專利名稱：三相光纖電子互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種傳感裝置，特別是一種三相光纖電子互感器。
背景技術(shù)：
光纖傳感器是一種新型傳感器，其具有良好的絕緣性能、動態(tài)測量范圍大、 易于與數(shù)字系統(tǒng)接口等優(yōu)點，因而應(yīng)用前景十分廣闊。光纖環(huán)形腔衰蕩光語技 術(shù)是一種新的用于光纖傳感器的技術(shù)原理，將光纖的法拉第效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w環(huán) 形腔中的脈沖衰蕩譜，工作原理是將脈沖光波入射到光纖環(huán)形腔中，入射的光 波可沿著環(huán)形腔繞行很多圈，每轉(zhuǎn)一圏都有極小部分光通過一光纖耦合器輸出 到光電探測器中，其余的光仍繼續(xù)在光纖中傳輸，由于光纖的光纖自身和耦合 器的損耗，還有傳感頭附加的損耗，光的強度隨著時間不斷減小，形成衰蕩曲 線，通過計算衰蕩時間便可知道電流的大小。
光纖傳感器包括有第一光源、由第一耦合器、第二耦合器和電子傳感頭組 成的環(huán)形腔以及光電探測器。第一光源連接到第一耦合器的一輸入端，第二耦 合器的 一輸出端連接到光電檢測器的輸入端。電子傳感頭連接待測的設(shè)備或?qū)?線。第一耦合器用于將光源引入環(huán)形腔，并依序沿著電子傳感頭及第二耦合器 進行傳播，最后返回第一耦合器，形成環(huán)形循環(huán)傳播。第二耦合器用于輸出環(huán) 形腔中經(jīng)傳感頭影響后光波中的極小部分光，光電探測器則是將接收到的光信 號轉(zhuǎn)換為電信號，以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。然而現(xiàn)有的電力設(shè)備、電網(wǎng)等都三 相電，在進行測量時也需要對三相的電參數(shù)都進行測量，采用上述光纖傳感器 時，需要同時采用三套設(shè)備對三相的電參數(shù)進行測量，不但費時費力，同時由 于采用了不同的三套設(shè)備，必然產(chǎn)生儀器誤差，對測量的精確度產(chǎn)生較大影響。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種可同時測量三 相電參數(shù)的三相光纖電子互感器。
本實用新型是通過以下途徑來實現(xiàn)的
三相光纖電子互感器，包括有第一光源和光電探測器，其結(jié)構(gòu)要點在于， 還包括有三個依序由第一耦合器、第二耦合器和電子傳感頭組成的環(huán)形腔，一 種具有一個輸入端、三個輸出端的一分三耦合器， 一種具有三個輸入端、 一個 輸出端的三合一耦合器， 一種由設(shè)定長度光纖組成的光纖延時器，第一光源的 光波輸出端連接到一分三耦合器的輸入端，該一分三耦合器的三個輸出端分別 連接到三個環(huán)形腔的第一耦合器輸入端上，每個環(huán)形腔中的第二耦合器的一輸 出端連接到三合一耦合器的三個輸入端上，該三合一耦合器的輸出端連接光電 探測器；在三個環(huán)形腔的第 一耦合器輸入端前或者第二耦合器的輸出端后串接 有光纖延時器，每個環(huán)形腔所串接的光纖延時器的長度呈規(guī)律遞增或遞減。
上述的光纖延時器長度呈規(guī)律遞增或遞減是指，所連接的三個光纖延時器 長度是不相同的，例如A相、B相、C相所連接的光纖延時器依次遞增，從長 到短規(guī)律變化的，這樣可以方便光電探測器對信號的接收和轉(zhuǎn)換。由于光波的 傳播時間與速度和距離有關(guān)系，距離越長，則需要的傳播時間越多，因此越長 的光纖將會導(dǎo)致在其中的光波傳播時間加長，本發(fā)明就是依據(jù)這原理，將一定 長度的光纖進行制作，形成光纖延時器，不同長度的光纖延時器分別安裝在三 相測量光路中。這樣，在對三相電進行測量時，每相中進行檢測的光纖長度也 不一樣，光波到達光電探測器的時間也就不同，形成三個時間差，即同時輸入， 但會在三個不同的時間分別輸出三相的測量光波，光電探測器可以根據(jù)三相測 量光波到達的時間計算出每相所感應(yīng)的電流大小。
