一种光学电流传感器及高频信号测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种光学电流传感器及高频信号测量系统，该光学电流传感器包括光学传感部件、保偏光纤、绝缘子和解调模块，光学传感部件、保偏光纤和解调模块依次连接，光学传感部件由绝缘子支撑，保偏光纤位于绝缘子的内腔；光学传感部件包括第一传感光纤环和第二传感光纤环以及均采用非金属材料的第一波片、第一反射镜、第二波片、第二反射镜和支架，第一传感光纤环和第二传感光纤环感应的电流方向相反；解调模块输出两路线偏振光经保偏光纤至光学传感部件并通过保偏光纤接收返回的两路携带被测电流信息的线偏振光后基于差分感应进行运算处理得到被测电流。该光学电流传感器能够完成对高频信号的测量，提高测量准确度和可靠性。
【专利说明】一种光学电流传感器及高频信号测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电力设备【技术领域】，特别是一种光学电流传感器及采用该光学电流传感器的高频信号测量系统。
【背景技术】
[0002]电流传感器是电力系统中继电保护与电能计量的重要设备，用来测量传输中的电流大小，并将测量到的电流大小发送至测量仪器和继电保护装置。其长期稳定性、可靠性、安全性与电力系统的安全、稳定运行密切相关。电力系统中目前使用较多的电流传感器主要是基于电磁感应原理，会从一次电流上互相感应能量，基于此种原理的传统的电流传感器在低频情况(如50Hz)下且当电压不太高电流不太大的情况下还可以满足需求，当在数百千伏高电压和几万安培的电流环境下，传统的电流传感器往往出现绝缘性不够而击穿，受电磁干扰严重而误动，乃至出现短路、爆炸等安全隐患。由于高频电流的趋肤效应和其周围高频电磁场的散射干扰较大，电力系统中常用的传统的电流器的性能不能满足绝缘要求和抗电磁干扰的要求，故在高压大电流条件下的高频信号测量中此类有源传感器更是无法使用。从一次端感应的能量可以使设备烧毁，恶劣的电磁环境也足以使设备失灵。一次高压母线与电流传感器之间的能量互相耦合还可能影响到一次母线电流传输安全。
[0003]基于法拉第磁光效应的光学电流传感器目前主要用于电力系统低频信号测量，由于其靠近一次侧的光学传感部件的支撑架通常用铝合金材料，故在测高频信号时也会存在辐射干扰影响的问题。而且目前电力系统常规光学电流传感器会受振动等因素的影响，存在共模噪声，导致高频信号测量的准确度和可靠性降低；此外，用于低频测量的光学电流传感器直接用于测高频信号时会使得同等采样频率下采样周波数变少，信噪比降低，进一步导致高频信号测量的准确度降低，故目前电力系统常规光学电流传感器也不能满足高频信号测量的要求。
[0004]高压大电流条件下的高频信号测量，目前还没有成型的成套装置。
实用新型内容
[0005]本实用新型针对传统的电流传感器和目前电力系统常规光学电流传感器均不适用于高压大电流条件下的高频信号测量的问题，提供一种新型的光学电流传感器，能够完成对高频信号的测量，提高测量准确度和可靠性。本实用新型还涉及一种采用上述光学电流传感器的高频信号测量系统。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]一种光学电流传感器，其特征在于，包括光学传感部件、保偏光纤、绝缘子和解调模块，所述光学传感部件、保偏光纤和解调模块依次连接，所述光学传感部件由绝缘子支撑，所述保偏光纤位于绝缘子的内腔；所述光学传感部件包括第一传感光纤环和第二传感光纤环以及均采用非金属材料的第一波片、第一反射镜、第二波片、第二反射镜和支架，所述保偏光纤包括第一保偏光纤和第二保偏光纤，所述第一传感光纤环的末端连接第一反射镜，第一传感光纤环的另一端通过第一波片连接第一保偏光纤，所述第二传感光纤环的末端连接第二反射镜，第二传感光纤环的另一端通过第二波片连接第二保偏光纤，所述支架为具有卡槽的两个或两个以上的弧形部件可拆卸构成的闭合环状结构，所述各弧形部分的卡槽组合形成闭合环状，所述第一传感光纤环和第二传感光纤环均绕制在卡槽内且绕制方向相反，所述第一传感光纤环和第二传感光纤环感应的电流方向相反；所述解调模块输出两路线偏振光经保偏光纤至光学传感部件并通过保偏光纤接收返回的两路携带被测电流信息的线偏振光后基于差分感应进行运算处理得到被测电流。
