[發(fā)明專(zhuān)利]全光纖電流傳感器及電流閉環(huán)反饋校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210429366.1
• 申請(qǐng)日: 2012-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102929323A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海康闊光通信技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05F1/565
• 分類(lèi)號(hào): G05F1/565
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀(jì)鐵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明與電力傳輸系統(tǒng)的智能化電流傳感器或互感器有關(guān)，具體屬于一種用于精密測(cè)量電流和動(dòng)態(tài)監(jiān)控電網(wǎng)安全的全光纖電流傳感器及電流閉環(huán)反饋校正方法。

背景技術(shù)

光纖電流傳感器是未來(lái)智能電網(wǎng)的核心設(shè)備之一，自上世紀(jì)80年代初到現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外很多高校、研究所及相關(guān)企業(yè)已經(jīng)投入大量的人力、物力和財(cái)力對(duì)其進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，但迄今為止，還沒(méi)有真正地形成大規(guī)模的推廣和應(yīng)用，其中核心問(wèn)題是其精度或長(zhǎng)期穩(wěn)定性不能滿(mǎn)足或無(wú)法達(dá)到電力工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。光纖電流傳感器的基本原理是利用法拉第效應(yīng)，其具體技術(shù)是基于目前相對(duì)比較成熟的光纖陀螺技術(shù)，而二者之間的主要差別是傳感光纖的特性不一樣。在光纖陀螺中，傳感光纖使用的是線(xiàn)保偏光纖，這種光纖目前在國(guó)內(nèi)已經(jīng)大量生產(chǎn)，并能滿(mǎn)足陀螺產(chǎn)業(yè)的需求；而在光纖電流傳感器中，傳感光纖需要使用工藝復(fù)雜的保橢圓光纖，這種光纖做成的電流傳感環(huán)，經(jīng)遠(yuǎn)程溫度補(bǔ)償，精度可達(dá)到正負(fù)萬(wàn)分之四以?xún)?nèi)。我們知道，光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)主要由圖1所示的兩個(gè)核心部分組成，一是電流傳感光纖；二是光電信號(hào)處理單元，二者缺一不可，互為核心部件。其中，光電信號(hào)處理單元包括光源、光電探測(cè)單元、信號(hào)處理單元、光纖耦合器、調(diào)制器、溫度傳感單元、數(shù)字輸出單元和光纖延遲線(xiàn)（或者光纖延遲環(huán)，為線(xiàn)保偏光纖），光纖延遲線(xiàn)與電流傳感光纖連接。盡管各研究單位已經(jīng)做了很大的努力，但目前光電信號(hào)處理單元的穩(wěn)定性還存在相當(dāng)大的問(wèn)題，特別是在低溫情況下，問(wèn)題還是相當(dāng)?shù)膰?yán)重，單單確保光電信號(hào)處理單元的穩(wěn)定性在正負(fù)千分之二內(nèi)都很困難，更何況對(duì)整個(gè)傳感器而言。傳感器性能的不穩(wěn)定主要由各類(lèi)光器件長(zhǎng)期使用性能變差、高低溫情況的性能不穩(wěn)定以及激光器波長(zhǎng)的漂移等因素引起的，盡管可以采用保溫或溫控等措施，但仍然無(wú)法有效地抑制上述性能的不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種全光纖電流傳感器及電流閉環(huán)反饋校正方法，可以補(bǔ)償光器件和光路因長(zhǎng)期老化和溫度變化引起的測(cè)量誤差。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的全光纖電流傳感器，包括光電信號(hào)處理單元、串接在光電信號(hào)處理單元中的光纖延遲線(xiàn)后的兩個(gè)傳感光纖環(huán)，其中一個(gè)傳感光纖環(huán)為參考電流傳感光纖環(huán)，另一個(gè)傳感光纖環(huán)為被測(cè)電流傳感光纖環(huán)，所述參考電流傳感光纖環(huán)串接在光纖延遲線(xiàn)和被測(cè)電流傳感光纖環(huán)之間，所述參考電流傳感光纖環(huán)上繞有電流導(dǎo)線(xiàn)，電流導(dǎo)線(xiàn)的兩端連接在一標(biāo)準(zhǔn)參考電流發(fā)生器上，所述標(biāo)準(zhǔn)參考電流發(fā)生器與光電信號(hào)處理單元進(jìn)行通訊連接。

在上述結(jié)構(gòu)中，所述全光纖電流傳感器為反射式光纖電流傳感器，其中參考電流傳感光纖環(huán)包括依次熔接的線(xiàn)保偏光纖、四分之一波片、參考電流傳感光纖、四分之一波片和線(xiàn)保偏光纖，被測(cè)電流傳感光纖環(huán)包括依次熔接的線(xiàn)保偏光纖、四分之一波片和被測(cè)電流傳感光纖，被測(cè)電流傳感光纖的末端鍍有反射膜。

或者，所述全光纖電流傳感器為直通式光纖電流傳感器，其中參考電流傳感光纖環(huán)和被測(cè)電流傳感光纖環(huán)均包括依次熔接的線(xiàn)保偏光纖、四分之一波片、電流傳感光纖、四分之一波片和線(xiàn)保偏光纖。

進(jìn)一步的，所述四分之一波片也可由光偏振態(tài)變換波片或其它分?jǐn)?shù)波片（如十六分之三或十六分之五波片等）代替。

更優(yōu)選的，所述全光纖電流傳感器為反射式光纖電流傳感器，參考電流傳感光纖環(huán)依次包含一螺旋速率上升段光纖、一螺旋速率勻速段光纖和一螺旋速率下降段光纖，其中螺旋速率上升段光纖和螺旋速率下降段光纖為沿光纖方向的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，二者長(zhǎng)度相等且螺旋速率對(duì)稱(chēng)相同，螺旋速率勻速段光纖為對(duì)磁場(chǎng)敏感的保橢圓偏振光纖或保圓光纖；所述螺旋速率上升段光纖起點(diǎn)和螺旋速率下降段光纖起點(diǎn)位于參考電流傳感光纖環(huán)的不同圈上，兩個(gè)起點(diǎn)位于所在環(huán)的位置在空間上重合，螺旋速率上升段光纖終點(diǎn)與螺旋速率下降段光纖終點(diǎn)位于參考電流傳感光纖環(huán)的不同圈上，兩個(gè)終點(diǎn)位于所在環(huán)的位置在空間上重合；所述被測(cè)電流傳感光纖環(huán)依次包含一線(xiàn)保偏光纖、一變速螺旋段光纖和一勻速螺旋段光纖，其中變速螺旋段光纖向線(xiàn)保偏光纖過(guò)渡的一端的螺旋速率為零，向勻速螺旋段光纖過(guò)渡的一端的螺旋速率為設(shè)定最高值，勻速螺旋段光纖為螺旋速率為設(shè)定最高值的對(duì)磁場(chǎng)敏感的保橢圓偏振光纖或保圓光纖，其末端鍍有反射膜；所述變速螺旋段光纖位于一磁場(chǎng)屏蔽管中，所述勻速螺旋段光纖的末端緊靠磁場(chǎng)屏蔽管的外側(cè)，且反射膜與磁場(chǎng)屏蔽管的末端面對(duì)齊。其中，磁場(chǎng)屏蔽管的長(zhǎng)度大于等于變速螺旋段光纖的長(zhǎng)度。