[發明專利]一種基于手性光纖耦合器的光纖電流互感裝置、光纖電流互感系統及其工作方法

有效

• 申請號: 202110470040.2
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113295905B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 高偉;高鴻澤;趙博;胡德霖;王國臣;于飛;張亞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;蘇州電器科學研究院股份有限公司
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R19/00;G02B6/27
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明公開了一種基于手性光纖耦合器的光纖電流互感裝置、光纖電流互感系統及其測量方法。SLD光源(1)與光電探測器(2)均鏈接2×2單模光纖耦合器(3)，2×2單模光纖耦合器(3)通過起偏器(4)與直波導相位調制器(5)相連接，光電探測器(2)與電路信號處理模塊(9)相連接，電路信號處理模塊(9)分別與電流輸出端(10)和直波導相位調制器(5)相連接；直波導相位調制器(5)通過光纖延遲環(6)與1×2手性光纖耦合器(7)相連接，1×2手性光纖耦合器(7)與光纖傳感環(8)相連接，光纖傳感環(8)內嵌入載流導體(11)。本發明提升光纖電流互感器系統測量電流時的溫度穩定性。

技術領域

本發明屬于全光纖電流傳感領域；具體涉及一種基于手性光纖耦合器的光纖電流互感裝置、光纖電流互感系統及其工作方法。

背景技術

光纖電流互感器(Fiber optic current transformer,FOCT)是一種基于法拉第旋光效應的光纖類傳感器，由于其具有絕緣性好，可靠性高，寬頻域和良好的暫態特性等優點被廣泛的應用于電力傳輸行業。其中，FOCT光路部分中的λ/4波片、光纖傳感環及傳感環末端的反射鏡構成的整體閉合回路作為了FOCT的敏感部件。而其敏感部件是安裝在高壓側，易受到外界環境溫度的影響，導致FOCT系統測量電流的準確度下降，進而限制了其進一步的規模化應用，其中受影響最大的是λ/4波片。λ/4波片本身在制作及與直波導相位調制器尾纖熔接時存在一定的相位延遲誤差和對軸誤差，并且再加上外界溫度的變化也會影響λ/4波片的相位延遲誤差，這些因素均會導致光在FOCT系統傳輸的過程中產生偏振誤差，進而降低了系統測量電流的準確度。

因此，為了減小溫度變化對FOCT測量電流時的影響，需要對由于λ/4波片引起的偏振誤差進行補償。現有的主流解決方案有兩種，一種是利用光纖傳感環維爾德常數受溫度影響的負相關變化來補償λ/4波片由于溫度變化導致的相位延遲的變化，另一種是通過在電路信號處理系統FPGA芯片內部加入溫度補償算法來補償由于溫度的變化引入的偏振誤差，但這兩種方案都有一定的缺陷。對于第一種方案來說，我們需要將λ/4波片的相位延遲調整為偏離90度的大小來補償光纖傳感環維爾德常數的變化，雖然可以通過參數優化來滿足變溫條件下系統測量電流準確度的要求，但會犧牲在常溫下系統測量電流的準確度；對于第二種方案來說，由于系統整體的誤差并不是線性變化，所以我們只能標定幾個溫度點下系統測量誤差，對于其它溫度點下的誤差只能通過擬合后的曲線進行估計，這樣就無法實現精確和連續實時的溫度補償，并沒有從根本上解決問題。這兩種方案存在的缺陷都限制了FOCT系統在變溫環境下測量電流的準確度。因此，需要尋找一種能夠從原理上提升系統溫度穩定性的解決方案。

發明內容

本發明提出了一種基于手性光纖耦合器的光纖電流互感裝置、光纖電流互感系統及其工作方法，提升光纖電流互感器系統測量電流時的溫度穩定性。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于手性光纖耦合器的光纖電流互感裝置，所述光纖電流互感裝置包括SLD光源1、光電探測器2、2×2單模光纖耦合器3、起偏器4、直波導相位調制器5、光纖延遲環6、1×2手性光纖耦合器7、光纖傳感環8、電路信號處理模塊9、電流輸出端10和載流導體11，所述SLD光源1與光電探測器2均鏈接2×2單模光纖耦合器3，所述2×2單模光纖耦合器3通過起偏器4與直波導相位調制器5相連接，

所述光電探測器2與電路信號處理模塊9相連接，所述電路信號處理模塊9分別與電流輸出端10和直波導相位調制器5相連接；

所述直波導相位調制器5通過光纖延遲環6與1×2手性光纖耦合器7相連接，所述1×2手性光纖耦合器7與光纖傳感環8相連接，所述光纖傳感環8內嵌入載流導體11。