專利名稱：一種全光纖電流互感器及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖型電流互感器，具體地說是一種全光纖電流互感器。
背景技術(shù)：
電流測(cè)量是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本要求之一。目前，電力系統(tǒng)普遍采用的電流 測(cè)量裝置是傳統(tǒng)的電磁式電流互感器。隨著電力系統(tǒng)電流等級(jí)的提高，傳統(tǒng)的電磁式電流 互感器的缺陷例如易受電磁干擾、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、存在磁飽和及鐵磁諧振現(xiàn)象等將 日益突出。而光纖電流測(cè)量裝置具有抗電磁干擾、絕緣能力強(qiáng)、體積小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，具有 傳統(tǒng)的電磁式電流互感器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。近幾十年來國內(nèi)外對(duì)光纖電流測(cè)量裝置展開了 廣泛的開發(fā)研究。但這類光纖電流測(cè)量裝置一般都是基于電光效應(yīng)偏振調(diào)制原理的，有比 較嚴(yán)重的溫度效應(yīng)，系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性差。全光纖電流互感器是一種功能型、相位調(diào)制的電流傳感器。相對(duì)于傳統(tǒng)基于電磁 感應(yīng)原理的，它基于磁光法拉第效應(yīng)原理，采用光纖作為傳感介質(zhì)，不存在鐵磁共振和磁至 飽和的隱患，同時(shí)具有頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、檢測(cè)精度高、體積小、重量輕、環(huán)境適應(yīng)性能好， 以及制造和維護(hù)成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種全光纖電流互感器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種全光纖電流互感器，由光源、光接收模塊、模數(shù) 轉(zhuǎn)換器、數(shù)字解調(diào)器、微處理器、調(diào)制驅(qū)動(dòng)器、Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器、光纖耦合器、保偏 延遲光纖、保偏光纖耦合器、λ/4延遲器、傳感光纖和反射鏡組成。其結(jié)構(gòu)特征如下光源 與光纖耦合器的第一輸入端相連，光接收模塊和光纖耦合器的第二輸入端相連，光接收模 塊，數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字解調(diào)器、微處理器依次相連，光纖耦合器和Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制 器相連，數(shù)字解調(diào)器通過調(diào)制驅(qū)動(dòng)器和Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器相連；Y分支集成光學(xué)相 位調(diào)制器的兩個(gè)輸入端分別通過保偏延遲光纖和普通光纖與保偏耦合器的兩個(gè)輸入端相 連，保偏耦合器的其中一個(gè)輸出端和λ/4延遲器通過保偏光纖相連，從在λ/4延遲器處接 出的傳感光纖纏繞在被測(cè)電流導(dǎo)線上，傳感光纖的末端安裝一個(gè)反射鏡。Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器是由一個(gè)起偏器，一個(gè)分支器和一個(gè)光相位調(diào)制器組 成的，起偏器將光信號(hào)等分為兩個(gè)正交的線偏振光信號(hào)，并分別沿光纖的X軸和Y軸傳輸。 所述分支器的光功率是均分的，即它的光功率分光比是1 I。所述光相位調(diào)制器利用光纖 的雙折射特性對(duì)兩個(gè)正交的線偏振光進(jìn)行同步調(diào)制，調(diào)制信號(hào)來自調(diào)制驅(qū)動(dòng)器。輸入光輸 入Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器后，Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器內(nèi)部的起偏器將輸入光信號(hào) 轉(zhuǎn)化為χ和y兩個(gè)模式的線偏振光，Y分支器將線偏振光等分為兩路輸出，兩路輸出光進(jìn)入 相位調(diào)制器，其Y分支波導(dǎo)一個(gè)用于偏置信號(hào)調(diào)制，另一個(gè)用于反饋信號(hào)相位調(diào)制，以提供 