[發明專利]一種適用于光纖電流互感器的波片溫度補償系統

無效

• 申請號: 200810056486.5
• 申請日: 2008-01-18
• 公開（公告）號: CN101216502A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 張春熹;張朝陽;王夏霄;李傳生;李霞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R1/44
• 分類號: G01R1/44;G01R15/24;G01R19/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及一種適用于光纖電流互感器的波片溫度補償系統。

背景技術

如圖1所示，光纖電流互感器是基于Ampere定律和Faraday效應原理的，該光纖電流互感器通過測量在傳感光纖內傳輸的模式正交的兩束偏振光間由于敏感導線內電流量而產生的相位差來間接地測量電流值。具體方法是：光源發出的光經耦合器、起偏器后，隨即分成兩束正交的線偏振光，沿著保偏光纖延遲線的X、Y兩個正交模式傳輸至傳感頭。在傳感頭的λ/4光纖波片處，兩束線偏光分別被轉換為左旋和右旋圓偏光，進入傳感光纖。在傳感光纖中，由于Faraday磁光效應作用，兩束圓偏光傳輸速度不同，從而產生Faraday相差。當兩束圓偏光傳輸到傳感光纖末端時，發生鏡面反射，兩束光在模式互換(左旋變右旋，右旋變左旋)后沿原光路返回，Faraday效應加倍，并且在λ/4光纖波片處再次轉變為兩束模式正交的線偏光(模式也互換了)。最終，攜帶Faraday效應相位信息的兩束光在起偏器處發生干涉，然后經3dB耦合器進入光電探測器，從光電探測器輸出的干涉光強信號P_d經后續的硬件電路結構進行處理后加載在相位調制器上。

由于兩束偏振光始終在同一根光纖中傳輸，并且經過了完全相同的傳輸路徑和模式變化，所以光路系統具有良好的互易性，因此到達光電探測器的光信息只攜帶了由于Faraday效應產生的非互易相位差φ_F。考慮閉環系統在相位調制器處人為引入的非互易相差-方波調制偏置相移和階梯波反饋調制相移，光電探測器敏感到的光強信號P_d＝0.5×L×P₀×(1+cos(φ_F+φ_S+φ_R))式中，L表示光路損耗系數，P₀表示光源輸出光強，φ_F表示Faraday效應產生的非互易相位差，且φ_F＝4NVI(N是傳感光纖匝數，V是傳感光纖Verdet常數，I是導線中傳輸電流值)，φ_S表示人為引入的方波偏置調制相移，φ_R表示人為引入的階梯波反饋調制相移。

光電探測器響應光強信息而輸出的電壓信號經過放大、濾波后送入A/D轉換器轉換為數字信息，然后送入基于DSP+FPGA的數字信號處理裝置，經信號處理裝置解析后以輸出量作為反饋量，經過數模轉換器及其驅動電路后加載到相位調制器上，在兩束相干光間引入一個與法拉第效應相移大小、方向相反的反饋相移，實現閉環信號檢測。

發明內容

本發明的目的是在現有光纖電流互感器的結構上，通過在基于DSP+FPGA的數字信號處理器中內嵌波片溫度補償系統，該波片溫度補償系統對光電探測器輸出的信息分為閉環檢測通道和電壓跟隨通道；所述閉環檢測通道用于檢測Faraday相位差信息；所述電壓跟隨通道用于獲得補償所需的最小干涉光強參數P_dmin、最大干涉光強參數P_dmax，然后利用時序解調得到補償系數P=PdmaxPdmin≈21+h.]]>采用本發明的波片溫度補償可以使光纖電流互感器在全溫-40～60℃范圍內輸出精度從補償前的0.75％提高到了0.25％，補償效果明顯。