一分三耦合器和三合一耦合器是一種現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員也有試過 將該耦合器用于測量三相電的光纖傳感器中，但是無法解決的問題是三路的 光纖信號不分前后，基本是在同一時間到達光電探測器，光電探測器難以區(qū)分 三路信號，也無法給出具體的信號值，因此本領(lǐng)域的技術(shù)人員便舍棄了該技術(shù)， 也由此產(chǎn)生了技術(shù)偏見，認(rèn)為該技術(shù)問題是無法解決的技術(shù)難題。本發(fā)明的技術(shù)人員克服該技術(shù)難題，采用了光纖延時器來對三路信號進行分時發(fā)送，在光 纖延時器的作用下，三路信號將會根據(jù)光纖延時器的長度大小形成的信號傳輸 時間差，依序?qū)⑿盘査瓦_光電探測器，這樣，光電探測器就可以區(qū)分三路探測
信號，也就可以根據(jù)信號具體計算電流值，達到了很好的技術(shù)效果即只需要 一套光纖電子互感器便可實現(xiàn)對三相電的電參數(shù)測量，測量簡單、方便，由于 采用同一光源和同一技術(shù)分析器(即光電探測器)，也避免了測量的儀器誤差， 精確了測量值。
本實用新型可以進一步具體為
光纖延時器由設(shè)定長度的光纖構(gòu)成，光纖圍繞成圈狀，構(gòu)成光纖延時器。
由于光纖延時器主要是由具有一定長度的光纖構(gòu)成，其可以釆用多種形式 進行擺;改，壓縮其安置的空間，除了上述所說的，還可以將光纖壓縮在某一具 有內(nèi)腔的設(shè)備中，或者是采用附加裝置對該光纖進行安置。
光纖延時器的長度小于環(huán)形腔長度，大于單個光脈沖時間寬度內(nèi)脈沖所走 的距離。具體可以做如下選擇可以三相中，每相都串接一個光纖，但第一相 是沒有時間差比較的，因此可以不用串接光纖延時器，這樣延時器三相中第一 相不串接光纖延時器，第二相和第三相分別串接一個
第二相中的光纖延遲器長度選擇是小于1/2的環(huán)形腔長度減去1/2的單個光
脈沖時間寬度，脈沖所走的距離。
第三相中的光纖延時器長度選擇是小于環(huán)形腔腔長減去1/2的單個光脈沖 時間寬度，脈沖所走的距離。
還包括有第二光源、波分復(fù)用器和第二波分解復(fù)用器，第一光源和第二光 源的光波輸出端通過波分復(fù)用器連接到一分三耦合器的輸入端，第一波分解復(fù) 用器的輸入端連接三合一耦合器的光波輸出端，第二波分解復(fù)用器的輸出端則 連接光電探測器。
第二光源用于提供環(huán)形腔中的參考光源，這樣可以在計算中抵消環(huán)境、特 別是溫度對環(huán)形腔中傳播的光波的影響，提高計算的精確度。波分復(fù)用器是一 種將兩種不同波長的光波進行整合，形成一種組合光波， 一分三耦合器則是將該組合光波分成三路傳播出去。第二波分解復(fù)用器是相對波分復(fù)用器而設(shè)置的， 用于分解即將要計算的組合光波，使之還原為兩束不同的波長的光波。
光電探測器包括有第一光電探測器和第二光電探測器，二者分別接收第二 波分解復(fù)用器的兩輸出光波。
考慮到雙光波在同一環(huán)形腔內(nèi)同時進行循環(huán)傳播時，會發(fā)生光干涉現(xiàn)象， 可能導(dǎo)致參考光輸出不穩(wěn)定，從而影響測量結(jié)果不夠精確，本實用新型采用如
下途徑解決
環(huán)形腔還包括有第一波分解復(fù)用器，其具有一個輸入端和兩個輸出端，輸 入端連接第二耦合器的輸出端，兩個輸出端之一連接第一耦合器的一輸入端， 另一輸出端為光波引出端。
如上所述，第一波分解復(fù)用器接收來自第二耦合器的組合光波后，將其進 行分解，還原為兩束光波一測量光和參考光，其中測量光繼續(xù)傳輸?shù)降谝获詈?器，使其繼續(xù)沿著環(huán)形腔循環(huán)傳播，另外的參考光則沿著光波引出端引出環(huán)形 腔，不再進行循環(huán)傳播。這樣將保持只有測量光波在環(huán)形腔內(nèi)循環(huán)，參考光波 在經(jīng)過電子傳感頭和第二耦合器采集信號后即通過第一波分解復(fù)用器引出環(huán)形 腔，這樣既引用了參考光源，消除了溫度對傳播光波的影響，因此該電子互感 器測量精確，穩(wěn)定。