反饋相移形成閉環(huán)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明的工作步驟為光源的光經(jīng)過光纖耦合器進(jìn)入Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器，Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器將輸入光信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制后等分為χ和y兩個(gè)模式的線偏 振光同時(shí)由兩路輸出端輸出；該光相位調(diào)制信號(hào)根據(jù)來自數(shù)字解調(diào)器的調(diào)制信號(hào)對(duì)兩路正 交化的線偏振光進(jìn)行同步調(diào)制，然后Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器的第一輸出端經(jīng)過保偏延 遲光纖輸入保偏光纖耦合器的第一輸入端，Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器的第二輸出端經(jīng)過 普通光纖輸入保偏光纖耦合器的第二輸入端，保偏光纖耦合器的任一輸出端輸出χ和y兩 個(gè)模式的線偏振光傳輸至λ/4延遲器；在λ/4延遲器處，兩束線偏光分別被轉(zhuǎn)換成左旋圓 偏光和右旋圓偏光，進(jìn)人傳感光纖；兩個(gè)光束在圍繞導(dǎo)線的傳感光纖中傳播，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)遇 到反射鏡，光線沿同樣的路徑返回。導(dǎo)線中的電流由于法拉第效應(yīng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)光纖中的光 線環(huán)繞導(dǎo)線傳播時(shí)，由于磁場(chǎng)的作用使得右旋圓偏光和左旋圓偏光的傳輸速度不同，從而 形成相差，當(dāng)兩束圓偏光傳輸?shù)絺鞲泄饫w末端時(shí)，發(fā)生鏡面反射，兩束圓偏光在模式互換左 旋變右旋，右旋變左旋后沿原光路返回，效應(yīng)加倍，并且在λ /4延遲器處再次轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒?模式正交的線偏振光模式也互換了。按照上述所述的光所走的路徑為(I)Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器一保偏延遲光纖一保偏光纖耦合器一 λ /4延遲 器一傳感光纖一反射鏡一傳感光纖一 λ /4延遲器一保偏光纖耦合器一保偏光纖一Y分支 集成光學(xué)相位調(diào)制器。(2) Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器一保偏光纖一保偏光纖耦合器一 λ /4延遲器一傳 感光纖一反射鏡一傳感光纖一 λ /4延遲器一保偏光纖耦合器一保偏延遲光纖一Y分支集 成光學(xué)相位調(diào)制器。由于Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器和保偏光纖耦合器之間是通過保偏延遲光纖和 保偏光纖兩路光纖連接的，保偏延遲光纖的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于保偏光纖的長(zhǎng)度，所以保偏延遲光 纖對(duì)光的傳輸有延遲作用，且延遲時(shí)間是固定的。當(dāng)光按照上述兩路途徑傳輸時(shí)，由于是同 一光源發(fā)出的光，且經(jīng)過的路程相同，必然會(huì)有一部分光在Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器的 起偏器處發(fā)生干涉，通過對(duì)這部分干涉光的調(diào)制解調(diào)，可以得到被測(cè)電流導(dǎo)線處的法拉第 相位信息。干涉結(jié)果由光纖耦合器進(jìn)入光接收模塊轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦畔ⅲ缓筮M(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) 模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出接入數(shù)字解調(diào)器，數(shù)字解調(diào)器把模數(shù)轉(zhuǎn)換器得 到的干涉交流電信號(hào)的前后半周期各采多個(gè)點(diǎn)，分別作累加，然后相減，得到解調(diào)信息，數(shù) 字解調(diào)器的輸出接入控制調(diào)制器調(diào)制Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器，用于反饋信號(hào)相位調(diào) 制，以提供反饋相移形成閉環(huán)監(jiān)測(cè)，同時(shí)數(shù)字解調(diào)器的輸出解調(diào)信息進(jìn)行微處理器進(jìn)行后 續(xù)信號(hào)處理，輸出導(dǎo)線中傳輸?shù)碾娏髦?。