一種光學(xué)電流傳感器及高頻信號測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種光學(xué)電流傳感器及高頻信號測量系統(tǒng)，該光學(xué)電流傳感器包括光學(xué)傳感部件、保偏光纖、絕緣子和解調(diào)模塊，光學(xué)傳感部件、保偏光纖和解調(diào)模塊依次連接，光學(xué)傳感部件由絕緣子支撐，保偏光纖位于絕緣子的內(nèi)腔；光學(xué)傳感部件包括第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)以及均采用非金屬材料的第一波片、第一反射鏡、第二波片、第二反射鏡和支架，第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)感應(yīng)的電流方向相反；解調(diào)模塊輸出兩路線偏振光經(jīng)保偏光纖至光學(xué)傳感部件并通過保偏光纖接收返回的兩路攜帶被測電流信息的線偏振光后基于差分感應(yīng)進行運算處理得到被測電流。該光學(xué)電流傳感器能夠完成對高頻信號的測量，提高測量準確度和可靠性。
【專利說明】一種光學(xué)電流傳感器及高頻信號測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電力設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種光學(xué)電流傳感器及采用該光學(xué)電流傳感器的高頻信號測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電流傳感器是電力系統(tǒng)中繼電保護與電能計量的重要設(shè)備，用來測量傳輸中的電流大小，并將測量到的電流大小發(fā)送至測量儀器和繼電保護裝置。其長期穩(wěn)定性、可靠性、安全性與電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行密切相關(guān)。電力系統(tǒng)中目前使用較多的電流傳感器主要是基于電磁感應(yīng)原理，會從一次電流上互相感應(yīng)能量，基于此種原理的傳統(tǒng)的電流傳感器在低頻情況(如50Hz)下且當(dāng)電壓不太高電流不太大的情況下還可以滿足需求，當(dāng)在數(shù)百千伏高電壓和幾萬安培的電流環(huán)境下，傳統(tǒng)的電流傳感器往往出現(xiàn)絕緣性不夠而擊穿，受電磁干擾嚴重而誤動，乃至出現(xiàn)短路、爆炸等安全隱患。由于高頻電流的趨膚效應(yīng)和其周圍高頻電磁場的散射干擾較大，電力系統(tǒng)中常用的傳統(tǒng)的電流器的性能不能滿足絕緣要求和抗電磁干擾的要求，故在高壓大電流條件下的高頻信號測量中此類有源傳感器更是無法使用。從一次端感應(yīng)的能量可以使設(shè)備燒毀，惡劣的電磁環(huán)境也足以使設(shè)備失靈。一次高壓母線與電流傳感器之間的能量互相耦合還可能影響到一次母線電流傳輸安全。
[0003]基于法拉第磁光效應(yīng)的光學(xué)電流傳感器目前主要用于電力系統(tǒng)低頻信號測量，由于其靠近一次側(cè)的光學(xué)傳感部件的支撐架通常用鋁合金材料，故在測高頻信號時也會存在輻射干擾影響的問題。而且目前電力系統(tǒng)常規(guī)光學(xué)電流傳感器會受振動等因素的影響，存在共模噪聲，導(dǎo)致高頻信號測量的準確度和可靠性降低；此外，用于低頻測量的光學(xué)電流傳感器直接用于測高頻信號時會使得同等采樣頻率下采樣周波數(shù)變少，信噪比降低，進一步導(dǎo)致高頻信號測量的準確度降低，故目前電力系統(tǒng)常規(guī)光學(xué)電流傳感器也不能滿足高頻信號測量的要求。
[0004]高壓大電流條件下的高頻信號測量，目前還沒有成型的成套裝置。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型針對傳統(tǒng)的電流傳感器和目前電力系統(tǒng)常規(guī)光學(xué)電流傳感器均不適用于高壓大電流條件下的高頻信號測量的問題，提供一種新型的光學(xué)電流傳感器，能夠完成對高頻信號的測量，提高測量準確度和可靠性。本實用新型還涉及一種采用上述光學(xué)電流傳感器的高頻信號測量系統(tǒng)。