[0008]所述解调模块包括光源、耦合器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一探测器、第二探测器和差分处理模块，所述耦合器分别与光源、第一相位调制器、第二相位调制器和第一探测器和第二探测器相连，所述第一相位调制器与第一保偏光纤相连，所述第二相位调制器与第二保偏光纤相连，所述第一探测器和第二探测器均与差分处理模块相连，所述差分处理模块分别与第一相位调制器和第二相位调制器相连。
[0009]所述差分处理模块包括第一 AD转换器、第二 AD转换器、第三AD转换器、第四AD转换器、第一运算处理模块、第一 DA转换器、第二运算处理模块、第二 DA转换器和补偿模块，所述第一探测器分别与第一 AD转换器和第二 AD转换器相连，所述第二探测器分别与第三AD转换器和第四AD转换器相连，所述第一 AD转换器和第三AD转换器均与第一运算处理模块相连，所述第二 AD转换器和第四AD转换器均与第二运算处理模块相连，所述第一运算处理模块通过第一 DA转换器与第一相位调制器相连，所述第二运算处理模块通过第二 DA转换器与第二相位调制器相连，所述第一运算处理模块和第二运算处理模块均与补偿模块相连。
[0010]所述耦合器包括第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器，所述第一耦合器分别与光源、第二耦合器和第三耦合器相连，所述第二耦合器分别与第一相位调制器和第一探测器相连，所述第三耦合器分别与第二相位调制器和第二探测器相连。
[0011 ] 所述光学传感部件中的第一传感光纤环和第二传感光纤环绕制圈数相同，所述第一波片与第一反射镜在支架的出线口位置重合，所述第二波片与第二反射镜在支架的出线口位置重合。
[0012]所述卡槽为在支架的两侧端面对称设置的大小相同的两个闭合环状，或所述卡槽为沿支架的外环表面并排设置的两个闭合环状，以分别容纳第一传感光纤环和第二传感光纤环。
[0013]所述光学传感部件还包括多个将第一传感光纤环和第二传感光纤环限制在卡槽内的非金属的挡板，所述挡板的数量为4至16个。
[0014]所述光学传感部件还包括覆盖卡槽的非金属的盖板，在卡槽内缠绕第一传感光纤和第二传感光纤后，所述盖板通过非金属螺钉固定。
[0015]一种高频信号测量系统，其特征在于，采用上述的光学电流传感器，还包括相互连接的光纤收发器和上位机，所述光纤收发器与光学电流传感器中的解调模块相连。
[0016]包括两个或两个以上的光学电流传感器，还包括数字信号处理机，所述光纤收发器通过数字信号处理机与光学电流传感器中的解调模块相连，所述数字信号处理机接收各光学电流传感器中的解调模块的被测电流数据，进行同步打包处理后由光纤收发器传给上位机，所述上位机对多路被测电流数据进行统计运算处理。[0017]本实用新型的技术效果如下:
[0018]本实用新型提供的光学电流传感器，包括光学传感部件、保偏光纤、绝缘子和解调模块，解调模块输出两路线偏振光经保偏光纤至光学传感部件，光学传感部件采用绝缘性能良好的两个传感光纤环对待测高频电流信号分别进行感应，根据法拉第磁光效应，高压母线或电极上高频电流形成的环形磁场调制光学传感部件中的光相位，从而改变入射线偏振光的偏振角，分别形成两路携带被测电流信息的线偏振光，且携带的被测电流方向相反，这两路线偏振光分别经过光学传感部件中的第一传感光纤环末端的第一反射镜以及第二传感光纤环末端的第二反射镜反射后通过两保偏光纤返回到解调模块，由于两传感光纤环绕制方向相反，其感应的电流方向相反，但携带相同的共模噪声，即光学传感部件采用差分感应，解调模块基于差分感应进行运算处理能够直接得到被测电流，数据处理上能降低甚至基本消除共模噪声，降低振动等因素的影响，完成高频信号测量。