可以看出，本發(fā)明中互感器光路系統(tǒng)具有良好的互 易性，干涉結(jié)果只攜帶了法拉第磁光效應(yīng)產(chǎn)生的相位信息。最終，經(jīng)過探測(cè)器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換 后的信號(hào)表達(dá)式為Sd = 0. 5ΚΡ · L · I0 · (l+cosOF)式中Kp是探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)，L為光路損耗，I0是光源輸出光強(qiáng)，Of = 4NVI 是法拉第效應(yīng)相移(其中，N是傳感光纖匝數(shù)，V是傳感光纖費(fèi)爾德(Verdet)常數(shù)，I是導(dǎo) 線中傳輸?shù)碾娏髦怠＆?/4延遲器將來自保偏光纖耦合器的線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光，即χ軸的線偏振 光轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光、Y軸的線偏振光轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光。兩個(gè)圓偏振光經(jīng)過傳感光纖線圈到達(dá)端面的反射鏡，信號(hào)被全反射，并沿著傳感光纖線圈反向傳播，左旋圓偏振光變 為右旋圓偏振光、右旋圓偏振光變?yōu)樽笮龍A偏振光。λ /4延遲器將反向傳播的圓偏振光轉(zhuǎn) 換為線偏振光，即右旋圓偏振光轉(zhuǎn)換為χ軸線偏振光、左旋圓偏振光轉(zhuǎn)換為y軸線偏振光。 進(jìn)一步的，所述傳感光纖端面采用法拉第旋轉(zhuǎn)平面鏡，使得光被反射的同時(shí)，光的偏振面旋 轉(zhuǎn)90°，然后再耦合到傳感光纖中實(shí)現(xiàn)了雙倍調(diào)制，不但使靈敏度可以提高一倍，而且有效 地抵消圓雙折射對(duì)光路的影響，尤其能夠完全消除相位調(diào)制器中任何互易性的雙折射，系 統(tǒng)抗干擾能力更強(qiáng)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種全光纖電流互感器，它的突出優(yōu)點(diǎn)是 在相同外界信號(hào)激勵(lì)的環(huán)境下能夠提高相位靈敏度一倍，而且能夠有效的避免相位調(diào)制器 偏振態(tài)隨機(jī)變化對(duì)干涉系統(tǒng)的影響；同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)相位調(diào)制信息的單根光纖提取。當(dāng)采用 鍍膜等不改變偏振面的反射形式的光反饋方法連接在光纖相位調(diào)制器末端時(shí)，能夠有效的 抵消圓雙折射對(duì)光路的影響當(dāng)采用法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡作為光反饋裝置時(shí)，能夠完全消除 相位調(diào)制器中任何互易性的雙折射，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。由此構(gòu)造的全光纖電流互感器，在 不改變光纖長(zhǎng)度的情況下，相位靈敏度可以提高一倍，不但提高了弱物理信號(hào)的提取能力， 而且克服了溫度、振動(dòng)、電磁干擾等各種環(huán)境因素的干擾，無須在高壓區(qū)引入電源，而且傳 感光纖的光纖端面采用反射鏡作為反射面形成光反饋環(huán)路，不但使靈敏度可以提高一倍， 而且有效地抵消圓雙折射對(duì)光路的影響，所以系統(tǒng)抗干擾能力更強(qiáng)，可以用于復(fù)雜、惡劣的 環(huán)境中。




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圖1為本發(fā)明的全光纖電流互感器基本結(jié)構(gòu)圖。 圖2為Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
1、光源
2、光接收模塊
3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器
4、數(shù)字解調(diào)器
5、微處理器
6、調(diào)制驅(qū)動(dòng)器
7、Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器
8、光纖耦合器
9、保偏延遲光纖 17、保偏光纖
10、保偏光纖耦合器
11、λ/4延遲器
12、傳感光纖
13、反射鏡
14、起偏器
15、相位調(diào)制器 16分支器
