[發明專利]偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器

在審

• 申請號: 201910194734.0
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109752581A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 劉澤;薛挺
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器。包括：寬帶光源、探測器、保偏光纖分束偏振器、相位調制器、λ/4波片、傳感光纖、反射鏡、探測器和控制電路。寬帶光源發出寬譜光給保偏光纖分束偏振器，保偏光纖分束偏振器輸出光波給相位調制器和λ/4波片，λ/4波片將偏振光分解為左旋圓和右旋圓偏振光并傳輸給傳感光纖。傳感光纖內的電流產生的磁場通過法拉第效應引起光波偏振態旋轉，在傳感光纖的末端經反射鏡反射的偏振光經過λ/4波片后合成為線偏振光，通過探測器和控制電路檢測檢偏處理后的線偏振光的光功率，得到數字信號，并數字信號作為開環數字量反饋給相位調制器，以實現閉環反饋。本發明可以實現大動態范圍、高精度、高穩定的電流檢測。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，尤其涉及一種偏振檢偏式閉環全光纖電流互感器。

背景技術

與傳統的電磁式互感器相比，光纖電流互感器具有如下優勢；安全優勢：絕緣結構簡單，綠色環保、無爆炸、無油氣、無SF6、無二次開路危險；成本優勢：220kV以上時，采用光纖，大幅降低絕緣成本；性能優勢：體積小，重量輕；動態范圍大，可測交流/直流，無磁飽和，頻帶響應寬，抗干擾能力強，適合數字化輸出；光纖電流互感器適應國家智能電網發展規劃要求。

根據采用2種不同光學相位調制器的不同工作機理，目前有2種光纖電流互感器的光路結構方案：

第一種光路結構方案：現有技術中的一種采用集成光學多功能相位調制器MIOC為核心的Sagnac干涉型光學結構如圖1所示。該方案的優點為：基于Sagnac干涉儀的光纖陀螺工作原理，理論成熟；缺點為：光學結構插入損耗大，溫度、振動等環境因素會影響系統性能。

如下是已有的采用相位調制器方案的光纖電流互感器的專利列表。

除了No.15專利“反射式全光纖電流互感器”，申請號201320439007.4，解釋了偏振器的功能為起偏與檢偏外，其他所有專利中均錯誤地描述為光波在偏振片位置實現干涉。但是No.15專利中描述了激光器作為光源，而不是寬帶光源，如SLD或者ASE光源，由此不可避免光纖中的非線性效應引起的誤差；同時也沒有正確的解釋相位調制器用于控制光波偏振方向旋轉功能。

如下是已有的描述光纖電流互感器的文章。

上述所有公開發表的參考文獻，也均沒有正確的理解相位調制器的功能。均錯誤地解釋，在偏振片位置發生干涉；

上述現有技術中的專利與文獻錯誤的物理現象解釋，引入了錯誤的數學模型描述，從而導致了錯誤的結論以及錯誤的光學系統結構設計，從而也會引起電路與閉環控制軟件中的嚴重的錯誤設計；最終的結果，是這種非常具有優勢的光學結構不能實現工程應用。

對于采用相位調制器作為λ/2波片的偏振方向旋轉開關光學結構的光纖電流互感器傳感系統，對于光器件的需求如下：

1.光源必須是寬帶；

2.系統需要保偏光纖分束，來保持光波的偏振特性。

3.偏振器的偏振消光比要求>60dB。

其中：光功率分束，通常采用傳統的光纖耦合器，也有采用環形器方案，偏振分束器方案。但是，采用后2種方案存在不可克服的弱點：

1.光纖環形器存在弱點：由于工作機理限制，存在較大的波長相關損耗(WDL)，偏振相關損耗(PDL)。溫度相關損耗(TDL)，以及各種損耗交叉影響，反而會大幅度降低系統的其他性能，如系統的線性以及系統的測量誤差，所以商業系統中寧愿采用傳統的光纖耦合器，而不采用光纖環形器；