本实用新型光学电流传感器基于法拉第磁光效应，不需要从一次端取能，靠近一次端的光学传感部件产生磁光工作的是第一传感光纤环和第二传感光纤环，相对电信号不容易受到电磁干扰，更不会对一次端造成干扰，避免了现有的基于电磁感应原理的传统电流传感器由于受到电磁干扰严重导致出现短路、爆炸等安全隐患的问题，同时也避免了目前电力系统常规光学电流传感器由于存在辐射干扰影响以及由于受到振动等因素的影响不适用于高频信号测量的问题，本实用新型的光学电流传感器提高了测量精度，同时满足双备份的要求，而且也提供光路冗余，增强高频信号测量的可靠性。此外，由于光纤传感部件中设置有两套传感光纤环以及与其连接的波片和反射镜，形成两路信号，这两路信号之间还可以互相检验，进一步提高该光学电流传感器的可靠性能。
[0019]此外，由于高频信号的辐射效应，在光学传感部件中，除了第一传感光纤环和第二传感光纤环是绝缘材料以外，其余相关安装结构及配件也采用非金属材料，以防止因辐射等因素对高压母线或电极的高频信号造成干扰，提高光学传感部件的绝缘性能，避免了安全隐患，满足高压大电流下高频测量的环境要求。针对产生高频信号的高压母线或电极拆卸困难的情况，将光学传感部件设计为可拆卸的闭合环状的支架结构，支架上设置有容纳两传感光纤环的卡槽，该设计能够开口组合安装光学传感部件，两传感光纤环在现场围绕卡槽分别沿相反方向进行柔性绕制，可以理解为是两传感光纤环在现场围绕高压母线或电极进行柔性绕制，降低了施工难度，安装方便，无需拆卸高压母线或电极，也方便日常维护更换。将绝缘子作为光学传感部件支撑，使得一次侧的光学传感部件通过保偏光纤穿过绝缘子和二次侧的解调模块连接，绝缘子是本实用新型光学电流传感器中的重要支撑和绝缘控件。本实用新型的光学电流传感器绝缘性能和抗电磁干扰性能良好、测量频带宽尤其适用于高频信号测量，同时具有结构简单、易操作、高效、安全等优点。
[0020]设置解调模块包括光源、耦合器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一探测器、第二探测器和差分处理模块，使得解调模块中的电信号上也有双通道，既能起到进一步备份作用，两路信号之间在互不干扰的情况下还可以互相检验，进一步提高本实用新型光学电流传感器的可靠性。
[0021]设置光学传感部件中的第一传感光纤环和第二传感光纤环绕制圈数相同，均绕制一圈或多圈，第一波片与第一反射镜在支架的出线口位置重合，第二波片与第二反射镜在支架的出线口位置重合，该设置能够进一步保证两路信号携带的被测高频电流的大小相同，携带的共模噪声一致，通过解调模块的差分感应运算处理，使得到的被测高频电流的准确度进一步提高。
[0022]设置卡槽为在支架的两侧端面对称设置的大小相同的两个闭合环状，或将卡槽设计为沿支架的外环表面并排设置的两个闭合环状，以分别容纳第一传感光纤环和第二传感光纤环，这样第一传感光纤环和第二传感光纤环可分别在两个平行对称的卡槽内缠绕，相比绕制在同一卡槽，在两个卡槽内分别缠绕传感光纤环更为方便，无需考虑两传感光纤环交错缠绕的问题，保证了被测高频电流信号的强度大小，进一步提高光学电流传感器的高频测量准确性。
[0023]本实用新型提供的高频信号测量系统，采用本实用新型所述的光学电流传感器，还包括相互连接的光纤收发器和上位机，光纤收发器与光学电流传感器中的解调模块相连，解调模块将测得的高频电流信号传通过光纤收发器传输至上位机，由上位机将测得的高频电流信号数据进行统计运算处理。该高频信号测量系统可设置一个或多个本实用新型的光学电流传感器，当连接多个时，是将各光学电流传感器中的解调模块均与数字信号处理机相连，数字信号处理机接收各解调模块的被测电流数据，进行脉冲时间信号同步打包处理后由光纤收发器传给上位机，由上位机对多路被测电流数据进行统计运算处理。本实用新型高频信号测量系统采用结构简单、易操作、高效、安全的光学电流传感器，避免了传统的电流传感器和目前电力系统常规光学电流传感器均不适用于高压大电流条件下的高频信号测量的问题，能够完成对高频信号的测量，提高测量准确度和可靠性，并能够将测得的一路或多路高频电流信号数据进行同步打包处理，输出标准格式给上位机，通过上位机提取出测得的高频电流数据并进行统计运算处理，可以将测得的高频电流数据按照需要实时或定时等要求进行统计运算处理，满足电力设备领域的多元化需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型光学电流传感器的结构示意图。