本實用新型可以進一步具體為
第一光源輸出檢測光波，為一種脈沖光源，第二光源輸出參考光波，為一 種連續(xù)光波，兩光波為不同光波，波長相差為相對長的長波波長的1%~10%。
作為優(yōu)選，該兩種光源所輸出的光波波長相近，兩光波的波長相差越小越 好。光波波長相近將有利于各個設(shè)備，如耦合器、波分解復(fù)用器和波分復(fù)用器 對光波的處理，如波分解復(fù)用器對光波的分解將更為徹底。
第 一耦合器和第二耦合器均為 一種光纖耦合器。
的一種節(jié)點設(shè)備，如同電路中的節(jié)點，作為光流的合并輸入節(jié)點或者分路傳輸 節(jié)點，與波分復(fù)用器或波分解復(fù)用器不同的是，光纖耦合器是用于合并和分解同一波長的光波，類似物理分解，而波分復(fù)用器和波分解復(fù)用器則是用于合并 和分解不同波長的光波，類似化學(xué)分解。
電子傳感頭由光纖和被測電氣設(shè)備的電導(dǎo)體組成，光纖以靠觸或纏繞在電 導(dǎo)體上實現(xiàn)二者的感應(yīng)連接。
靠觸或纏繞在電導(dǎo)體上的光纖表面上鍍有一層超磁致伸縮材料。
具有超磁致伸縮材料層的光纖具有更好的技術(shù)效果超磁致伸縮材料在受 到磁場作用時，其形態(tài)參數(shù)發(fā)生相應(yīng)作用，這樣將引起光纖環(huán)形腔的衰減系數(shù) 的變化，即引起了光脈沖衰蕩時間的變化，通過測量光脈沖的衰蕩時間即可測 量得到電流值，使測量更為精準(zhǔn)、正確。采用超磁致伸縮材料也將使光纖電子 傳感頭的構(gòu)造變得更簡單，由于磁致伸縮材料的效應(yīng)，使得該傳感頭不需要采 用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)就可以準(zhǔn)確獲得感應(yīng)參數(shù)，大大減小了傳感頭的體積與重量。
綜上所述，本實用新型的優(yōu)點在于，提供了一種三相光纖電子互感器，其 采用了光纖延時器，改變了三相測量光路中光的傳播時間，使其在不同時間到 達光電探測器，光電探測器根據(jù)不同相測量光路中光波到達時間的規(guī)律便可計 算出三相電參數(shù)值，這樣只需要一套三相光纖電子互感器便可實現(xiàn)對三相電的 電流、電壓等電參數(shù)測量，測量簡單、方便，由于采用同一光源和同一技術(shù)分 析器(即光電探測器)，也避免了測量的儀器誤差，可以得到同步的精確測量值。


圖1所示為本實用新型所述三相光纖電子互感器的電路構(gòu)架原理示意圖; 圖中實線表示檢測光的流向圖，空心線表示參考光的流向圖，實心線和空心線 交疊表示經(jīng)由波分復(fù)用器組合的光波。
下面結(jié)合實施例對本實用新型做進一步描述。
具體實施例
最佳實施例
參照附圖1,三相光纖電子互感器，包括如下部件(以下未標(biāo)明數(shù)目的均為一個i殳備)
1、 第一光源和第二光源，均為1550nm附近半導(dǎo)體激光器，也可以選擇 850nm附近半導(dǎo)體激光器，選擇1550nm的半導(dǎo)體激光器更好些，1550nm 是通信波長，技術(shù)成熟，器件比較多，性能也比較穩(wěn)定，更重要的是可 以采用單模光纖作為傳輸線路，比較穩(wěn)定，損耗比較?。坏谝还庠摧敵?的是脈沖光波，為檢測光波，第二光源輸出的是連續(xù)光波，為參考光波， 二者采用波長相近的光波，分別為1480nm波長與1550nm波長的近紅 外光，波長相差70，為相對長光波——波長為1550nm光波的4.5%;
2、 第一耦合器3個、第二耦合器3個， 一分三耦合器和三合一耦合器，均 為光纖傳感器，為1: 99的分光比，接口類型為FC/APC，第一耦合器 是一種二乘一光纖耦合器，具有兩個輸入端和一個輸出端，第二耦合器 是一種一乘二光纖耦合器，具有一個輸入端和兩個輸出端； 一分三耦合 器是一種一乘三耦合器，具有一個輸入端和三個輸出端，三合一耦合器 是一種三乘一耦合器，具有三個輸入端和一個輸出端；以上光纖耦合器 作為光路的一種節(jié)點，用于合并和分路光波傳輸；
