[發明專利]采用光載體測量電功率的傳感器及其測量方法

在審

• 申請號: 201711475500.0
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108387775A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 徐盛果;陳銳;劉永峰;陶建樹;陳科祥
• 申請（專利權）人: 長園深瑞繼保自動化有限公司
• 主分類號: G01R21/133
• 分類號: G01R21/133
• 代理公司: 深圳市中知專利商標代理有限公司 44101
• 代理人: 孫皓;景志軒

1.一種采用光載體測量電功率的傳感器，包括SLED光源(1)、電流互感器和電壓互感器，其特征在于：所述電流互感器為光纖測流傳感頭(33)；所述SLED光源(1)與至少一托一的光耦合器(2)相接，該光耦合器(2)一光路通過電流側的第一保偏環形器(31)、第一沃拉斯特棱鏡(32)與所述的光纖測流傳感頭(33)相接；在第一沃拉斯特棱鏡(32)上還接有第一光電探測器(34)，在第一保偏環形器(31)上還接有第二光電探測器(35)。

2.根據權利要求1所述的采用光載體測量電功率的傳感器，其特征在于：所述光纖測流傳感頭(33)由1/4波片、測流溫敏光纖和電流側反射鏡(36)構成。

3.根據權利要求1所述的采用光載體測量電功率的傳感器，其特征在于：所述電壓互感器為光纖測壓傳感頭(43)；所述光耦合器(2)為一托二的耦合器，該光耦合器(2)的另一光路通過電壓側的第二保偏環形器(41)、第二沃拉斯特棱鏡(42)與所述的光纖測壓傳感頭(43)相接；在第二沃拉斯特棱鏡(42)上還接有第三光電探測器(44)，在第二保偏環形器(41)上還接有第四光電探測器(45)。

4.根據權利要求3所述的采用光載體測量電功率的傳感器，其特征在于：所述光纖測壓傳感頭(43)由1/4波片、鍺酸鉍晶體和電壓側反射鏡(46)構成。

5.根據權利要求1-4中任一項所述的采用光載體測量電功率的傳感器，其特征在于：所述光耦合器(2)為一托三的耦合器，其中的再一光路通過溫補側的第三保偏環形器(51)與光纖測溫傳感頭(52)相接；在第三保偏環形器(51)上還設接有第五光電探測器(53)。

6.根據權利要求5所述的采用光載體測量電功率的傳感器，其特征在于：所述光纖測溫傳感頭(52)，由溫敏光纖、石英玻璃管、涂敷在石英玻璃管外的內層和外層保護層構成，所述溫敏光纖包層外直徑為125μm，長度為1.15mm-1.35mm，其在波長為1310nm時的拍長約為10mm，在該溫敏光纖尾部的外壁和端面上鍍有鋁質的反射膜；由該溫敏光纖的尾端至其首端方向長度在0.8mm-1.0mm的溫敏光纖被固定密封在內徑為250μm-350μm的石英玻璃管中。

7.根據權利要求6所述的采用光載體測量電功率的傳感器，其特征在于：在所述石英玻璃管的外壁上設有兩層涂層，分別是厚度為45μm-55μm且由聚甲基丙烯酸甲酯材料制成的內層和厚度為180μm－220μm且由特氟龍材料制成的外層。

8.一種采用光學原理測量電功率的方法，其步驟如下：

1)采用權利要求5-7中任一項所述的采用光載體測量電功率的傳感器；

2)由所述采用光載體測量電功率的傳感器中的SLED光源(1)發出的部分偏振光，經多模光纖傳至一托三的光耦合器(2)，由該光耦合器(2)發出三束部分偏振光；

3)一束部分偏振光通過電流側的多模光纖送至第一保偏環形器(31)產生電流側初段線偏振光，該電流側初段線偏振光由第一保偏環形器(31)的一個輸出端口通過初段保偏光纖送至第一沃拉斯特棱鏡(32)；

