調(diào)制器202 ;第三組件3用于放置在被測(cè)電流的鄰近端，包括依次連接的1/4波片301、敏感光纖環(huán)302和反射鏡303，1/4波片301與第二組件2中的延遲線圈203相連。
[0032]圖2所示的光學(xué)電流傳感器可以是戶外支柱式傳感器，即通過增設(shè)絕緣子形成支柱絕緣子式傳感器，此時(shí)，第二組件2可以設(shè)置于絕緣子底座內(nèi)，第三組件3設(shè)置于絕緣子頂端與高壓接觸，第二組件2和第三組件3可以在與絕緣子安裝好后形成整體放置于現(xiàn)場(chǎng)，第一組件I在被測(cè)電流的遠(yuǎn)程端，遠(yuǎn)程距離可以是幾米至上千米，優(yōu)選設(shè)置在控制室中?，F(xiàn)場(chǎng)和控制室內(nèi)的中間連接為普通的單模光纖，即第一單模光纖4和第二單模光纖5，在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試等施工作業(yè)時(shí)，更加便利，避免了傳統(tǒng)的光學(xué)電流傳感器的現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)利用保偏光纖熔接機(jī)連接導(dǎo)致不便的問題，只需要單模光纖熔接或者連接頭插接即可實(shí)現(xiàn)。
[0033]第一組件I負(fù)責(zé)產(chǎn)生一束寬譜的激光，送至第一單模光纖4，同時(shí)接收第二組件2通過第一單模光纖4返回的光信號(hào)。在第一組件I內(nèi)部，光源101在驅(qū)動(dòng)電流的作用下產(chǎn)生寬譜的激光，輸入分束器102的一端,激光通過分束器102的另一端輸出，進(jìn)入第一單模光纖4，第一單模光纖4連接第一組件I和第二組件2，并且，由于第一單模光纖4只負(fù)責(zé)傳輸光能量，允許斷開重新熔接或者用連接器進(jìn)行連接，方便現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試。[0034]第二組件2負(fù)責(zé)接收第一單模光纖4傳輸過來的光信號(hào)，經(jīng)過第二組件2內(nèi)部的光路后返回?cái)y帶電流信息的光信號(hào)，反向傳輸給第一單模光纖4。在第二組件2內(nèi)部，第一單模光纖4傳輸過來的光信號(hào)經(jīng)過消偏器201，進(jìn)行偏振的均勻化處理，這里可以將第一單模光纖4熔接或者連接引入的偏振誤差進(jìn)行完美的抑制，避免了偏振漲落誤差，保證光信號(hào)的穩(wěn)定；經(jīng)過消偏器201的光信號(hào)進(jìn)入相位調(diào)制器202，完成相位調(diào)制。本發(fā)明中，相位調(diào)制器202采用的相位調(diào)制方案包括多種方式。
[0035]相位調(diào)制器可以采用模擬調(diào)制技術(shù)，例如是基于常規(guī)的Y型模擬調(diào)制器或條型模擬調(diào)制器，這兩種方案需要配置的調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為DA驅(qū)動(dòng)電路；相位調(diào)制器也可以采用數(shù)字電極調(diào)制技術(shù)，例如是基于數(shù)字電極的Y型數(shù)字電極調(diào)制器(如圖3a所示)或條型數(shù)字電極調(diào)制器(如圖3b所示)，這兩種方案需要配置的調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為數(shù)字開關(guān)電路。無論是模擬調(diào)制技術(shù)還是數(shù)字電極調(diào)制技術(shù)，本發(fā)明的相位調(diào)制器采用Y型調(diào)制器(Y型模擬調(diào)制器或Y型數(shù)字電極調(diào)制器)時(shí)的光路優(yōu)選連接一個(gè)保偏分束器，如圖4a所示的連接示意圖，Y型調(diào)制器6的合路端連接消偏器201，Y型調(diào)制器6的兩個(gè)分路端分別通過00和900熔接點(diǎn)連接至保偏分束器7，即Y型調(diào)制器6通過保偏分束器7連接延遲線圈203。本發(fā)明的相位調(diào)制器采用條型調(diào)制器(條型模擬調(diào)制器或條型數(shù)字電極調(diào)制器)時(shí)的光路優(yōu)選連接一個(gè)起偏器，如圖4b所示的連接示意圖，條型調(diào)制器9 一端連接延遲線圈203，另一端通過450熔接點(diǎn)連接起偏器8，即條型調(diào)制器9通過起偏器8連接消偏器201。
[0036]光信號(hào)經(jīng)過相位調(diào)制器202后，分為了兩束光，并且兩束光的相位受到了相位調(diào)制器202的調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生特定的相位差。這兩束光波分別進(jìn)入延遲線圈203的快軸(X軸)和慢軸(Y軸)，同時(shí)傳播，經(jīng)過延遲線圈203的傳播后到達(dá)第三組件3中的1/4波片301，并且兩束光波均以45°的角度入射到1/4波片301，快軸(X軸)的光波經(jīng)過1/4波片301以后變?yōu)榱擞倚?或者左旋光 )，而慢軸(Y軸)的光波經(jīng)過1/4波片301以后變?yōu)榱俗笮?或者右旋光)。兩束圓偏振光經(jīng)過敏感光纖環(huán)302，敏感光纖環(huán)302繞在被測(cè)電流母線上，絕緣性能良好的敏感光纖環(huán)302對(duì)被測(cè)電流信號(hào)進(jìn)行感應(yīng)，在法拉第磁光效應(yīng)的作用下，母線電流形成的環(huán)形磁場(chǎng)調(diào)制敏感光纖環(huán)302的光相位，該磁場(chǎng)在敏感光纖環(huán)302上的分量使得兩束圓偏振光一個(gè)速度變快，另一個(gè)速度變慢，從而出現(xiàn)相位差，左旋光和右旋光的相位變化為△ Φ和-△ Φ，兩束旋在敏感光纖環(huán)302末端被反射鏡303反射返回到敏感光纖環(huán)302，反向輸入1/4波片301，經(jīng)過延遲線圈203返回到相位調(diào)制器202發(fā)生光學(xué)干涉，干涉輸出光強(qiáng)與法拉第相位差為余弦關(guān)系。
