一种光纤式电流测量装置的控制方法与流程

本发明涉及电流检测设备技术领域，特别是一种光纤式电流测量装置的控制方法。

背景技术：

直流测量装置一直是常规直流及柔性输电系统中的核心单元，目前主要分为分流器及全光纤电流互感器两种测量设备。全光纤电流互感器因其响应速度快、动态测量范围大，频率响应范围宽等优点被广泛应用于各个领域。随着全光纤电流互感器投运数量不断增多，一些问题逐渐凸显。

尤其是光纤回路的故障率较高，光纤回路是全光纤电流互感器实现电流传变的物理基础，直接影响其运行可靠性及稳定性。随着柔性输电及常规直流输电系统中对电流测量装置运维可靠性的要求不断提高，优化完善有源光器件及全光路损耗变化情况的在线监测功能，对全光纤电流互感器的推广应用至关重要。但是目前全光纤电流互感器对光路运行情况的在线监测只通过光源同端的最终探测器实现，当探测器输出信号出现异常或者无光输出时，可判断整个光路出现故障，但无法对光源、光路损耗变化进行更深入的分析。

有中国专利授权公告号为cn105467188b的发明专利文献公开了一种采用分段式光路故障诊断的全光纤电流传感器，在返回光路上设置与第一分光器相连的第一光电探测器，第一光电探测器依次连接第一ad采样电路和数字信号处理电路，在第一分光器的空臂依次连接第二光电探测器和第二ad采样电路；光源、第一分光器、第一光电探测器和第二光电探测器之间的光路为光源段，其它光路为非光源段；还包括分段式光路状态检测处理电路，第一ad采样电路和第二ad采样电路均与分段式光路状态检测处理电路相连，通过第一ad采样电路和第二ad采样电路进行光路故障信息的采集后传输至分段式光路状态检测处理电路进行光源段和非光源段的光路状态诊断处理。该全光纤电流传感器能够有效的给出故障的诊断结果，有利于电流传感器的正常运行，但是由于光源需要长期工作，由于温度变化或者光纤期间的老化会导致光纤回路损耗增大或者减少，此时第一光电探测器测量值的准确性较低、可靠性较差，对上述的故障诊断结果会造成一定的影响，而且在使用该电流传感器时会出现由于上述原因导致的测量误差较大，造成测量结果不准确，影响电流传感器的正常使用，如果上述问题时一般采用人为调整电流传感器中光源工作电流的方式进行调节，不便于操作和管理。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种光纤式电流测量装置的控制方法，用以解决现有全光纤电流测量装置受到温度变化或光纤老化的影响导致探测结果不准确使得电流测量装置的可靠性较差的问题。

为了实现光纤式电流测量装置的光源控制，解决现有全光纤电流测量装置受到温度变化或光纤老化的影响导致探测结果不准确使得电流测量装置的可靠性较差的问题；本发明提供一种光纤式电流测量装置的控制方法，包括以下步骤：

1)至少获取电流测量装置中探测器接收到的实际光功率；

2)根据实际光功率与标准光功率的误差调整光源的工作电流，使探测器接收到的实际光功率落在标准光功率的设定范围内，其中标准光功率为匹配探测器最优信噪比对应的光功率。

有益效果是，根据实际光功率与标准光功率的偏差调整光源的工作电流，使光源的发射光功率增大或者减小，以抵消光纤器件老化或温度变化导致的光路衰减等噪声对探测器接收信号的影响，使匹配探测器的最优信噪比，提高了探测器检测结果的准确性，使得电流测量装置的可靠性明显升高；另外，避免了问题出现时采用人为调整的方式，使得电流测量装置便于操作和管理。

进一步地，为了保证光源处于正常的工作温度状态，使得光源发光中心波长稳定，该控制方法还获取电流测量装置中光源的实际温度，根据实际温度与标准温度的误差调整光源温度使光源温度处于标准温度的设定范围内。

进一步地，为了简单精确的实现实际光功率落在标准光功率的设定范围内，步骤2)中根据实际光功率与标准光功率的误差调整光源的工作电流，通过pid控制使探测器接收到的实际光功率落在标准光功率的设定范围内。