[0025]图2a和图2b均为本实用新型光学电流传感器中的光学传感部件的优选结构示意图。
[0026]图3为本实用新型光学电流传感器的优选结构示意图。
[0027]图4为本实用新型光学电流传感器中的解调模块的第一种优选结构示意图。
[0028]图5为本实用新型光学电流传感器中的解调模块的第二种优选结构示意图。
[0029]图6为本实用新型高频信号测量系统的结构示意图。
[0030]图7为本实用新型高频信号测量系统的优选结构示意图。
[0031]图中各标号列示如下:
[0032]I 一光学传感部件；2 —保偏光纤；3 —绝缘子；4 一解调模块；5 —通信光缆；6 —数据接口线；11 一第一传感光纤环；12 —第二传感光纤环；13 —第一反射镜；14 —第二反射镜；15 —第一波片；16 —第二波片；17 —支架；18 —卡槽；19 一盖板；21 —第一保偏光纤；22 —第二保偏光纤。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本实用新型进行说明。[0034]本实用新型涉及一种光学电流传感器，用于电力系统中的电流测量，尤其可以用于高压大电流的高频电流测量，如高压母线或电极上的高频电流测量。该光学电流传感器的结构如图1所示，包括光学传感部件1、保偏光纤2、绝缘子3和解调模块，其中，光学传感部件1、保偏光纤2和解调模块依次连接，光学传感部件I由绝缘子3支撑，保偏光纤2位于绝缘子3的内腔,绝缘子3的内腔填充有绝缘介质。该绝缘子3在高频测量中的材料优选为高频瓷。
[0035]光学传感部件I中设置有两对传感光纤环，在各传感光纤环的两端连接有反射镜和波片，如图2a和图2b所不的光学传感部件结构,包括第一传感光纤环11和第二传感光纤环12以及均米用非金属材料的第一反射镜13、第二反射镜14、第一波片15、第二波片16和支架17，第一传感光纤环11的末端连接第一反射镜13，第一传感光纤环11的另一端连接第一波片15，第二传感光纤环12的末端连接第二反射镜14，第二传感光纤环12的另一端连接第二波片16。支架17为具有卡槽18的两个或两个以上的弧形部件可拆卸构成的闭合环状结构(如支架17可以由两个对称的半环组成)，各弧形部分的卡槽18组合形成闭合环状，图2b为部分结构图。第一传感光纤环11和第二传感光纤环12均绕制在卡槽18内且绕制方向相反，第一传感光纤环11和第二传感光纤环12感应的电流方向相反。
[0036]第一传感光纤环11和第二传感光纤环12均可分别绕制一圈或绕制相同或不同的多圈，在第一传感光纤环11和第二传感光纤环12的中心轴设置被测的高压母线或电极，高压母线或电极上被测的高频电流形成环形磁场，第一传感光纤环11和第二传感光纤环12沿着该环形磁场方向设置。图2a为光学传感部件的优选结构图，优选设置第一传感光纤环11和第二传感光纤环12绕制圈数相同,还可优选设置第一波片15与第一反射镜13在支架17的出线口位置重合，第二波片16与第二反射镜14在支架17的出线口位置重合，从而在结构上更加满足安培闭合环路的要求，上述优选设置能够进一步保证两传感光纤环感应的两路信号的被测高频电流的大小相同，携带的共模噪声一致。