[0037]這個(gè)干涉光強(qiáng)信號(hào)反向通過消偏器201，經(jīng)過連接第一單模光纖4返回到第一組件I中的分束器102，從第三端出射后抵達(dá)探測(cè)器103，探測(cè)器103為光電探測(cè)器是將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，送至AD采集電路104，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入第一信號(hào)處理裝置105，經(jīng)過信號(hào)處理裝置105解調(diào)處理后，生成調(diào)制信號(hào)和反饋信號(hào)疊加的相位誤差數(shù)字信號(hào)，從而獲得被測(cè)電流數(shù)據(jù)信息輸出同時(shí)將該相位誤差數(shù)字信號(hào)經(jīng)電光轉(zhuǎn)換后通過光信號(hào)的方式進(jìn)入第二單模光纖5，傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的第二信號(hào)處理裝置204，在第二組件2內(nèi)部的第二信號(hào)處理裝置204接收連接第二單模光纖5傳過來的相位誤差數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后作為反饋相位調(diào)制信號(hào)通過調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路205施加至相位調(diào)制器202，相位調(diào)制器202接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)后進(jìn)一步用電信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的相位調(diào)制。這里，如果相位調(diào)制器202采用數(shù)字電極的話，調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路205輸出的是數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)；如果相位調(diào)制器202采用的是常規(guī)模擬電極，調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路205就需要輸出模擬電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0038]本發(fā)明中，第一信號(hào)處理裝置105解算出總調(diào)制信號(hào)，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換后通過第二單模光纖5傳輸至第二信號(hào)處理裝置204，第二信號(hào)處理裝置204接收總調(diào)制信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后施加至相位調(diào)制器。而第二單模光纖5的光數(shù)字信號(hào)傳輸將帶來時(shí)間延遲，為解決此時(shí)間延遲對(duì)調(diào)制和解調(diào)帶來的影響，第一信號(hào)處理裝置105優(yōu)選采用分時(shí)調(diào)制技術(shù)對(duì)一個(gè)調(diào)制解調(diào)周期的信號(hào)通過差分解算和數(shù)字積分處理后得到相位誤差數(shù)字信號(hào)，也就是說，第一信號(hào)處理裝置105采用分時(shí)獨(dú)立調(diào)制方式進(jìn)行工作，可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)的獨(dú)立調(diào)制與解調(diào)。具體如圖5所示的第一信號(hào)處理裝置采用分時(shí)調(diào)制技術(shù)的優(yōu)選工作原理圖，一個(gè)調(diào)制解調(diào)周期T的長(zhǎng)度為3 τ，τ為光波在光學(xué)電流傳感器的光路中的傳輸時(shí)間，為光學(xué)電流傳感器的本征周期。分時(shí)調(diào)制技術(shù)施加的調(diào)制解調(diào)周期信號(hào)包括偏置相位調(diào)制信號(hào)和
反饋相位調(diào)制信號(hào)，偏置相位調(diào)制信號(hào)分別為0，Y 0，反饋相位調(diào)制信號(hào)分別為-Λ φ,
O, Δ φ?0通過對(duì)第2，3個(gè)本征周期進(jìn)行采樣生成采樣脈沖，所得探測(cè)器103光電轉(zhuǎn)換的電壓值分別為PpP2。則有:
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，包括依次連接的第一組件、第二組件和第三組件， 所述第一組件，用于放置在被測(cè)電流的遠(yuǎn)程端，包括光源、探測(cè)器、分束器、AD采集電路和第一信號(hào)處理裝置，所述光源和探測(cè)器均與分束器相連，所述探測(cè)器依次連接AD采集電路和第一信號(hào)處理裝置； 所述第二組件，用于放置在被測(cè)電流的鄰近端，包括依次連接的消偏器、相位調(diào)制器和延遲線圈，還包括第二信號(hào)處理裝置和調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路分別與第二信號(hào)處理裝置和相位調(diào)制器相連，所述消偏器與分束器通過單模光纖相連，所述第二信號(hào)處理裝置與第一信號(hào)處理裝置通過單模光纖相連； 所述第三組件，用于放置在被測(cè)電流的鄰近端，包括依次連接的1/4波片、敏感光纖環(huán)和反射鏡，所述1/4波片與延遲線圈相連； 所述第一信號(hào)處理裝置接收AD采集電路的信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)處理得到相位誤差數(shù)字信號(hào)，從而獲得被測(cè)電流數(shù)據(jù)信息輸出同時(shí)將該相位誤差數(shù)字信號(hào)經(jīng)電光轉(zhuǎn)換后通過單模光纖傳輸至第二信號(hào)處理裝置；所述第二信號(hào)處理裝置接收相位誤差信號(hào)并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后作為反饋相位調(diào)制信號(hào)通過調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路施加至相位調(diào)制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述光學(xué)電流傳感器還包括絕緣子形成支柱 絕緣子式傳感器，所述第二組件設(shè)置于絕緣子底座內(nèi)，所述第三組件設(shè)置于絕緣子頂端與高壓接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述第一信號(hào)處理裝置采用分時(shí)調(diào)制技術(shù)對(duì)一個(gè)調(diào)制解調(diào)周期的信號(hào)通過差分解算和數(shù)字積分處理后得到相位誤差數(shù)字信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述分時(shí)調(diào)制技術(shù)施加的調(diào)制解調(diào)周期信號(hào)包括偏置相位調(diào)制信號(hào)和反饋相位調(diào)制信號(hào)，所述偏置相位調(diào)制信號(hào)分別為O，Y O，反饋相位調(diào)制信號(hào)分別為-Λ φ,,Ο, Δ Φ,，所述調(diào)制解調(diào)周期的長(zhǎng)度為3τ，τ為光波在光學(xué)電流傳感器的光路中的傳輸時(shí)間，所述第一信號(hào)處理裝置發(fā)送含有Δ (^數(shù)據(jù)幀的信號(hào)至第二信號(hào)處理裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述相位調(diào)制器為Y型模擬調(diào)制器，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為DA驅(qū)動(dòng)電路，所述第二組件還包括保偏分束器，所述Y型模擬調(diào)制器通過保偏分束器連接延遲線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述相位調(diào)制器為基于數(shù)字電極的Y型數(shù)字電極調(diào)制器，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為數(shù)字開關(guān)電路，所述第二組件還包括保偏分束器，所述Y型數(shù)字電極調(diào)制器通過保偏分束器連接延遲線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述相位調(diào)制器為條型模擬調(diào)制器，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為DA驅(qū)動(dòng)電路，所述第二組件還包括起偏器，所述條型模擬調(diào)制器通過起偏器連接消偏器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述相位調(diào)制器為基于數(shù)字電極的條型數(shù)字電極調(diào)制器，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路為數(shù)字開關(guān)電路，所述第二組件還包括起偏器，所述條型數(shù)字電極調(diào)制器通過起偏器連接消偏器。
【文檔編號(hào)】G01R19/25GK103969501SQ201410205823
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】郭嘉昕 申請(qǐng)人:北京航佳科技有限公司