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種全光纖電流互感器，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施 方式?！N全光纖電流互感器，由光源1、光接收模塊2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、數(shù)字解調(diào)器4、微 處理器5、調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6、Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7、光纖耦合器8、保偏延遲光纖9、保偏 光纖17、保偏光纖耦合器10、λ /4延遲器11、傳感光纖12和反射鏡13組成。其連接方式 為光源1的光輸出端輸入光纖耦合器8的第一輸入端，光接收模塊2和光纖耦合器8的第 二輸入端相連，光接收模塊2，數(shù)字轉(zhuǎn)換器3、數(shù)字解調(diào)器4、微處理器5依次相連，數(shù)字解調(diào) 器4通過調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6和Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7相連，光纖耦合器8的任一輸出端 與Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7的輸入端相連，Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7通過保偏延 遲光纖9和保偏光纖17兩路光纖和保偏光纖耦合器10相連，保偏光纖耦合器10和λ /4 延遲器11相連，λ /4延遲器11處接出的傳感光纖12纏繞在被測(cè)電流導(dǎo)線上，傳感光纖12 的末端安裝一反射鏡13。Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器是由一個(gè)起偏器14，一個(gè)分支器16和一個(gè)光相位調(diào)制 器15組成的光源1的光經(jīng)過光纖耦合器8進(jìn)入Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7，Y分支集成光學(xué) 相位調(diào)制器7中的起偏器14將輸入光信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制后等分為χ和y兩個(gè)模式的線偏 振光，并且由分支器16分兩路輸出；相位調(diào)制器15根據(jù)來自數(shù)字解調(diào)器4的調(diào)制信號(hào)對(duì)兩 路正交化的線偏振光進(jìn)行同步調(diào)制，然后Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7的第一輸出端經(jīng)過 保偏延遲光纖9輸入保偏光纖耦合器10的第一輸入端，Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7的第 二輸出端經(jīng)過保偏光纖17輸入保偏光纖耦合器10的第二輸入端，保偏光纖耦合器10的任 一輸出端輸出χ和y兩個(gè)模式的線偏振光傳輸至λ/4延遲器11 ；在λ/4延遲器11處，兩 束線偏光分別被轉(zhuǎn)換成左旋圓偏光和右旋圓偏光，進(jìn)人傳感光纖12 ；兩個(gè)光束在圍繞導(dǎo)線 的傳感光纖12中傳播，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)遇到反射鏡13，光線沿同樣的路徑返回。導(dǎo)線中的電流 由于法拉第效應(yīng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)光纖中的光線環(huán)繞導(dǎo)線傳播時(shí)，由于磁場(chǎng)的作用使得右旋圓 偏光和左旋圓偏光的傳輸速度不同，從而形成相差，當(dāng)兩束圓偏光傳輸?shù)絺鞲泄饫w12末端 時(shí)，發(fā)生鏡面反射，兩束圓偏光在模式互換左旋變右旋，右旋變左旋后沿原光路返回，效應(yīng) 加倍，并且在λ/4延遲器11處再次轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒Ｊ秸坏木€偏振光模式也互換了。在工作過程中，光在本實(shí)施例所述的全光纖電流互感器中的路程為(1)7-9-10-11-12-13-12-11-10-17-7 ；(2)7-17-10-11-12-13-12-11-10-9-7 ；由于Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7和保偏光纖耦合器10之間是通過保偏延遲光 纖9和保偏光纖17兩路光纖連接的，保偏延遲光纖9的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于保偏光纖17的長(zhǎng)度，所 以保偏延遲光纖9對(duì)光的傳輸有延遲作用，且延遲時(shí)間是固定的。當(dāng)光按照上述兩路途徑 傳輸時(shí)，由于是同一光源發(fā)出的光，且經(jīng)過的路程相同，必然會(huì)有一部分光在Y分支集成光 學(xué)相位調(diào)制器7的起偏器14處發(fā)生干涉，通過對(duì)這部分干涉光的調(diào)制解調(diào)，可以得到被測(cè) 電流導(dǎo)線處的法拉第相位信息。干涉結(jié)果由光纖耦合器8進(jìn)入光接收模塊2轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦畔?