专利名称：全光纤电流互感器的制作方法
技术领域：
本发明属于电力测量领域，具体是一种全光纤电流互感器。
背景技术：
在电力系统中，计量和保护的需要，使得对高压输电线路中的电流进行实时测量 成为必须的任务。传统的高压电流测量系统是充油式电流互感器(Current Transducer, 简称CT)，其传感探头利用电磁感应原理，信号通过导线传输，主要缺点是易受电磁干扰、 绝缘困难。为解决高压隔离及电磁干扰问题，进而造成其传输线路非常笨重，整个系统 体积庞大，造价昂贵。相比之下，近年来广受关注的光学电流互感器(Optical Cutrent Transducers，简称OCT)，以其高绝缘性、抗高电磁噪声、高线性度响应等诸多优点，被认为 是电流互感器的发展趋势，有着广阔的应用前景。光学电流互感器的研究始于上世纪70年代，经过三十多年的探索，许多关键技术 取得突破，并形成了各种各样的类型和结构，大体上可分为全光纤型、块状玻璃型和混合 型三种。其中全光纤型和块状玻璃型OCT主要利用了光学材料的法拉第效应。全光纤型 OCT采用光纤作为传感材料，具有柔软可弯曲、体积小、重量轻、结构简单、可靠性高、易与传 输光纤耦合、可长距离传输、便于与计算机连接组成遥测网络等优点。而块状玻璃型OCT是 为克服光纤型OCT的灵敏度低、线性双折射问题而出现的，主要缺点是传感头加工精度要 求较高，加工时易碎裂、光路耦合难度大、因而成本较高，不易于产业化。而混合型电流互 感器则是利用传统的电磁式互感器作为传感头，光纤只是用于信号传输，存在的问题是传 感头部分涉及到有源电路，供电相当困难，有待突破，而且没有从本质上解决电磁干扰的问 题。目前，上述三种结构的OCT都有挂网运行的经历及产品出现，但相对而言，全光纤型OCT 具有更为明显的优越性，更能满足实际需求，尤其是，近年来随着光纤线性双折射问题这一 关键技术难点的突破，该类型的OCT的产业化前景呈现出一片光明。全光纤型电流互感器研究起步最早，1977年英国电力研究中心的A. J. Rogers和 A. M. Smith等人分别对全光纤OCT的原理进行了分析，并在实验室对实验装置进行试验获 得成功，于1979年安装在发电站试运行。而后，德国A. Papp等人对全光纤式OCT的原理、 构成、特性、测量及信号处理进行了系统专题研究。从90年代起，工作进一步深入，许多作 者在解决温度及振动对测量精度的影响方面进行了大量的研究，使得研制工作均取得了显 著的进展。其中，NxtPhase公司研制的230kV和138kV两个等级的全光纤型0CT，目前已通 过各种工业性试验，进入商业生产阶段。在国内，全光纤型OCT的研究主要集中在关键技术 的研究，产品化的研制还处于起步阶段，未见挂网运行的报道。现有技术中的全光纤型电流互感器一般通过偏振计量技术对线偏振光的偏振态 的改变达到测量电流的目的，这种测量方式中，由于光传输路径存在非互易性，系统易受光 纤双折射、环境温度、振动等因素的影响。使得这种结构的OCT长期以来在测量精度、长期 运行的可靠性等方面难以满足实际要求。
发明内容
本发明通过测量电流对圆偏振光的传输速度的改变达到测量电流的目的，再辅以 法拉第反射镜技术，构成互易性很好的光路，可以有效抑制光纤双折射、环境温度、振动等 因素对系统精度和稳定性的影响，从而实现高精度、高可靠测量，实现其产品化。本发明具体采用如下技术方案一种全光纤电流互感器，包括采用光缆连接的传感光纤和电子传感器，其特征是， 所述电子传感器包括依次采用光缆连接的光源、光耦合器、起偏器和偏振光调制器，还包括 与光耦合器光缆连接的差分光接收装置，所述差分光接收装置还与接信号处理器电气连 接；在传感光纤上设有两个法拉第反射镜。