[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

本發明公開了基于光開關的全光纖電流互感器裝置及其電流測量方法，基于光開關的全光纖電流互感器裝置的電流測量方法包括步驟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。本發明公開的基于光開關的全光纖電流互感器裝置及其電流測量方法，通過光開關切換光路通道，使信號光多次通過環形光纖組件，以增大法拉第效應導致的光波偏振態的偏轉角度，以獲得更高的電流靈敏度。

技術領域

本發明屬于電流互感器技術領域，具體涉及一種基于光開關的全光纖電流互感器裝置和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。

背景技術

全光纖電流互感器是一種新型的電流互感器，它采用光纖作為傳感介質，基于法拉第效應和安培環路定律實現對外界電流的測量。相比于傳統電磁式電流互感器，全光纖電流互感器具有動態范圍大、抗電磁干擾、重量輕、體積小等優點。根據信號檢測方法的不同，全光纖電流互感器可以分為偏振式全光纖電流互感器和干涉式全光纖電流互感器，其中干涉式全光纖電流互感器又可分為Sagnac環形結構式和Sagnac反射結構式。相比于干涉式全光纖電流互感器，偏振式全光纖電流互感器具有結構簡單、成本低的優勢。

一般偏振式全光纖電流互感器的工作原理為：光源發出的光經起偏器后形成線偏振光，線偏振光進入傳感光纖，傳感光纖的輸出進入檢偏器檢偏，得到光波偏振態在電流產生磁場作用下的偏轉角度，以此獲得電流信息。由于石英光纖的維爾德常數較小，法拉第效應導致的光波偏振態的偏轉角度較小，導致全光纖電流互感器的電流靈敏度較低，測量小電流的精度較差。

針對全光纖電流傳感器的電流靈敏度問題，傳統的解決方案是增加傳感光纖的匝數，但是這會增加傳感光纖的長度，使傳感光纖的溫度和振動敏感性增加，影響全光纖電流傳感器性能進一步提升。

因此，針對上述問題，予以進一步改進。

發明內容

本發明的主要目的在于提供基于光開關的全光纖電流互感器裝置及其電流測量方法，通過光開關切換光路通道，使信號光多次通過環形光纖組件，以增大法拉第效應導致的光波偏振態的偏轉角度，以獲得更高的電流靈敏度。

為達到以上目的，本發明提供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，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(通過信號處理電路切換光開關的光路通道)，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。

作為上述技術方案的進一步優選的技術方案，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；