进一步地，为了简单精确的实现光源温度落在标准温度的设定范围内，根据实际温度与标准温度的误差调整光源温度，并通过pid控制使光源温度处于标准温度的设定范围内。

本发明提供一种光纤式电流测量装置，包括光源、保偏光纤分束器、探测器和用于测量电流的传感光路，光源连接保偏光纤分束器的光信号输入端，保偏光纤分束器的第一光信号输出端的光信号通过传感光路并返回，返回的光信号从保偏光纤分束器的第二光信号输出端传输至探测器；所述探测器的信号输出端连接处理器，所述处理器的信号输出端连接所述光源，根据实际光功率与标准光功率的误差调整光源的工作电流，使探测器接收到的实际光功率落在标准光功率的设定范围内，其中标准光功率为匹配探测器最优信噪比对应的光功率；根据实际光功率与标准光功率的偏差调整光源的工作电流，使光源的发射光功率增大或者减小，以抵消光纤器件老化或温度变化导致的光路衰减等噪声对探测器接收信号的影响，使匹配探测器的最优信噪比，提高了探测器检测结果的准确性，使得电流测量装置的可靠性明显升高；另外，避免了问题出现时采用人为调整的方式，使得电流测量装置便于操作和管理。

进一步地，为了保证光源处于正常的工作温度状态，使得光源发光中心波长稳定，提高装置的可靠性，所述电流测量装置还包括用于检测光源实际温度的温度传感器和用于调节光源温度的温控装置，处理器的信号输入端连接所述温度传感器，处理器的信号输出端还连接所述温控装置，根据实际温度与标准温度的误差调整光源温度使光源温度处于标准温度的设定范围内。

进一步地，为了更好的适用于现有的探测器，在尽量不改变现有电流测量装置的情况下进行控制，所述处理器包括ad模块、信号处理电路和存储模块；所述探测器的信号输出端连接所述ad模块，所述ad模块用于将光功率信号转换为光功率数字量，所述ad模块的数字信号输出端连接所述信号处理电路的第一输入端，所述信号处理电路的第二输入端连接所述存储模块，用于获取存储在所述存储模块中的标准光功率数字量以及标准光功率的设定范围；所述信号处理电路的输出端连接所述光源。

进一步地，为了保证电流测量装置的光信号的可靠性，并提高电流测量装置的使用寿命，所述光源为sld光源，所述sld光源包括控制器、sld驱动电路和连接所述sld驱动电路的sld；所述信号处理电路的输出端连接所述控制器，所述控制器的输出端连接所述sld驱动电路，以实现sld的电流调节。

进一步地，为了简单实现sld光源的控制，所述控制器为pid控制器。

附图说明

图1是本发明的一种光纤式电流测量装置的连接示意图；

图2是本发明的一种光纤式电流测量装置中光源温度控制部分的连接示意图；

图中，1、sld；2、保偏光纤分束器；3、探测器；4、第一ad模块；5、信号处理电路；6、第一pid控制器；7、sld驱动电路；8、监控模块；9、热敏电阻；10、温度采集桥式电路；11、第二ad模块；12、第二pid控制器；13、tec驱动电路；14、tec。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

方法实施例

本发明提供一种光纤式电流测量装置的控制方法，包括以下步骤：

1)至少获取电流测量装置中探测器接收到的实际光功率；

2)根据实际光功率与标准光功率的误差调整光源的工作电流，使探测器接收到的实际光功率落在标准光功率的设定范围内，其中标准光功率为匹配探测器最优信噪比对应的光功率。

标准光功率为在满足探测器处于最优信噪比的时候对应的光功率，根据不同的探测器或者不同的光路结构该标准光功率不同，可以通过在测量光路搭建完成后进行测试，得到当前探测器下最优信噪比对应的光功率即为标准光功率。

该控制方法可以直接通过对比标准光功率和实际光功率对光源的工作电流进行调解，使光源的光功率变化，以达到正常工作的标准；此外，该控制方法还可以通过获取的标准光功率和实际光功率，在当前的电流测量装置下转换为数字量进行比较。其中，该控制可采用pid控制。