[0037]本实用新型光学电流传感器的工作原理如下:解调模块输出两路线偏振光经保偏光纤2至光学传感部件I。待测高频电流信号通过光学传感部件I中绝缘性能良好的第一传感光纤环11和第二传感光纤环12进行感应。根据法拉第磁光效应，母线上高频电流形成的环形磁场调制光学传感部件I中的光相位，从而改变入射线偏振光的偏振角，通过检测偏振光的相位变化从而获得高压母线或电极的高频电流信息。具体是，第一波片15 (或第二波片16)将解调模块送来的一路线偏振光转成速度相同旋转方向相反的圆偏振光，在待测电流的磁场作用下，一束圆偏振光速度加快，另一束圆偏振光速度变慢，因而在第一传感光纤环11 (或第二传感光纤环12)中传播时逐渐产生相位差。根据安培环路定律，该相位差与待测高频电流成正比，两束圆偏振光经过第一传感光纤环11末端的第一反射镜13(或第二传感光纤环12末端的第二反射镜14)反射后分别原路返回到第一波片15 (或第二波片16)位置，从圆偏振光又转化为线偏振光，返回解调模块，此时的线偏振光已经附带了待测高频电流的信息。携带被测高压母线或电极高频电流信息的线偏振光通过第一保偏光纤21 (或第二保偏光纤22)返回到解调模块，解调模块检测线偏振光的偏振相位变化并基于差分感应进行运算处理，从而获得被测的高压母线或电极的高频电流信息。
[0038]携带被测高压母线或电极高频电流信息的两路线偏振光，同时也携带了共模噪声，高压母线或电极的高频电流对两路线偏振光的相位调制大小一致，两路高频电流方向相反，等同于差分信号，包含差分相位信息的光信号传到解调模块进行后续处理，通过解调模块的差分感应运算处理，能够有效降低共模噪声，使得到的被测电流的准确度进一步提闻。
[0039]光学传感部件中的第一传感光纤环11和第二传感光纤环12设置在支架17的卡槽18内，可以共同设置在一个卡槽内，或者分别设置在两个卡槽内。当设置为两个卡槽时，这两个卡槽可以是在支架17的两侧端面对称设置的大小相同的两个闭合环状，两个光纤传感环分别顺着支架这两侧端面的卡槽在互为相反的方向柔性绕制。当然，这两个卡槽还可以是沿支架17的外环表面并排设置的两个闭合环状，即两个卡槽均设置在同一外环表面，两个光纤传感环分别沿着同一外环表面的卡槽在互为相反的方向柔性绕制。
[0040]光学传感部件优选还包括覆盖卡槽的非金属的盖板19，在第一传感光纤环11和第二传感光纤环12绕制在卡槽18内后，可以用多个非金属小挡板将上述两传感光纤环的位置限制在卡槽18内，优选采用小挡板的数量为4至16个。之后可以在卡槽18的四周装上密封圈或密封垫，再盖上盖板19，盖板19也可以认为是支架17的一部分，盖板19也由两个半环形结构组成或由更多个弧形结构组成的闭合结构。盖板19盖上后，可以通过非金属螺钉(如塑料螺钉)固定。
[0041]由于支架17为两个或两个以上的弧形部件可拆卸构成的闭合环状结构，在安装时从高压母线或电极的周围向内相对配合卡紧，形成一个整体环状结构。如支架17由两个对称的半环构成，安装时从高压母线或电极的两边相对配合卡紧，形成一个整体环状结构。这种开口组合安装的光线电流传感器，解决了现场高压母线或电极拆卸困难的情况，降低了施工难度，安装方便，无需拆卸高压母线或电极，也方便日常维护更换。
[0042]采用图2a所示的光学传感部件构成的光学电流传感器的结构如图3所示，保偏光纤包括第一保偏光纤21和第二保偏光纤22，第一传感光纤环11的末端连接第一反射镜13，第一传感光纤环11的另一端通过第一波片15连接第一保偏光纤21，第二传感光纤环12的末端连接第二反射镜14，第二传感光纤环12的另一端通过第二波片16连接第二保偏光纤22。解调模块输出两路线偏振光经两保偏光纤至光学传感部件I并通过第一保偏光纤21和第二保偏光纤22分别接收返回的两路携带被测电流信息的线偏振光后基于差分感应进行运算处理得到被测高频电流。由于光学传感部件中包含两个绕制方向相反的传感光纤环，解调模块通过对两路数据的组合运算处理，能够提高准确度，消除共模噪声，降低振动等因素的影响，同时也提供光路冗余，增强可靠性。
[0043]解调模块的一种优选结构如图4所示，解调模块4包括光源、耦合器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一探测器、第二探测器和差分处理模块。耦合器分别与光源、第一相位调制器、第二相位调制器和第一探测器和第二探测器相连，具体连接是:光源与耦合器的输入端相连，第一探测器和第二探测器均与耦合器的输出端相连，第一相位调制器和第二相位调制器连接耦合器的另外两端口即可以作为输入端又可以作为输出端。第一相位调制器与第一保偏光纤21相连，第二相位调制器与第二保偏光纤22相连，第一探测器和第二探测器均与差分处理模块相连，差分处理模块分别与第一相位调制器和第二相位调制器相连。