，然后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器3實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的輸出接入數(shù)字解調(diào)器4，數(shù)字解調(diào)器4把模 數(shù)轉(zhuǎn)換器3得到的干涉交流電信號(hào)的前后半周期各采多個(gè)點(diǎn)，分別作累加，然后相減，得到 解調(diào)信息，數(shù)字解調(diào)器4的輸出接入控制驅(qū)動(dòng)器6調(diào)制Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7，用于 反饋信號(hào)相位調(diào)制，以提供反饋相移形成閉環(huán)監(jiān)測(cè)，同時(shí)數(shù)字解調(diào)器4的輸出解調(diào)信息進(jìn) 行微處理器5進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理，輸出導(dǎo)線中傳輸?shù)碾娏髦?。可以看出，本發(fā)明中互感器光 路系統(tǒng)具有良好的互易性，干涉結(jié)果只攜帶了法拉第磁光效應(yīng)產(chǎn)生的相位信息。最終，經(jīng)過 光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)表達(dá)式為Sd = 0. 5KP · L · I0 · (l+cosOF)式中Kp是的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)，L為光路損耗，I0是光源輸出光強(qiáng)，Of = 4NVI是法拉 第效應(yīng)相移(其中，N是傳感光纖匝數(shù)，V是傳感光纖費(fèi)爾德(Verdet)常數(shù)，I是導(dǎo)線中傳 輸?shù)碾娏髦?。光?可以是下述中的任一種工作波長(zhǎng)是1310nm或1550nm的半導(dǎo)體激光二極 管(LD)，半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)激光器，超輻射發(fā)光二極管(SLD)激光器等，本實(shí)施例選 用工作波長(zhǎng)為1550nm的半導(dǎo)體激光二極管。本發(fā)明中，光纖耦合器8選用2X2光纖耦合器、保偏光纖耦合器10選用2X2保 偏光纖耦合器，它們的的光功率是均分的，即它們的光功率分光比是1 I。圖2為Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括起偏器14、分支器 16及相位調(diào)制器15。所述起偏器14將光信號(hào)等分為兩個(gè)正交的線偏振光信號(hào)，并分別沿 光纖的χ軸和Y軸傳輸。所述分支器16的光功率是均分的，即它的光功率分光比是1 I。 所述光相位調(diào)制器15利用光纖的雙折射特性對(duì)兩個(gè)正交的線偏振光進(jìn)行同步調(diào)制，調(diào)制 信號(hào)來自調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6。輸入光輸入Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7后，Y分支集成光學(xué)相位 調(diào)制器7內(nèi)部的起偏器14將輸入光信號(hào)轉(zhuǎn)化為χ和y兩個(gè)模式的線偏振光，Y分支器將線 偏振光等分為兩路輸出，兩路輸出光進(jìn)入光學(xué)相位調(diào)制器，其Y分支波導(dǎo)一個(gè)用于偏置信 號(hào)調(diào)制，另一個(gè)用于反饋信號(hào)相位調(diào)制，以提供反饋相移形成閉環(huán)監(jiān)測(cè)。所述Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7包括一個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，所述Y分支集 成光學(xué)相位調(diào)制器的輸入端接收輸入光；Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器的兩個(gè)輸出端分光輸 出兩束已正交化的線偏光模式光信號(hào)。Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7利用集成光學(xué)技術(shù)，使 構(gòu)成光纖干涉儀最小互易性結(jié)構(gòu)的幾種無源光學(xué)器件以集成光波導(dǎo)的形式連接在一起，從 而提高了系統(tǒng)工作的可靠性。所述光源1、光接收模塊2、2X2光纖耦合器8和Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7采 用光纖進(jìn)行連接。