專利名稱：全光纖電流互感器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于電力測量領域，具體是一種全光纖電流互感器。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，計量和保護的需要，使得對高壓輸電線路中的電流進行實時測 量成為必須的任務。傳統(tǒng)的高壓電流測量系統(tǒng)是充油式電流互感器(CurrentTnmsducer， 簡稱CT)，其傳感探頭利用電磁感應原理，信號通過導線傳輸，主要缺點是易受電磁干 擾、絕緣困難。為解決高壓隔離及電磁干擾問題，進而造成其傳輸線路非常笨重，整個 系統(tǒng)體積龐大，造價昂貴。相比之下，近年來廣受關(guān)注的光學電流互感器(Optical Cutrent Transducers,簡稱OCT)，以其高絕緣性、抗高電磁噪聲、高線性度響應等諸多優(yōu)點，被 認為是電流互感器的發(fā)展趨勢，有著廣闊的應用前景。光學電流互感器的研究始于上世紀70年代，經(jīng)過三十多年的探索，許多關(guān)鍵技 術(shù)取得突破，并形成了各種各樣的類型和結(jié)構(gòu)，大體上可分為全光纖型、塊狀玻璃型 和混合型三種。其中全光纖型和塊狀玻璃型OCT主要利用了光學材料的法拉第效應。全 光纖型OCT采用光纖作為傳感材料，具有柔軟可彎曲、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可 靠性高、易與傳輸光纖耦合、可長距離傳輸、便于與計算機連接組成遙測網(wǎng)絡等優(yōu)點。 而塊狀玻璃型OCT是為克服光纖型OCT的靈敏度低、線性雙折射問題而出現(xiàn)的，主要缺 點是傳感頭加工精度要求較高，加工時易碎裂、光路耦合難度大、因而成本較高，不易 于產(chǎn)業(yè)化。而混合型電流互感器則是利用傳統(tǒng)的電磁式互感器作為傳感頭，光纖只是用 于信號傳輸，存在的問題是傳感頭部分涉及到有源電路，供電相當困難，有待突破，而 且沒有從本質(zhì)上解決電磁干擾的問題。目前，上述三種結(jié)構(gòu)的OCT都有掛網(wǎng)運行的經(jīng)歷 及產(chǎn)品出現(xiàn)，但相對而言，全光纖型OCT具有更為明顯的優(yōu)越性，更能滿足實際需求， 尤其是，近年來隨著光纖線性雙折射問題這一關(guān)鍵技術(shù)難點的突破，該類型的OCT的產(chǎn) 業(yè)化前景呈現(xiàn)出一片光明。全光纖型電流互感器研究起步最早，1977年英國電力研究中心的A.J.Rogers和 A.M.Smith等人分別對全光纖OCT的原理進行了分析，并在實驗室對實驗裝置進行試驗 獲得成功，于1979年安裝在發(fā)電站試運行。而后，德國A.Papp等人對全光纖式OCT的 原理、構(gòu)成、特性、測量及信號處理進行了系統(tǒng)專題研究。從90年代起，工作進一步深 入，許多作者在解決溫度及振動對測量精度的影響方面進行了大量的研究，使得研制工 作均取得了顯著的進展。其中，NxtPhase公司研制的230kV和138kV兩個等級的全光纖 型OCT，目前已通過各種工業(yè)性試驗，進入商業(yè)生產(chǎn)階段。在國內(nèi)，全光纖型OCT的研 究主要集中在關(guān)鍵技術(shù)的研究，產(chǎn)品化的研制還處于起步階段，未見掛網(wǎng)運行的報道。現(xiàn)有技術(shù)中的全光纖型電流互感器一般通過偏振計量技術(shù)對線偏振光的偏振態(tài) 的改變達到測量電流的目的，這種測量方式中，由于光傳輸路徑存在非互易性，系統(tǒng)易 受光纖雙折射、環(huán)境溫度、振動等因素的影響。使得這種結(jié)構(gòu)的OCT長期以來在測量精 度、長期運行的可靠性等方面難以滿足實際要求。