[0044]图4所示的解调模块的工作过程为:光源发出的线偏振光经过耦合器分成相同的两束线偏振光，分别送到第一相位调制器和第二相位调制器，第一相位调制器将线偏振光进行相位调制，变成两束偏振方向垂直的线偏振光，这两束线偏振光经过第一保偏光纤21送入光学传感部件1，光学传感部件I通过磁光效应将待测电流信息加载到线偏振光的相位上，第一传感光纤环11利用第一反射镜13将附带电流信息的线偏振光经第一保偏光纤21送回到第一相位调制器，第一相位调制器进行相位调制，变成一束携带了待测高频电流信息的线偏振光，再送至耦合器；同理，第二相位调制器将线偏振光进行相位调制，变成两束偏振方向垂直的线偏振光，这两束线偏振光经过第二保偏光纤22送入光学传感部件I,光学传感部件I通过磁光效应将待测电流信息加载到线偏振光的相位上，第二传感光纤环12利用第二反射镜14将附带电流信息的线偏振光经第二保偏光纤22送回到第二相位调制器，第二相位调制器进行相位调制，变成一束携带了待测高频电流信息的线偏振光，再送至耦合器。耦合器接收到返回的两束均携带了待测高频电流信息的线偏振光后再分束，一束进入第一探测器，一束进入第二探测器，第一探测器和第二探测器将收到的光信号转成电信号，送到差分处理模块中基于差分感应进行处理运算得到被测高频电流。
[0045]图5为解调模块的另一种优选结构，该结构也可以认为是图4的进一步优化的结构。图4所示结构的差分处理模块包括第一 AD转换器、第二 AD转换器、第三AD转换器、第四AD转换器、第一运算处理模块、第一 DA转换器、第二运算处理模块、第二 DA转换器和补偿模块，具体连接是:第一探测器分别与第一 AD转换器和第二 AD转换器相连，第二探测器分别与第三AD转换器和第四AD转换器相连，第一 AD转换器和第三AD转换器均与第一运算处理模块相连，第二 AD转换器和第四AD转换器均与第二运算处理模块相连，第一运算处理模块通过第一 DA转换器与第一相位调制器相连，第二运算处理模块通过第二 DA转换器与第二相位调制器相连，第一运算处理模块和第二运算处理模块均与补偿模块相连。耦合器包括第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器，具体连接是:第一耦合器分别与光源、第二耦合器和第三耦合器相连，第二耦合器分别与第一相位调制器和第一探测器相连，第三耦合器分别与第二相位调制器和第二探测器相连，此时的各耦合器可选择结构简单的2*2耦合器或1*2耦合器或2*1耦合器即可满足要求，降低成本。
[0046]图5所示的解调模块的工作过程为:光源发出的线偏振光经过第一耦合器分成相同的两束线偏振光，分别进入第二耦合器和第三耦合器，第二耦合器将收到的线偏振光送到第一相位调制器，变成两束偏振方向垂直的线偏振光，经第一保偏光纤21送入光学传感部件1，光学传感部件I通过磁光效应将待测高频电流信息加载到线偏振光的相位上，利用第一反射镜13将附带高频电流信息的线偏振光经第一保偏光纤21送回到第一相位调制器；第一相位调制器将一束携带了待测高频电流信息的线偏振光送到第二耦合器，第二耦合器将接收到的线偏振光分成两束，其中一束进入第一探测器，另一路返回到光源浪费掉；第三耦合器将收到的线偏振光送到第二相位调制器，变成两束偏振方向垂直的线偏振光，经第二保偏光纤22送入光学传感部件I。光学传感部件I通过磁光效应将待测高频电流信息加载到线偏振光的相位上，利用第二反射镜14将附带高频电流信息的线偏振光经第二保偏光纤22送回到第二相位调制器；第二相位调制器将一束携带了待测高频电流信息的线偏振光送到第三耦合器，第三耦合器将接收到的线偏振光分成两束，其中一束进入第二探测器，另一路返回到光源浪费掉。