[發明專利]一種光纖電流互感器裝置及其電流測量方法

在審

• 申請號: 201711127719.1
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107727911A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 黃俊昌;雷民;胡浩亮;周峰;李鶴;熊前柱;徐子立;聶琪;潘瑞;萬鵬;楊春燕;李建光;肖浩;劉博陽;雷軍
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網公司;北京世維通光智能科技有限公司
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R15/22;G01R15/18;G01R19/25
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理有限公司11266
• 代理人: 郭一斐

技術領域

本發明涉及干涉型光纖傳感領域，更具體地，涉及一種光纖電流互感器裝置及其電流測量方法。

背景技術

工程實踐中，因工程實際需要，對電流的測量往往會使用電流互感器，而使用光纖電流互感器進行電流測量是基于光法拉第效應，通過非導體傳感或測量電流的一種方法；在干涉型光纖傳感系統中，傳感器的光強信號是光纖中光波相位的余弦函數，通常待測物理量引起的光波相位變化非常微弱，因此可通過相位調制器來對光波信號進行調制，從而增大傳感器對待測物理量的靈敏度，相位調制器已成為干涉型光纖傳感系統中的核心光學器件。目前采用的相位調制器都只具備單一的相位調制功能，因此在搭建干涉型光纖傳感光路時通常還需匹配光源、耦合器、起偏器和探測器等其他功能器件，復雜的光路結構降低了系統可靠性，不利于干涉型光纖傳感系統的工程化研制。

發明內容

為了解決背景技術存在的現有光纖傳感器在搭建時需匹配多個功能器件，而光路結構較為復雜，這樣的搭建降低了系統的可靠性，不利于工程研制的問題，本發明提供了一種光纖電流互感器裝置及其電流測量方法，所述裝置集成化設計了光收發相位調制器以及配套的測量器件，可以精確可靠的進行光收發相位調制和電流的測量，所述一種光纖電流互感器包括：

集成光收發相位調制器，所述集成光收發相位調制器包括光源芯片、Y波導芯片、直波導芯片以及探測芯片，所述集成光收發相位調制器根據電路模塊光源驅動單元的信號產生光波信號，并將光波信號轉化為兩束相互正交的線偏振光；

電路模塊，所述電路模塊包括光源驅動單元、AD采集單元以及數字信號處理單元，所述光源驅動單元與光源芯片輸入端相連，用于驅動光源芯片產生光波信號；所述AD采集單元與探測芯片輸出端相連；用于采集探測芯片輸出的電信號并轉化為數字信號發送至數字信號處理單元進行數字信號處理；

光纖延時環，所述光纖延時環包括保偏光纖，所述直波導芯片輸出的兩束正交線偏振光分別耦合進入保偏光纖的快慢軸內進行傳輸；所述光纖延時環的輸出端與光纖傳感環的輸入端相連；

光纖傳感環，所述光纖傳感環包括四分之一波片、傳感光纖圈以及光纖反射鏡；所述光纖傳感環用于使兩束正交線偏振光通過法拉第效應產生非互易的相位差；所述光纖傳感環將攜帶該相位差信息的光經光纖延時環和集成光收發相位調制器的Y波導芯片傳送至集成光收發相位調制器的探測芯片。

進一步的，所述光源芯片用于產生光波信號，光源芯片的輸入端與光源驅動單元相連，光源芯片的輸出端與Y波導芯片的光波輸入端相連；所述Y波導芯片用于將接收的光波信號轉化為特定的線偏振光信號，所述Y波導芯片的第一Y分支與光源芯片輸出端相連，所述Y波導芯片的第二Y分支與探測芯片的輸入端相連；所述直波導芯片用于傳輸兩種偏振模式相互正交的光，所述直波導芯片的一端與Y波導芯片的合束端相連，直波導單元的另一端與光纖延遲環相連；所述探測芯片用于將從Y波導芯片得到的光波信號轉化為電信號，所述探測芯片的輸出端與外接的信號處理電路相連；

進一步的，所述光纖傳感環使用法拉第旋轉鏡代替光纖反射鏡；

進一步的，所述四分之一波片用于將相互正交的兩束線偏振光轉化為左旋圓偏振光和右旋圓偏振光、或將左旋圓偏振光和右旋圓偏振光轉化為相互正交的兩束線偏振光，所述四分之一波片的一端與光纖延時環相連、另一端與傳感光纖相連；待測導線從所述傳感光纖環中穿過；

進一步的，所述集成光收發相位調制器通過平行封焊工藝封裝在可伐合金管殼內，以保證集成光收發相位調制器的氣密性；

進一步的，所述Y波導芯片與直波導芯片耦合時，Y波導芯片的襯底與直波導芯片的襯底是平行的；所述耦合方式包括使用耦合膠粘接耦合；

進一步的，所述Y波導芯片由Y型光波導和襯底組成，所述Y型光波導在晶體襯底上采用質子交換工藝制成；所述晶體的切向為X向切、Y向傳；

進一步的，所述直波導芯片由直條形光波導、襯底以及電極組成，所述直條形光波導在晶體襯底上采用鈦擴散工藝制成；所述晶體的切向為與X向呈45°切、Y向傳；

進一步的，所述直波導芯片的一端與光纖延時環的保偏光纖相連，其中直波導芯片的平面與保偏光纖慢軸的對軸角度為45°；

進一步的，所述探測芯片的輸入端光纖與Y波導芯片的第二Y分支進行纖芯對準耦合；

進一步的，所述電路模塊包括DA轉換單元，所述DA轉換單元將數字信號處理單元指令轉化為模擬信號指令發送指集成光收發相位調制器，集成光收發相位調制器模擬信號指令作用在直波導芯片的電極上，對直波導進行電光調制。