所述Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器7、2X2保偏光纖耦合器10、λ/4延遲器11、傳 感光纖12和反射鏡13之間采用保偏光纖進(jìn)行連接，使單模光保持單偏振狀態(tài)，從而消除光 纖雙折射變化對(duì)產(chǎn)品性能的影響。。圖1表示的互易性結(jié)構(gòu)是全光纖電流互感器的基本原理結(jié)構(gòu)圖，能完全保證全光 纖電流互感器在無磁場(chǎng)狀態(tài)下正反兩方向光波的光程相等。所述傳感光纖線圈12為超低雙折射光纖或普通低雙折射單模光纖，圍繞高壓電 流母線纏繞若干圈。λ /4延遲器11將來自2X2保偏光纖耦合器10的線偏振光轉(zhuǎn)換為圓 偏振光，即χ軸的線偏振光轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光、Y軸的線偏振光轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光。兩個(gè)圓偏振光經(jīng)過傳感光纖線圈12到達(dá)端面的反射鏡13，信號(hào)被全反射，并沿著傳感光纖線 圈12反向傳播，左旋圓偏振光變?yōu)橛倚龍A偏振光、右旋圓偏振光變?yōu)樽笮龍A偏振光。λ/4 延遲器11將反向傳播的圓偏振光轉(zhuǎn)換為線偏振光，即右旋圓偏振光轉(zhuǎn)換為χ軸線偏振光、 左旋圓偏振光轉(zhuǎn)換為y軸線偏振光。所述傳感光纖端面采用法拉第旋轉(zhuǎn)平面鏡，使得光被反射的同時(shí)，光的偏振面旋 轉(zhuǎn)90°，然后再耦合到傳感光纖中實(shí)現(xiàn)了雙倍調(diào)制，不但使靈敏度可以提高一倍，而且有效 地抵消圓雙折射對(duì)光路的影響，尤其能夠完全消除相位調(diào)制器15中任何互易性的雙折射， 系統(tǒng)抗干擾能力更強(qiáng)。這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例 中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí) 施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明 的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、 材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn) 行其他變形和改變。
權(quán)利要求
一種全光纖電流互感器，包括光源(1)、光接收模塊(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)、數(shù)字解調(diào)器(4)、微處理器(5)、調(diào)制驅(qū)動(dòng)器(6)、光纖耦合器(8)，其中光源(1)和光纖耦合器(8)的的輸入端相連，光接收模塊(2)和光纖耦合器(8)的另一輸入端相連，光接收模塊(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)、數(shù)字解調(diào)器(4)、微處理器(5)依次相連，其特征在于還包括Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器(7)、保偏光纖耦合器(10)、λ/4延遲器(11)、傳感光纖(12)和反射鏡(13)；數(shù)字解調(diào)器(4)通過調(diào)制驅(qū)動(dòng)器(6)和Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器(7)相連，光纖耦合器(8)的輸出端和Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器(7)相連，Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器(7)分別通過保偏延遲光纖(9)和保偏光纖(17)與保偏光纖耦合器(10)的兩個(gè)輸入端相連，保偏光纖耦合器(10)的任一輸出端和λ/4延遲器(11)相連、傳感光纖(12)從λ/4延遲器(11)處接出，末端安裝一個(gè)反射鏡(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光纖電流互感器，其特征在于所述的Y分支集成光 學(xué)相位調(diào)制器(7)是由起偏器(15)、分支器(16)和光相位調(diào)制器(17)組成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全光纖電流互感器，其特征在于所述Y分支集成光 學(xué)相位調(diào)制器(7)、保偏光纖耦合器(10)、λ/4延遲器(11)、傳感光纖(12)和反射鏡(13) 采用保偏光纖進(jìn)行連接，使單模光保持單偏振狀態(tài)，從而消除光纖雙折射變化對(duì)產(chǎn)品性能 的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全光纖電流互感器，其特征在于從λ/4延遲器 (11)處接出的傳感光纖(12)纏繞在被測(cè)電流導(dǎo)線上，形成傳感光纖環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全光纖電流互感器的工作方法，其特征在于包括 