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，包括光學(xué)傳感部件、保偏光纖、絕緣子和解調(diào)模塊，所述光學(xué)傳感部件、保偏光纖和解調(diào)模塊依次連接，所述光學(xué)傳感部件由絕緣子支撐，所述保偏光纖位于絕緣子的內(nèi)腔；所述光學(xué)傳感部件包括第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)以及均采用非金屬材料的第一波片、第一反射鏡、第二波片、第二反射鏡和支架，所述保偏光纖包括第一保偏光纖和第二保偏光纖，所述第一傳感光纖環(huán)的末端連接第一反射鏡，第一傳感光纖環(huán)的另一端通過第一波片連接第一保偏光纖，所述第二傳感光纖環(huán)的末端連接第二反射鏡，第二傳感光纖環(huán)的另一端通過第二波片連接第二保偏光纖，所述支架為具有卡槽的兩個或兩個以上的弧形部件可拆卸構(gòu)成的閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述各弧形部分的卡槽組合形成閉合環(huán)狀，所述第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)均繞制在卡槽內(nèi)且繞制方向相反，所述第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)感應(yīng)的電流方向相反；所述解調(diào)模塊輸出兩路線偏振光經(jīng)保偏光纖至光學(xué)傳感部件并通過保偏光纖接收返回的兩路攜帶被測電流信息的線偏振光后基于差分感應(yīng)進行運算處理得到被測電流。
[0008]所述解調(diào)模塊包括光源、耦合器、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第一探測器、第二探測器和差分處理模塊，所述耦合器分別與光源、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器和第一探測器和第二探測器相連，所述第一相位調(diào)制器與第一保偏光纖相連，所述第二相位調(diào)制器與第二保偏光纖相連，所述第一探測器和第二探測器均與差分處理模塊相連，所述差分處理模塊分別與第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器相連。
[0009]所述差分處理模塊包括第一 AD轉(zhuǎn)換器、第二 AD轉(zhuǎn)換器、第三AD轉(zhuǎn)換器、第四AD轉(zhuǎn)換器、第一運算處理模塊、第一 DA轉(zhuǎn)換器、第二運算處理模塊、第二 DA轉(zhuǎn)換器和補償模塊，所述第一探測器分別與第一 AD轉(zhuǎn)換器和第二 AD轉(zhuǎn)換器相連，所述第二探測器分別與第三AD轉(zhuǎn)換器和第四AD轉(zhuǎn)換器相連，所述第一 AD轉(zhuǎn)換器和第三AD轉(zhuǎn)換器均與第一運算處理模塊相連，所述第二 AD轉(zhuǎn)換器和第四AD轉(zhuǎn)換器均與第二運算處理模塊相連，所述第一運算處理模塊通過第一 DA轉(zhuǎn)換器與第一相位調(diào)制器相連，所述第二運算處理模塊通過第二 DA轉(zhuǎn)換器與第二相位調(diào)制器相連，所述第一運算處理模塊和第二運算處理模塊均與補償模塊相連。
[0010]所述耦合器包括第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器，所述第一耦合器分別與光源、第二耦合器和第三耦合器相連，所述第二耦合器分別與第一相位調(diào)制器和第一探測器相連，所述第三耦合器分別與第二相位調(diào)制器和第二探測器相連。
[0011 ] 所述光學(xué)傳感部件中的第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)繞制圈數(shù)相同，所述第一波片與第一反射鏡在支架的出線口位置重合，所述第二波片與第二反射鏡在支架的出線口位置重合。
[0012]所述卡槽為在支架的兩側(cè)端面對稱設(shè)置的大小相同的兩個閉合環(huán)狀，或所述卡槽為沿支架的外環(huán)表面并排設(shè)置的兩個閉合環(huán)狀，以分別容納第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)。
[0013]所述光學(xué)傳感部件還包括多個將第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)限制在卡槽內(nèi)的非金屬的擋板，所述擋板的數(shù)量為4至16個。