由光学传感部件返回的两路光信号被解调模块中的两路探测器接收后，第一探测器和第二探测器均将收到的光信号转成电信号，之后每一路探测器转换的电信号使用两路AD转换器进行采集转换并运算，如图5所示，两路探测器各提供一路经AD转换器采集的信号传输至一运算处理模块进行运算处理，分别得到高频电流信息。具体是:将第一 AD转换器和第三AD转换器采集的信号进入第一运算处理模块进行处理，提取出相位差信息，除以维尔德常数等系数分别得到高频电流信息；将第二 AD转换器和第四AD转换器采集的信号进入第二运算处理模块进行处理，提取出相位差信息，除以维尔德常数等系数分别得到高频电流信息；第一运算处理模块和第二运算处理模块得到的高频电流信息进入补偿模块，基于差分感应经过相减运算消去共模噪声及非线性补偿后输出。两路AD信号及其后续的两路电流信息之间可以互相检验，进一步提高光学电流传感器的可靠性。正常情况下，两路信号大小基本一致，当出现较大偏差时，可判断至少有一路器件出现问题，及时报警。第一运算处理模块的输出还可通过第一 DA转换器连接至第一相位调制器，从而实现对第一相位调制器中传输的两束线偏振光之一的控制；第二运算处理模块的输出还可通过第二 DA转换器连接至第二相位调制器，从而实现对第二相位调制器中传输的两束线偏振光之一的控制。
[0047]本实用新型还涉及一种高频信号测量系统，用于高频电流进行测量，为了保证信噪比，采样频率取信号频率的10倍以上。本实用新型高频信号测量系统可以对50?50KHZ的电流信号进行准确的测量。该高频信号测量系统的结构如图6所示，该高频信号测量系统采用本实用新型所述的光学电流传感器，还包括相互连接的光纤收发器和上位机，光纤收发器与光学电流传感器中的解调模块相连。解调模块将测得的高压母线或电极的高频电流信息输出，还可以输出一些其他它信息，如设置温度传感器测得的温度信息或输出额定延时信息等，经过通信光缆5传给光纤收发器，光纤收发器将数据通过与上位机接口兼容的数据接口线6传送给上位机。上位机可以通过处理软件将电流数据提取出来并对其进行统计运算，进一步显示高频电流波形及客户所需要的统计数据。
[0048]本实用新型高频信号测量系统可以采用一个、两个或两个以上的光学电流传感器，当采用多个光学电流传感器时，可以将各光学电流传感器种的光学传感部件设置在高压母线或电极的不同位置，以测得高压母线或电极在多个位置段的高频电流，该系统还可以设置能够接收多路数据的数字信号处理机，如图7所示优选结构，该系统包括多个光学电流传感器，还包括依次连接的数字信号处理机、光纤收发器和上位机，各光学电流传感器中的解调模块均与数字信号处理机相连。解调模块将测得的高压母线或电极的高频电流信息及其它信息按照自定义格式组帧输出，经过通信光缆5发送到数字信号处理机，数字信号处理机接收各解调模块发过来的多路高频电流数据，进行脉冲时间信号同步打包处理，经过通信光缆5传给光纤收发器，光纤收发器将数据通过与上位机接口兼容的数据接口线6传送给上位机，上位机通过处理软件将多路高频电流数据提取出来进行统计运算，可以实时或定时显示电流波形及客户所需要的统计数据。
[0049]数字信号处理机为优选采用的部件，尤其是在系统有多个光学电流传感器时，设置数字信号处理机可以实现将多路高频电流数据同步后实时显示。本实用新型高频信号测量系统当采用一个光学电流传感器时，也可以设置数字信号处理机；在图6所示结构中，没有采用数字信号处理机，由解调模块按照标准格式输出数据，此种应用于检测单相电流。
[0050]应当指出，以上所述【具体实施方式】可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
【权利要求】