在传感光纤和电子传感器之间还设有保偏光纤。本发明的有益效果在于(1)采用测量圆偏振光传输速度差的方式，从本质上减低了光纤双折射的影响；(2)采用目前已经商用的超低双折射光纤作为传感光纤，进一步减小了光纤双折 射的影响；(3)采用法拉第反射镜实现了互易的光路结构，抑制了环境温度、振动等因素的影 响；(4)采用差分光接收，消除了光源功率不稳定因素的影响；(5)采用偏振光调制技术，实现测量信号的频谱搬移，提高了检测精度和抑制了漂 移的影响。
图1是本发明原理框图。图中，1-光源，2-差分光接收器，3-光耦合器，4-起偏器，5-偏振光调制器，6_信 号处理器，7-保偏光纤，8-传感光纤，9-导线，10-法拉第反射镜。
具体实施例方式如图1所示，光源1发出的光被送入光纤，经光耦合器3将光信号分为两个光信 号，然后在起偏器4内分为两个偏振态互为垂直的线偏振光。这两个线偏振光经偏振光调 制器5调制，消除功率带来的影响，然后经保偏光纤7，送到法拉第反射镜10中，将两个互 为垂直的线偏光分别变换为右旋和左旋圆偏光，并送入环绕在电流导线9周围的传感光纤 8中，根据法拉第效应，电流导线9周围的感应磁场将使通过磁场的右旋和左旋圆偏光具有 不同的传输速度。传输速度差的大小正比于磁场的强弱，因而也正比与导线9中的电流。然 后光信号被法拉第反射镜10反射回光纤，反射光的偏振特性发生互换，即原先的右旋圆偏 光反射后变为左旋线偏光，而左旋圆偏光则变为右旋线偏光。反射回的光沿光纤原路回传， 再次经历法拉第效应，由于法拉第效应的非互易性，当光信号沿原路返回时，两偏振光之间 的速度差不是抵消而是翻倍。返回的偏振光在差分光接收器2直接转换为光功率变化，并 进一步转换为电信号，电信号进入信号处理器6中处理。此外，在本方案中，在保偏光纤7 的入射端，通过偏振光调制器5对两垂直偏振光之间的相位差进行周期预调制，从而将测 量信号的频谱搬移到调制频率上，以提高检测精度和抑制直流漂移。
在本发明中，两个偏振态的光经历的过程完全是对等的，也就是说，光路系统是互 易的。互易系统对互易性的影响(如光纤双折射、温度、振动等)是可以互为抵消的，而对 于非互易性的法拉第效应则是翻倍的。因此，本发明可以有效抑制光纤双折射、温度、振动 等的影响。具有实现高精度、高可靠测量的潜力。
权利要求
一种全光纤电流互感器，包括采用光缆连接的传感光纤和电子传感器，其特征是，所述电子传感器包括依次采用光缆连接的光源、光耦合器、起偏器和偏振光调制器，还包括与光耦合器光缆连接的差分光接收装置，所述差分光接收装置还与接信号处理器电气连接；在传感光纤上设有两个法拉第反射镜。
2.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器，其特征是，在传感光纤和电子传感器之 间还设有保偏光纤。
全文摘要
一种全光纤电流互感器，属于电力测量领域，包括采用光缆连接的传感光纤和电子传感器，其特征是，所述电子传感器包括依次采用光缆连接的光源、光耦合器、起偏器和偏振光调制器，还包括与光耦合器光缆连接的差分光接收装置，所述差分光接收装置还与接信号处理器电气连接；在传感光纤上设有两个法拉第反射镜。本发明可以有效抑制光纤双折射、温度、振动等的影响，具有实现高精度、高可靠测量的潜力。
文档编号G01R15/24GK101957395SQ20101028386
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者王波, 耿玉桐 申请人:淄博思科电子技术开发有限公司