[0014]所述光學(xué)傳感部件還包括覆蓋卡槽的非金屬的蓋板，在卡槽內(nèi)纏繞第一傳感光纖和第二傳感光纖后，所述蓋板通過非金屬螺釘固定。
[0015]一種高頻信號測量系統(tǒng)，其特征在于，采用上述的光學(xué)電流傳感器，還包括相互連接的光纖收發(fā)器和上位機，所述光纖收發(fā)器與光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊相連。
[0016]包括兩個或兩個以上的光學(xué)電流傳感器，還包括數(shù)字信號處理機，所述光纖收發(fā)器通過數(shù)字信號處理機與光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊相連，所述數(shù)字信號處理機接收各光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊的被測電流數(shù)據(jù)，進行同步打包處理后由光纖收發(fā)器傳給上位機，所述上位機對多路被測電流數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計運算處理。[0017]本實用新型的技術(shù)效果如下:
[0018]本實用新型提供的光學(xué)電流傳感器，包括光學(xué)傳感部件、保偏光纖、絕緣子和解調(diào)模塊，解調(diào)模塊輸出兩路線偏振光經(jīng)保偏光纖至光學(xué)傳感部件，光學(xué)傳感部件采用絕緣性能良好的兩個傳感光纖環(huán)對待測高頻電流信號分別進行感應(yīng)，根據(jù)法拉第磁光效應(yīng)，高壓母線或電極上高頻電流形成的環(huán)形磁場調(diào)制光學(xué)傳感部件中的光相位，從而改變?nèi)肷渚€偏振光的偏振角，分別形成兩路攜帶被測電流信息的線偏振光，且攜帶的被測電流方向相反，這兩路線偏振光分別經(jīng)過光學(xué)傳感部件中的第一傳感光纖環(huán)末端的第一反射鏡以及第二傳感光纖環(huán)末端的第二反射鏡反射后通過兩保偏光纖返回到解調(diào)模塊，由于兩傳感光纖環(huán)繞制方向相反，其感應(yīng)的電流方向相反，但攜帶相同的共模噪聲，即光學(xué)傳感部件采用差分感應(yīng)，解調(diào)模塊基于差分感應(yīng)進行運算處理能夠直接得到被測電流，數(shù)據(jù)處理上能降低甚至基本消除共模噪聲，降低振動等因素的影響，完成高頻信號測量。本實用新型光學(xué)電流傳感器基于法拉第磁光效應(yīng)，不需要從一次端取能，靠近一次端的光學(xué)傳感部件產(chǎn)生磁光工作的是第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)，相對電信號不容易受到電磁干擾，更不會對一次端造成干擾，避免了現(xiàn)有的基于電磁感應(yīng)原理的傳統(tǒng)電流傳感器由于受到電磁干擾嚴重導(dǎo)致出現(xiàn)短路、爆炸等安全隱患的問題，同時也避免了目前電力系統(tǒng)常規(guī)光學(xué)電流傳感器由于存在輻射干擾影響以及由于受到振動等因素的影響不適用于高頻信號測量的問題，本實用新型的光學(xué)電流傳感器提高了測量精度，同時滿足雙備份的要求，而且也提供光路冗余，增強高頻信號測量的可靠性。此外，由于光纖傳感部件中設(shè)置有兩套傳感光纖環(huán)以及與其連接的波片和反射鏡，形成兩路信號，這兩路信號之間還可以互相檢驗，進一步提高該光學(xué)電流傳感器的可靠性能。
[0019]此外，由于高頻信號的輻射效應(yīng)，在光學(xué)傳感部件中，除了第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)是絕緣材料以外，其余相關(guān)安裝結(jié)構(gòu)及配件也采用非金屬材料，以防止因輻射等因素對高壓母線或電極的高頻信號造成干擾，提高光學(xué)傳感部件的絕緣性能，避免了安全隱患，滿足高壓大電流下高頻測量的環(huán)境要求。針對產(chǎn)生高頻信號的高壓母線或電極拆卸困難的情況，將光學(xué)傳感部件設(shè)計為可拆卸的閉合環(huán)狀的支架結(jié)構(gòu)，支架上設(shè)置有容納兩傳感光纖環(huán)的卡槽，該設(shè)計能夠開口組合安裝光學(xué)傳感部件，兩傳感光纖環(huán)在現(xiàn)場圍繞卡槽分別沿相反方向進行柔性繞制，可以理解為是兩傳感光纖環(huán)在現(xiàn)場圍繞高壓母線或電極進行柔性繞制，降低了施工難度，安裝方便，無需拆卸高壓母線或電極，也方便日常維護更換。將絕緣子作為光學(xué)傳感部件支撐，使得一次側(cè)的光學(xué)傳感部件通過保偏光纖穿過絕緣子和二次側(cè)的解調(diào)模塊連接，絕緣子是本實用新型光學(xué)電流傳感器中的重要支撐和絕緣控件。本實用新型的光學(xué)電流傳感器絕緣性能和抗電磁干擾性能良好、測量頻帶寬尤其適用于高頻信號測量，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、易操作、高效、安全等優(yōu)點。
