基于就地化部署的全光纤电流传感器及其调制解调方法与流程

本发明涉及光纤传感，具体而言，涉及一种基于就地化部署的全光纤电流传感器及其调制解调方法。

背景技术：

1、全光纤电流传感器基于法拉第磁光效应和安培环路定理由光纤实现电流测量，其具备如下技术优势:1)测量精度较高；2)绝缘简单，高压测量性价比高；3)测量频带宽；4)体积小、重量轻、省金属、省用地；5)适应了电力系统数字化、智能化和网络化的需求。

2、目前基于该原理的产品已经规模化应用于交、直流输变电工程中，是电力系统重要的一次测量设备。全光纤电流传感器基于保偏光偏振态干涉测量原理，由于信号强度原因，需要通过调制、解调实现微弱信号提取，现行产品从调制原理上可分为铌酸锂直波导相位调制原理和压电陶瓷相位调制原理，后者占比更多。

3、现有压电陶瓷调制技术，调制信号驱动位于控制室，压电陶瓷相位调制器位于传感器一次本体下端，并且传感器一次本体与控制室之间距离较远(500m至2km不等)，存在以下技术缺陷：

4、1)长距离电缆传输高频调制信号的阻抗匹配问题，由于电缆长度、现场环境、压电陶瓷阻抗特性等方面原因，导致需要根据现场施工情况增加额外的阻抗匹配，且阻抗匹配可靠性偏低，导致大量故障；2)由于长距离调制电缆导致的电磁兼容问题，调制电缆需要穿越高压场，形成不可控的电磁干扰传输，影响信号调制解调。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种基于就地化部署的全光纤电流传感器及其调制解调方法，旨在解决现有全光纤电流传感器采用长距离调制电缆导致阻抗匹配可靠性偏低、电磁兼容等问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于就地化部署的全光纤电流传感器，所述全光纤电流传感器包括：电子机箱，用于生成数字调制信号和光波信号，将所述数字调制信号通过调制光纤发送至调制信号电路，以及将所述光波信号通过第一传感光纤发送至调制箱；调制信号电路，用于接收所述电子机箱发送的数字调制信号，并将所述数字调制信号转化为模拟信号后通过调制电缆发送至调制箱；调制箱，用于接收调制信号电路发送的模拟信号和所述电子机箱发送的光波信号，根据所述模拟信号对所述光波信号进行调制，并将调制后的光波信号通过第二传感光纤发送至传感器一次本体；以及传感器一次本体，用于接收调制箱发送的调制后的光波信号，外电场对一次本体形成法拉低磁光效应，对所述调制后的光波信号进行影响后产生相位差信息，并将所述相位差信息发送至调制箱，由所述第一传感光纤返回至电子机箱，进行电流解算。

3、进一步地，所述调制箱包括：起偏器，用于接收所述电子机箱发送的光波信号，将所述光波信号起偏为两束相互正交的线偏振光，并将所述两束相互正交的线偏振光发送至压电陶瓷相位调制器；压电陶瓷相位调制器，用于接收调制信号电路发送的模拟信号，根据所述模拟信号将所述起偏器发送的两束相互正交的线偏振光进行调制，并将调制后的线偏振光发送至延迟光纤；以及延迟光纤，用于将压电陶瓷相位调制器发送的调制后的线偏振光耦合后进行传输，并与所述传感器一次本体通过所述第二传感光纤相连。

4、进一步地，所述调制光纤为多模通讯光缆。

5、进一步地，所述调制信号电路包括光模块、fpga芯片和功放芯片，用于将光通信数据中包含的所述数字调制信号转化为模拟信号。

6、进一步地，所述电子机箱包括核心主板卡和调制板卡。

7、进一步地，所述核心主板卡包括板卡识别模块和spi信号控制模块。

8、进一步地，所述调制板卡包括调制信号光纤检测模块、spi慢速信号重新生成模块、功率输出模块和led灯控制逻辑模块。

9、第二方面，本发明实施例还提供了一种基于就地化部署的全光纤电流传感器调制解调方法，其特征在于，应用于上述任一实施例提供的全光纤电流传感器，所述方法包括：电子机箱侧的调制信号由模拟量发送转化成数字量发送；调制信号远距离传输由屏蔽双绞线改为多模通讯光缆；在靠近一次本体侧使用高性能的fpga将数字信号转换成模拟信号驱动压电陶瓷；取消了原屏蔽双绞线所需的阻抗匹配器件；取消了原电子机箱侧为抗电磁干扰所使用的法拉第磁环。

10、本发明实施例提供的基于就地化部署的全光纤电流传感器及其调制解调方法，通过将调制信号电路设计为单独的模块，并且就地化部署，同时通过将电子机箱的调制信号由模拟信号转化为数字信号，并通过调制光纤传输，既可以避免长距离调制电缆带来的信号匹配难题，有利于全光纤电流传感器标准化设计，降低非标准设计带来的现场施工部署问题，消除由于环境影响力导致的相位调制器失调风险，又极大降低环境中电磁干扰信号通过调制电缆耦合对测量精度的影响，提升全光纤电流传感器抗电磁干扰水平，提高产品运行可靠性。

技术特征：

1.一种基于就地化部署的全光纤电流传感器，其特征在于，所述全光纤电流传感器包括：

2.根据权利要求1所述的全光纤电流传感器，其特征在于，所述调制箱包括：

3.根据权利要求1或2所述的全光纤电流传感器，其特征在于，所述调制光纤为多模通讯光缆。

4.根据权利要求1或2所述的全光纤电流传感器，其特征在于，所述调制信号电路包括光模块、fpga芯片和功放芯片，用于将光通信数据中包含的所述数字调制信号转化为模拟信号。

5.根据权利要求1或2所述的全光纤电流传感器，其特征在于，所述电子机箱包括核心主板卡和调制板卡。

6.根据权利要求5所述的全光纤电流传感器，其特征在于，所述核心主板卡包括板卡识别模块和spi信号控制模块。

7.根据权利要求5所述的全光纤电流传感器，其特征在于，所述调制板卡包括调制信号光纤检测模块、spi慢速信号重新生成模块、功率输出模块和led灯控制逻辑模块。

8.一种基于就地化部署的全光纤电流传感器调制解调方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一所述的全光纤电流传感器，所述方法包括：

技术总结
一种基于就地化部署的全光纤电流传感器及其调制解调方法，包括：电子机箱，用于生成数字调制信号和光波信号，将数字调制信号通过调制光纤发送至调制信号电路，将光波信号通过第一传感光纤发送至调制箱；调制信号电路，用于将数字调制信号转化为模拟信号后通过调制电缆发送至调制箱；调制箱，用于根据模拟信号对光波信号进行调制，并将调制后的光波信号通过第二传感光纤发送至传感器一次本体；传感器一次本体，用于对调制后的光波信号进行处理后产生相位差信息，并将相位差信息发送至调制箱。通过本发明实施例提供的全光纤电流传感器，避免长距离调制电缆带来的信号匹配难题，提升抗电磁干扰水平及可靠性。

技术研发人员：郭贤珊,张民,陈争光,周峰,徐涛,叶国雄,岳长喜,胡浩亮,刁赢龙,徐子立,黄俊昌,周玮,黄华,刘勇,刘彬,邓小聘,熊俊军,王晓周
受保护的技术使用者：国家电网有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12