3、 波分復(fù)用器、第一波分解復(fù)用器和第二波分解復(fù)用器3個，均為接口類 型為FC/APC ，1480nm與1550nm雙波長的波分復(fù)用器/波分解復(fù)用器，
, 上述設(shè)備是用于合并或者分解光波，波分復(fù)用器將二種光波合并成為組 合光波，波分解復(fù)用器將組合光波還原為兩種光波，分別輸出；
4、 電子傳感器3個，可以感應(yīng)多種電參數(shù)，如電壓、電流等，由光纖和^皮 測電氣設(shè)備的電導(dǎo)體組成，光纖以靠觸或纏繞在電導(dǎo)體上實現(xiàn)二者的感 應(yīng)連接，同時靠觸或纏繞在電導(dǎo)體上的光纖表面上鍍有一層超磁致伸縮 材料；
5、 第一光電探測器和第二光電探測器，采用APD類型的光電探測器，將檢 測到的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號；
.6、數(shù)據(jù)處理裝置，采用PC計算機或者單片機，用于計算檢測信號，并計 算出最終的電參數(shù)結(jié)果；7、 光纖，傳輸導(dǎo)體，單模光纖，相對多模光纖穩(wěn)定，損耗小。
8、 光纖延時器2個，光纖圍繞成圏狀，構(gòu)成光纖延時器；分別串接在第二 相和第三相。當(dāng)三個光纖環(huán)形腔長度相同，環(huán)形腔長度應(yīng)該選擇小于激 光器脈沖間隔脈沖光所走的距離，大于單個脈沖時間寬度內(nèi)光脈沖所走 的距離。那么兩個光纖延時器的長度分別是第二相中的光纖延遲器長 度選擇大于單個脈沖時間寬度內(nèi)光脈沖所走的距離，小于環(huán)形腔長度減 去2倍單個脈沖時間寬度內(nèi)光脈沖所走的距離；第三相中的光纖延時器 長度選擇大于2倍單個脈沖時間寬度內(nèi)光脈沖所走的距離，小于環(huán)形腔 長度減去單個脈沖時間寬度內(nèi)光脈沖所走的距離；第二相中的光纖延時 器比第三相中的光纖延時器要長單個脈沖時間寬度內(nèi)光脈沖所走的距 離。
第一耦合器、電子傳感頭、第二耦合器和第一波分解復(fù)用器依序傳輸連接， 即前一個設(shè)備的輸出端連接后一設(shè)備的輸入端，最后以第一波分解復(fù)用器的一 輸出端連接到第 一耦合器的 一輸入端從而組成一 閉合光纖環(huán)形腔， 一共有三個 閉合光纖環(huán)形腔，第一波分解復(fù)用器的另一輸出端為光波引出端。第一光源和 第二光源的輸出端分別與波分復(fù)用器的兩輸入端連接，波分復(fù)用器的輸出端通 過一分三耦合器分別連接到每個閉合光纖環(huán)形腔的第一耦合器的另一輸入端； 每個光纖環(huán)形腔中的第二耦合器的另 一輸出端分別連接到三合一耦合器的三個 輸入端，三合一輛合器的輸出端與第二波分解復(fù)用器的輸入端連接，第二波分 解復(fù)用器的兩輸出端分別連接第 一光電探測器和第二光電探測器，該第 一光電 探測器和第二光電探測器的輸出端分別連接到數(shù)據(jù)處理裝置上。
在光纖延時器的作用下，三相輸出的信號將循環(huán)并依次進入第二波分解復(fù)用 器，第二相的輸出信號在第一相后，第三相在第二相后，隨后第一相的第二次 信號又在第三相的第一次信號之后，周而復(fù)始，依次循環(huán)，從而方便同時檢測 出三相線路上的電參數(shù)。