[0020]設(shè)置解調(diào)模塊包括光源、耦合器、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第一探測器、第二探測器和差分處理模塊，使得解調(diào)模塊中的電信號上也有雙通道，既能起到進一步備份作用，兩路信號之間在互不干擾的情況下還可以互相檢驗，進一步提高本實用新型光學(xué)電流傳感器的可靠性。
[0021]設(shè)置光學(xué)傳感部件中的第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)繞制圈數(shù)相同，均繞制一圈或多圈，第一波片與第一反射鏡在支架的出線口位置重合，第二波片與第二反射鏡在支架的出線口位置重合，該設(shè)置能夠進一步保證兩路信號攜帶的被測高頻電流的大小相同，攜帶的共模噪聲一致，通過解調(diào)模塊的差分感應(yīng)運算處理，使得到的被測高頻電流的準確度進一步提高。
[0022]設(shè)置卡槽為在支架的兩側(cè)端面對稱設(shè)置的大小相同的兩個閉合環(huán)狀，或?qū)⒖ú墼O(shè)計為沿支架的外環(huán)表面并排設(shè)置的兩個閉合環(huán)狀，以分別容納第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)，這樣第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)可分別在兩個平行對稱的卡槽內(nèi)纏繞，相比繞制在同一卡槽，在兩個卡槽內(nèi)分別纏繞傳感光纖環(huán)更為方便，無需考慮兩傳感光纖環(huán)交錯纏繞的問題，保證了被測高頻電流信號的強度大小，進一步提高光學(xué)電流傳感器的高頻測量準確性。
[0023]本實用新型提供的高頻信號測量系統(tǒng)，采用本實用新型所述的光學(xué)電流傳感器，還包括相互連接的光纖收發(fā)器和上位機，光纖收發(fā)器與光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊相連，解調(diào)模塊將測得的高頻電流信號傳通過光纖收發(fā)器傳輸至上位機，由上位機將測得的高頻電流信號數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計運算處理。該高頻信號測量系統(tǒng)可設(shè)置一個或多個本實用新型的光學(xué)電流傳感器，當(dāng)連接多個時，是將各光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊均與數(shù)字信號處理機相連，數(shù)字信號處理機接收各解調(diào)模塊的被測電流數(shù)據(jù)，進行脈沖時間信號同步打包處理后由光纖收發(fā)器傳給上位機，由上位機對多路被測電流數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計運算處理。本實用新型高頻信號測量系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)簡單、易操作、高效、安全的光學(xué)電流傳感器，避免了傳統(tǒng)的電流傳感器和目前電力系統(tǒng)常規(guī)光學(xué)電流傳感器均不適用于高壓大電流條件下的高頻信號測量的問題，能夠完成對高頻信號的測量，提高測量準確度和可靠性，并能夠?qū)y得的一路或多路高頻電流信號數(shù)據(jù)進行同步打包處理，輸出標準格式給上位機，通過上位機提取出測得的高頻電流數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計運算處理，可以將測得的高頻電流數(shù)據(jù)按照需要實時或定時等要求進行統(tǒng)計運算處理，滿足電力設(shè)備領(lǐng)域的多元化需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型光學(xué