實用新型內(nèi)容本實用新型通過測量電流對圓偏振光的傳輸速度的改變達到測量電流的目的， 再輔以法拉第反射鏡技術(shù)，構(gòu)成互易性很好的光路，可以有效抑制光纖雙折射、環(huán)境溫 度、振動等因素對系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性的影響，從而實現(xiàn)高精度、高可靠測量，實現(xiàn)其產(chǎn) 品化。本實用新型具體采用如下技術(shù)方案一種全光纖電流互感器，包括采用光纜連接的傳感光纖和電子傳感器，其特征 是，所述電子傳感器包括依次采用光纜連接的光源、光耦合器、起偏器和偏振光調(diào)制 器，還包括與光耦合器光纜連接的差分光接收裝置，所述差分光接收裝置還與接信號處 理器電氣連接；在傳感光纖上設有兩個法拉第反射鏡。在傳感光纖和電子傳感器之間還設有保偏光纖。本實用新型的有益效果在于(1)采用測量圓偏振光傳輸速度差的方式，從本質(zhì)上減低了光纖雙折射的影 響；(2)采用目前已經(jīng)商用的超低雙折射光纖作為傳感光纖，進一步減小了光纖雙折 射的影響；(3)采用法拉第反射鏡實現(xiàn)了互易的光路結(jié)構(gòu)，抑制了環(huán)境溫度、振動等因素的 影響；(4)采用差分光接收，消除了光源功率不穩(wěn)定因素的影響；(5)采用偏振光調(diào)制技術(shù)，實現(xiàn)測量信號的頻譜搬移，提高了檢測精度和抑制了 漂移的影響。

圖1是本實用新型原理框圖。圖中，1-光源，2-差分光接收器，3-光耦合器，4-起偏器，5-偏振光調(diào)制器， 6_信號處理器，7-保偏光纖，8-傳感光纖，9-導線，10-法拉第反射鏡。
具體實施方式
如圖1所示，電子傳感器包括光源1、差分光接收器2、光耦合器3、起偏器4、 偏振光調(diào)制器5、信號處理器6，作為室內(nèi)部分；保偏光纖7、傳感光纖8、法拉第反射鏡 10作為室外部分。光源1發(fā)出的光被送入光纖，經(jīng)光耦合器3將光信號分為兩個光信號，然后在起 偏器4內(nèi)分為兩個偏振態(tài)互為垂直的線偏振光。這兩個線偏振光經(jīng)偏振光調(diào)制器5調(diào)制， 消除功率帶來的影響，然后經(jīng)保偏光纖7，送到法拉第反射鏡10中，將兩個互為垂直的 線偏光分別變換為右旋和左旋圓偏光，并送入環(huán)繞在電流導線9周圍的傳感光纖8中，根 據(jù)法拉第效應，電流導線9周圍的感應磁場將使通過磁場的右旋和左旋圓偏光具有不同 的傳輸速度。傳輸速度差的大小正比于磁場的強弱，因而也正比與導線9中的電流。然 后光信號被法拉第反射鏡10反射回光纖，反射光的偏振特性發(fā)生互換，即原先的右旋圓偏光反射后變?yōu)樽笮€偏光，而左旋圓偏光則變?yōu)橛倚€偏光。反射回的光沿光纖原路 回傳，再次經(jīng)歷法拉第效應，由于法拉第效應的非互易性，當光信號沿原路返回時，兩 偏振光之間的速度差不是抵消而是翻倍。返回的偏振光在差分光接收器2直接轉(zhuǎn)換為光 功率變化，并進一步轉(zhuǎn)換為電信號，電信號進入信號處理器6中處理。此外，在本方案 中，在保偏光纖7的入射端，通過偏振光調(diào)制器5對兩垂直偏振光之間的相位差進行周期 預調(diào)制，從而將測量信號的頻譜搬移到調(diào)制頻率上，以提高檢測精度和抑制直流漂移。 在本實用新型中，兩個偏振態(tài)的光經(jīng)歷的過程完全是對等的，也就是說，光路 系統(tǒng)是互易的?；ヒ紫到y(tǒng)對互易性的影響(如光纖雙折射、溫度、振動等)是可以互 為抵消的，而對于非互易性的法拉第效應則是翻倍的。因此，本實用新型可以有效抑制 光纖雙折射、溫度、振動等的影響。具有實現(xiàn)高精度、高可靠測量的潛力。
權(quán)利要求1.一種全光纖電流互感器，包括采用光纜連接的傳感光纖和電子傳感器，其特征 是，所述電子傳感器包括依次采用光纜連接的光源、光耦合器、起偏器和偏振光調(diào)制 器，還包括與光耦合器光纜連接的差分光接收裝置，所述差分光接收裝置還與接信號處 理器電氣連接；在傳感光纖上設有兩個法拉第反射鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖電流互感器，其特征是，在傳感光纖和電子傳感器之 間還設有保偏光纖。
專利摘要一種全光纖電流互感器，屬于電力測量領域，包括采用光纜連接的傳感光纖和電子傳感器，其特征是，所述電子傳感器包括依次采用光纜連接的光源、光耦合器、起偏器和偏振光調(diào)制器，還包括與光耦合器光纜連接的差分光接收裝置，所述差分光接收裝置還與接信號處理器電氣連接；在傳感光纖上設有兩個法拉第反射鏡。本實用新型可以有效抑制光纖雙折射、溫度、振動等的影響，具有實現(xiàn)高精度、高可靠測量的潛力。
文檔編號G01R15/24GK201804036SQ20102053180
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者王波, 耿玉桐 申請人:淄博思科電子技術(shù)開發(fā)有限公司