另一束部分偏振光通過電壓側的多模光纖送至第二保偏環形器(41)產生電壓側初段線偏振光，該電壓側初段線偏振光由第二保偏環形器(41)的一個輸出端口通過初段保偏光纖送至第二沃拉斯特棱鏡(42)；

再一束部分多模光纖送至第三保偏環形器(51)產生溫補側初段線偏振光，該溫補側初段線偏振光由第三保偏環形器(51)的一個輸出端口通過初段保偏光纖送至光纖測溫傳感頭(52)；

4)電流側初段線偏振光由第一沃拉斯特棱鏡(32)的一個輸出端口輸出一束電流側中段線偏振光，該電流側中段線偏振光通過中段保偏光纖并以偏振方向平行于該中段保偏光纖主軸的方式沿該主軸傳送；

電壓側初段線偏振光由第二沃拉斯特棱鏡(42)的一個輸出端口輸出一束電壓側中段線偏振光，該電壓側中段線偏振光通過中段保偏光纖并以偏振方向平行于該中段保偏光纖主軸的方式沿該主軸傳送；

5)電流側中段線偏振光經電流側的中段保偏光纖與所述采用光載體測量電功率的傳感器中的光纖測流傳感頭(33)內的測流溫敏光纖的電流側熔接拐點分解為兩束正交模態且沿該測流溫敏光纖快慢軸傳播的電流側尾段線偏振光；

電壓側中段線偏振光經電壓側的中段保偏光纖與所述采用光載體測量電功率的傳感器中的光纖測壓傳感頭(43)內的測壓溫敏光纖的電壓側熔接拐點分解為兩束正交模態且沿該溫敏光纖快慢軸傳播的電壓側尾段線偏振光

溫補側初段線偏振光經中段保偏光纖與所述光纖測溫傳感頭(52)內的溫補溫敏光纖的溫補側熔接拐點分解為兩束正交模態且沿該溫敏光纖快慢軸傳播的溫補側尾段線偏振光；

6)兩束所述電流側尾段線偏振光通過設置于溫度場中的測流溫敏光纖產生相位差，再經設置于該測流溫敏光纖尾部的反射膜的反射后沿原光路返回，此時，兩束電流側尾段線偏振光的相位差增加一倍；

兩束所述電壓側尾段線偏振光通過設置于溫度場中的測壓溫敏光纖產生相位差，再經設置于該測壓溫敏光纖尾部的反射膜的反射后沿原光路返回，此時，兩束電壓側尾段線偏振光的相位差增加一倍；

兩束所述溫補側尾段線偏振光通過設置于溫度場中的溫補溫敏光纖產生相位差，再經設置于該溫補溫敏光纖尾部的反射膜的反射后沿原光路返回，此時，兩束溫補側尾段線偏振光的相位差增加一倍；

7)兩束電流側尾段線偏振光經過所述電流側熔接拐點后發生干涉效應；

兩束電壓側尾段線偏振光經過所述電壓側熔接拐點后發生干涉效應；

兩束溫補側尾段線偏振光經過所述溫補側熔接拐點后發生干涉效應；

8)兩束電流側尾段線偏振光中，沿電流側溫敏光纖快軸返回的電流側尾段線偏振光由設置于第一沃拉斯特棱鏡(32)的另一輸出端口上的第一光電探測器(34)接收，沿電流側溫敏光纖慢軸返回的電流側尾段線偏振光由設置于第一保偏環形器(31)的另一輸出端口上的第二光電探測器(35)接收；

兩束電壓側尾段線偏振光中，沿電壓側溫敏光纖快軸返回的電壓側尾段線偏振光由設置于第二沃拉斯特棱鏡(42)的另一輸出端口上的第三光電探測器(44)接收，沿電壓側溫敏光纖慢軸返回的電壓側尾段線偏振光由設置于第二保偏環形器(41)的另一輸出端口上的第四光電探測器(45)接收；

兩束溫補側尾段線偏振光中，由設置于第三保偏環形器(51)的另一輸出端口上的第五光電探測器(53)接收。