[發明專利]基于光開關的全光纖電流互感器裝置及其電流測量方法

在審

• 申請號: 202310025861.4
• 申請日: 2023-01-09
• 公開（公告）號: CN116203299A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 黃芳;張立茜;張彥;陳海杰;周璇;陸林林;朱明華;陸紅玉;周少哲;徐喜根;費婉親
• 申請（專利權）人: 浙江方圓電氣設備檢測有限公司
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R19/25
• 代理公司: 浙江啟明星專利代理有限公司 33492
• 代理人: 趙萍

1.一種基于光開關的全光纖電流互感器裝置的電流測量方法，用于測量電流，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：光源產生預設的脈沖光信號并且將脈沖光信號傳輸到起偏器，起偏器通過處理后將脈沖光信號轉變為線偏振光并且將線偏振光傳輸到光纖耦合器的第一輸入端；

步驟S2：將光開關的第一端口與第二端口連通，以使得線偏振光在環形光纖組件中依次按照光纖耦合器、傳感光纖環、光開關、連接光纖和光纖耦合器的閉環順序進行傳輸，通電導線貫穿傳感光纖環并且當通電導線中存在待測量的電流時，電流產生的磁場通過法拉第效應引起傳感光纖環中的線偏振光進行光波偏振態旋轉；

步驟S3：線偏振光在環形光纖組件中多次重復環行預設的次數，以增大法拉第效應導致的光波偏振態的旋轉角度；

步驟S4：將光開關的第一端口和第三端口連通，以使得重復環行多次的線偏振光從環形光纖組件中輸出并且進入偏振分束器，從而分離線偏振光的垂直分量和水平分量；

步驟S5：第一光電探測器獲取垂直分量并且轉變為電信號后輸入信號處理電路的第一輸入端，第二光電探測器獲取水平分量并且轉變為電信號后輸入信號處理電路的第二輸入端，信號處理電路對垂直分量和水平分量處理后獲得待測量電流的電流信息。

2.根據權利要求1所述的一種基于光開關的全光纖電流互感器裝置的電流測量方法，其特征在于，在步驟S2中，通電導線中的電流大小I與光波偏振態旋轉角度θ的關系為：θ＝VNI，上式中N是傳感光纖環的匝數，V為維爾德常數；

在步驟S3中，由于線偏振光在環形光纖組件中多次重復環行，所以光波偏振態的旋轉角度為Ω＝n·θ＝n·VNI，上式中n為線偏振光在環形光纖組件中環行的圈數。

3.根據權利要求2所述的一種基于光開關的全光纖電流互感器裝置的電流測量方法，其特征在于，信號處理電路包括第一DA模塊、第二DA模塊、第一AD模塊、第二AD模塊和數字信號處理芯片，其中：

第一DA模塊與光源連接并且第一DA模塊通過數字信號處理芯片產生的脈沖信號W1用于調整光源輸出的脈沖光信號W2的脈沖寬度和脈沖頻率；

第二DA模塊與光開關連接并且第二DA模塊通過數字信號處理芯片產生的脈沖信號W3用于切換光開關的光路通道，當脈沖信號W3為低電平時，光開關的第一端口與第二端口連通，當脈沖信號W3為高電平時，光開關的第一端口與第三端口連通；

第一AD模塊與第一光電探測器連接并且接收光脈沖W4，以將獲取的線偏振光的垂直分量對應的模擬信號轉換為數字電信號并且傳輸到數字信號處理芯片；

第二AD模塊與第二光電探測器連接并且接收光脈沖W5，以將獲取的線偏振光的水平分量對應的模擬信號轉換為數字電信號并且傳輸到數字信號處理芯片；

數字信號處理芯片對輸入的垂直分量和水平分量進行處理，以獲得待測量電流的電流信息。

4.根據權利要求3所述的一種基于光開關的全光纖電流互感器裝置的電流測量方法，其特征在于，在步驟S3中，為保證線偏振光在環形光纖組件中環行時，前一圈光和后一圈光不發生重疊，光源產生的脈沖光信號的脈沖寬度時間τ₀小于線偏振光在環形光纖組件中環行一圈的時間τ；

在步驟S4中，為保證線偏振光在環形光纖組件中能多次重復環行后輸出，脈沖信號W3的脈沖與脈沖信號W1的脈沖之間的時間間隔t_d大于或等于nτ。

5.根據權利要求4所述的一種基于光開關的全光纖電流互感器裝置的電流測量方法，其特征在于，起偏器與偏振分束器的偏振化方向角度設定為45°，此時垂直分量和水平分量分別為P₁＝P₀cos²(θ+45°)和P₂＝P₀sin²(Ω+45°)，上式中，P₀為入射進偏振分束器的線偏振光的光強；

定義入射進偏振分束器的線偏振光的偏振度為：

通過信號處理電路計算入射進偏振分束器的線偏振光的偏振度P_X，并根據上式計算出通電導線中的電流I。