本實用新型未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求1、三相光纖電子互感器，包括有第一光源和光電探測器，其特征在于，還包括有三個依序由第一耦合器、第二耦合器和電子傳感頭組成的環(huán)形腔，一種具有一個輸入端、三個輸出端的一分三耦合器，一種具有三個輸入端、一個輸出端的三合一耦合器，一種由設(shè)定長度光纖組成的光纖延時器，第一光源的光波輸出端連接到一分三耦合器的輸入端，該一分三耦合器的三個輸出端分別連接到三個環(huán)形腔的第一耦合器輸入端上，每個環(huán)形腔中的第二耦合器的一輸出端連接到三合一耦合器的三個輸入端上，該三合一耦合器的輸出端連接光電探測器；在三個環(huán)形腔的第一耦合器輸入端前或者第二耦合器的輸出端后串接有光纖延時器，每個環(huán)形腔所串接的光纖延時器的長度呈規(guī)律遞增或遞減。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相光纖電子互感器，其特征在于，光纖延時器由 設(shè)定長度的光纖構(gòu)成，光纖圍繞成圏狀，構(gòu)成光纖延時器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相光纖電子互感器，其特征在于，光纖延時器的 長度小于環(huán)形腔長度，大于單個光脈沖時間寬度內(nèi)脈沖所走的距離。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相光纖電子互感器，其特征在于，還包括有第二 光源、波分復(fù)用器和第二波分解復(fù)用器，第一光源和第二光源的光波輸出 端通過 波分復(fù)用器連接到一分三耦合器的輸入端，第二波分解復(fù)用器的輸 入端連接三合一耦合器的光波輸出端，第二波分解復(fù)用器的輸出端則連接 光電探測器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相光纖電子互感器，其特征在于，光電探測器包 括有第一光電探測器和第二光電探測器，二者分別接收第二波分解復(fù)用器 的兩輸出光波。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相光纖電子互感器，其特征在于，環(huán)形腔還包括 有第一波分解復(fù)用器，其具有一個輸入端和兩個輸出端，輸入端連接第二 耦合器的輸出端，兩個輸出端之一連接第一耦合器的一輸入端，另一輸出 端為光波引出端。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相光纖電子互感器，其特征在于，第一光源輸出 檢測光波，為一種脈沖光源，第二光源輸出參考光波，為一種連續(xù)光波， 兩光波波長相差為相對長的長波波長的1% 10%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三相光纖電子互感器，其特征在于，第一耦合器和 第二耦合器均為 一種光纖耦合器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相光纖電子互感器，其特征在于，電子傳感頭由 光纖和被測電氣設(shè)備的電導(dǎo)體組成，光纖以靠觸或纏繞在電導(dǎo)體上實現(xiàn)二 者的感應(yīng)連接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的三相光纖電子互感器，其特征在于，靠觸或纏繞在 電導(dǎo)體上的光纖表面上鍍有一層超》茲致伸縮材料。
專利摘要本實用新型涉及一種傳感裝置，特別是一種三相光纖電子互感器。本實用新型的優(yōu)點在于，提供了一種三相光纖電子互感器，其采用了光纖延時器，改變了三相測量光路中光的傳播時間，使其在不同時間到達光電探測器，光電探測器根據(jù)不同相測量光路中光波到達時間的規(guī)律便可計算出三相電參數(shù)值，這樣只需要一套三相光纖電子互感器便可實現(xiàn)對三相電的電流、電壓等電參數(shù)測量，測量簡單、方便，由于采用同一光源和同一技術(shù)分析器(即光電探測器)，也避免了測量的儀器誤差，可以得到同步的精確測量值。
文檔編號G01R19/00GK201229372SQ20082010275
公開日2009年4月29日 申請日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
發(fā)明者張榕林, 李高明, 邱怡申, 強 陳, 陳曉如, 陳曦曜 申請人:福建省電力試驗研究院;福建師范大學(xué);福建省電力試驗研究院勞動服務(wù)公司