如下步驟a、光源(1)的光通過光纖耦合器(8)進(jìn)入Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器(7)中；b、光在Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器(7)中的起偏器(14)經(jīng)相位調(diào)制后等分為χ和y 兩個(gè)模式的線偏振光；相位調(diào)制器(15)根據(jù)來自數(shù)字解調(diào)器(4)的調(diào)制信號(hào)對(duì)兩路正交化 的線偏振光進(jìn)行同步調(diào)制，然后Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器(7)將線偏振光通過保偏延遲 光纖(9)和保偏光纖(17)輸入到保偏光纖耦合器(10)內(nèi)；c、線偏振光通過保偏光纖進(jìn)入λ/4延遲器(11)內(nèi)被轉(zhuǎn)換為圓偏振光，即χ軸的線偏 振光轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光、Y軸的線偏振光轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光；d、兩個(gè)光束在圍繞導(dǎo)線的傳感光纖(12)中傳播，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)遇到反射鏡(13)，光線沿 同樣的路徑返回，導(dǎo)線中的電流由于法拉第效應(yīng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)光纖中的光線環(huán)繞導(dǎo)線傳播 時(shí)，由于磁場(chǎng)的作用使得右旋圓偏光和左旋圓偏光的傳輸速度不同，從而形成相差，當(dāng)兩束 圓偏光傳輸?shù)絺鞲泄饫w末端時(shí)，發(fā)生鏡面反射，兩束圓偏光在模式互換左旋變右旋，右旋變 左旋后沿原光路返回，效應(yīng)加倍，并且在λ /4延遲器處再次轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒M正交的線偏光 模式也互換了；e、由于保偏延遲光纖的延遲作用，攜帶法拉第效應(yīng)相位信息的兩束光在返回到Y(jié)分支 集成光學(xué)相位調(diào)制器⑵內(nèi)的的起偏器(14)處發(fā)生干涉，干涉結(jié)果由光纖耦合器⑶進(jìn)入 光接收模塊(2)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦畔?，然后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，模數(shù) 轉(zhuǎn)換器(3)的輸出接入數(shù)字解調(diào)器(4)，數(shù)字解調(diào)器(4)把模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)得到的干涉交 流電信號(hào)的前后半周期各采多個(gè)點(diǎn)，分別作累加，經(jīng)過微處理器(5)處理，最終得到解調(diào)信 肩、ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全光纖電流互感器及其方法，目的在于解決現(xiàn)有的電磁式電流互感器易受電磁干擾、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、存在磁飽和現(xiàn)象等不足。本發(fā)明技術(shù)方案為光源輸出的光在Y分支集成光學(xué)相位調(diào)制器被解調(diào)為X軸和Y軸兩路線偏振光，進(jìn)入λ/4延遲器被轉(zhuǎn)換成左旋和右旋兩路圓偏振光，導(dǎo)線中的電流由于法拉第效應(yīng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)光纖中的光線環(huán)繞導(dǎo)線傳播時(shí)攜帶法拉第效應(yīng)相位信息的兩束光在返回到Y(jié)分支集成光學(xué)相位調(diào)制器處發(fā)生干涉，干涉結(jié)果由光纖耦合器進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng)得到測(cè)量處的法拉第效應(yīng)相位信息。采用光纖作為傳感介質(zhì)，不存在鐵磁共振和磁至飽和的隱患，同時(shí)具有檢測(cè)精度高、環(huán)境適應(yīng)性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R15/24GK101915866SQ20101023180
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者仝芳軒, 周正仙, 席剛, 楊斌, 皋魏 申請(qǐng)人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司