1.一种光学电流传感器，其特征在于，包括光学传感部件、保偏光纤、绝缘子和解调模块，所述光学传感部件、保偏光纤和解调模块依次连接，所述光学传感部件由绝缘子支撑，所述保偏光纤位于绝缘子的内腔；所述光学传感部件包括第一传感光纤环和第二传感光纤环以及均采用非金属材料的第一波片、第一反射镜、第二波片、第二反射镜和支架，所述保偏光纤包括第一保偏光纤和第二保偏光纤，所述第一传感光纤环的末端连接第一反射镜，第一传感光纤环的另一端通过第一波片连接第一保偏光纤，所述第二传感光纤环的末端连接第二反射镜，第二传感光纤环的另一端通过第二波片连接第二保偏光纤，所述支架为具有卡槽的两个或两个以上的弧形部件可拆卸构成的闭合环状结构，所述各弧形部分的卡槽组合形成闭合环状，所述第一传感光纤环和第二传感光纤环均绕制在卡槽内且绕制方向相反，所述第一传感光纤环和第二传感光纤环感应的电流方向相反；所述解调模块输出两路线偏振光经保偏光纤至光学传感部件并通过保偏光纤接收返回的两路携带被测电流信息的线偏振光后基于差分感应进行运算处理得到被测电流。
2.根据权利要求1所述的光学电流传感器，其特征在于，所述解调模块包括光源、耦合器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一探测器、第二探测器和差分处理模块，所述耦合器分别与光源、第一相位调制器、第二相位调制器和第一探测器和第二探测器相连，所述第一相位调制器与第一保偏光纤相连，所述第二相位调制器与第二保偏光纤相连，所述第一探测器和第二探测器均与差分处理模块相连，所述差分处理模块分别与第一相位调制器和第二相位调制器相连。
3.根据权利要求2所述的光学电流传感器，其特征在于，所述差分处理模块包括第一AD转换器、第二 AD转换器、第三AD转换器、第四AD转换器、第一运算处理模块、第一 DA转换器、第二运算处理模块、第二 DA转换器和补偿模块，所述第一探测器分别与第一 AD转换器和第二 AD转换器相连，所述第二探测器分别与第三AD转换器和第四AD转换器相连，所述第一 AD转换器和第三AD转换器均与第一运算处理模块相连，所述第二 AD转换器和第四AD转换器均与第二运算处理模块相连，所述第一运算处理模块通过第一 DA转换器与第一相位调制器相连，所述第二运算处理模块通过第二 DA转换器与第二相位调制器相连，所述第一运算处理模块和第二运算处理模块均与补偿模块相连。
4.根据权利要求3所述 的光学电流传感器，其特征在于，所述耦合器包括第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器，所述第一耦合器分别与光源、第二耦合器和第三耦合器相连，所述第二耦合器分别与第一相位调制器和第一探测器相连，所述第三耦合器分别与第二相位调制器和第二探测器相连。
5.根据权利要求1所述的光学电流传感器，其特征在于，所述光学传感部件中的第一传感光纤环和第二传感光纤环绕制圈数相同，所述第一波片与第一反射镜在支架的出线口位置重合，所述第二波片与第二反射镜在支架的出线口位置重合。
6.根据权利要求5所述的光学电流传感器，其特征在于，所述卡槽为在支架的两侧端面对称设置的大小相同的两个闭合环状，或所述卡槽为沿支架的外环表面并排设置的两个闭合环状，以分别容纳第一传感光纤环和第二传感光纤环。
7.根据权利要求1所述的光学电流传感器，其特征在于，所述光学传感部件还包括多个将第一传感光纤环和第二传感光纤环限制在卡槽内的非金属的挡板，所述挡板的数量为4至16个。
8.根据权利要求1所述的光学电流传感器，其特征在于，所述光学传感部件还包括覆盖卡槽的非金属的盖板，在卡槽内缠绕第一传感光纤和第二传感光纤后，所述盖板通过非金属螺钉固定。
9.一种高频信号测量系统，其特征在于，采用权利要求1至8之一所述的光学电流传感器，还包括相互连接的光纤收发器和上位机，所述光纤收发器与光学电流传感器中的解调模块相连。
10.根据权利要求9所述的高频信号测量系统，其特征在于，包括两个或两个以上的光学电流传感器，还包括数字信号处理机，所述光纤收发器通过数字信号处理机与光学电流传感器中的解调模块相连，所述数字信号处理机接收各光学电流传感器中的解调模块的被测电流数据，进行同步打包处理后由光纤收发器传给上位机，所述上位机对多路被测电流数据进行统计运算处理。
【文档编号】G01R19/25GK203587672SQ201320451474
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】周炜 申请人:易能乾元（北京）电力科技有限公司