另外，该控制方法还获取电流测量装置中光源的实际温度，根据实际温度与标准温度的误差调整光源温度使光源温度处于标准温度的设定范围内，例如25℃，使得光源发光中心波长稳定。其中，该控制可采用pid控制。

装置实施例

本发明的上述方法实施例中的方法可以适用于大多数的光纤式的电流测量装置，本发明提供一种光纤式电流测量装置即可使用上述方法，但上述方法并不局限于本装置。

本发明提供的一种光纤式电流测量装置，如图1所示，包括光源、保偏光纤分束器2、探测器3和用于测量电流的传感光路，光源连接保偏光纤分束器2的光信号输入端，保偏光纤分束器2的第一光信号输出端的光信号通过传感光路并返回，返回的光信号从保偏光纤分束器2的第二光信号输出端传输至探测器3；探测器3的信号输出端连接处理器，处理器的信号输出端连接光源，根据实际光功率与标准光功率的误差调整光源的工作电流，使探测器3接收到的实际光功率落在标准光功率的设定范围内，其中标准光功率为匹配探测器3最优信噪比对应的光功率。

优选处理器包括第一ad模块4、信号处理电路5和存储模块；探测器3的信号输出端连接第一ad模块4，第一ad模块4用于将光功率信号转换为光功率数字量，第一ad模块4的数字信号输出端连接信号处理电路5的第一输入端，信号处理电路5的第二输入端连接存储模块，用于获取存储在存储模块中的标准光功率数字量以及标准光功率的设定范围；信号处理电路5的输出端连接光源。

优选光源为sld光源，sld光源包括控制器、sld驱动电路7和连接sld驱动电路7的sld1；信号处理电路5的输出端连接控制器，控制器的输出端连接sld驱动电路7，以实现sld1的电流调节，其中，控制器为第一pid控制器6。

上述的电流测量装置还包括监控模块8，可用于将数字量通过监控模块8实时显示在可视化界面上。

从整体上对上述装置的电源的自适应控制方法进行说明，具体如下：

先设定sld1工作电流初始值，信号处理电路5通过第一pid控制器6驱动sld驱动电路7对sld1施加工作电流初始值，使得sld1发光，sld1发出的光经过传感光路采集电流信息后返回到保偏光纤分束器2，并经过探测器3和第一ad模块4转换为原始数字量进入信号处理电路5，信号处理电路5将数字量通过监控模块8实时显示在可视化界面上，其中，原始数字量与探测器3接收光功率成线性关系，且与探测器3的光电转换系数、前置放大电路增益系数有关。

在上述方法实施例中提到的正常情况下，通过调整sld1的工作电流，使得光信号往返光纤回路后到达探测器3的光功率大小可以匹配探测器3的最优信噪比接收值，得到此时对应的标准光功率或者标准光功率数字量v0，以v0作为光功率自适应系统工作点。

设定光功率标准值即为上述的v0，当返回光功率因为光路损耗变化时，信号处理电路5将接收到的变化后的数字量与v0进行对比分析，得到光功率误差信号。通过第一pid控制器6驱动sld驱动电路7修正sld1的工作电流，调整sld1的发光功率，使得探测器3接收光功率被伺服控制在v0附近，实现光功率的自适应控制。

上述的电流测量装置还包括用于检测光源实际温度的温度传感器和用于调节光源温度的温控装置，处理器的信号输入端连接温度传感器，处理器的信号输出端还连接温控装置，根据实际温度与标准温度的误差调整光源温度使光源温度处于标准温度的设定范围内。

如图2所示，处理器还包括第二ad模块11，第二ad模块11连接信号处理电路5，温度传感器为热敏电阻9和温度采集桥式电路10构成，热敏电阻9贴近sld光源的管芯，其阻值随着温度的升高而减小，温度采集桥式电路10连接热敏电阻9，将实时的温度信息通过第二ad模块11转换为数字信号反馈至信号处理电路5，信号处理电路5通过对标准温度即设定温度与实际温度的比较分析得到温度误差信号，并通过第二pid控制器12驱动tec驱动电路13，给tec14施加正向(制冷)或反向(制热)电流，准确的对sld光源温度进行温度控制，使sld光源始终工作在设定范围内，例如25℃的附近。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。