)電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2a和圖2b均為本實用新型光學(xué)電流傳感器中的光學(xué)傳感部件的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3為本實用新型光學(xué)電流傳感器的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4為本實用新型光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊的第一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5為本實用新型光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊的第二種優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖6為本實用新型高頻信號測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖7為本實用新型高頻信號測量系統(tǒng)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中各標號列示如下:
[0032]I 一光學(xué)傳感部件；2 —保偏光纖；3 —絕緣子；4 一解調(diào)模塊；5 —通信光纜；6 —數(shù)據(jù)接口線；11 一第一傳感光纖環(huán)；12 —第二傳感光纖環(huán)；13 —第一反射鏡；14 —第二反射鏡；15 —第一波片；16 —第二波片；17 —支架；18 —卡槽；19 一蓋板；21 —第一保偏光纖；22 —第二保偏光纖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本實用新型進行說明。[0034]本實用新型涉及一種光學(xué)電流傳感器，用于電力系統(tǒng)中的電流測量，尤其可以用于高壓大電流的高頻電流測量，如高壓母線或電極上的高頻電流測量。該光學(xué)電流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括光學(xué)傳感部件1、保偏光纖2、絕緣子3和解調(diào)模塊，其中，光學(xué)傳感部件1、保偏光纖2和解調(diào)模塊依次連接，光學(xué)傳感部件I由絕緣子3支撐，保偏光纖2位于絕緣子3的內(nèi)腔,絕緣子3的內(nèi)腔填充有絕緣介質(zhì)。該絕緣子3在高頻測量中的材料優(yōu)選為高頻瓷。
[0035]光學(xué)傳感部件I中設(shè)置有兩對傳感光纖環(huán)，在各傳感光纖環(huán)的兩端連接有反射鏡和波片，如圖2a和圖2b所不的光學(xué)傳感部件結(jié)構(gòu),包括第一傳感光纖環(huán)11和第二傳感光纖環(huán)12以及均米用非金屬材料的第一反射鏡13、第二反射鏡14、第一波片15、第二波片16和支架17，第一傳感光纖環(huán)11的末端連接第一反射鏡13，第一傳感光纖環(huán)11的另一端連接第一波片15，第二傳感光纖環(huán)12的末端連接第二反射鏡14，第二傳感光纖環(huán)12的另一端連接第二波片16。支架17為具有卡槽18的兩個或兩個以上的弧形部件可拆卸構(gòu)成的閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)(如支架17可以由兩個對稱的半環(huán)組成)，各弧形部分的卡槽18組合形成閉合環(huán)狀，圖2b為部分結(jié)構(gòu)圖。第一傳感光纖環(huán)11和第二傳感光纖環(huán)12均繞制在卡槽18內(nèi)且繞制方向相反，第一傳感光纖環(huán)11和第二傳感光纖環(huán)12感應(yīng)的電流方向相反。
[0036]第一傳感光纖環(huán)11和第二傳感光纖環(huán)12均可分別繞制一圈或繞制相同或不同的多圈，在第一傳感光纖環(huán)11和第二傳感光纖環(huán)12的中心軸設(shè)置被測的高壓母線或電極，高壓母線或電極上被測的高頻電流形成環(huán)形磁場，第一傳感光纖環(huán)11和第二傳感光纖環(huán)12沿著該環(huán)形磁場方向設(shè)置。圖2a為光學(xué)傳感部件的優(yōu)選結(jié)構(gòu)圖，優(yōu)選設(shè)置第一傳感光纖環(huán)11和第二傳感光纖環(huán)12繞制圈數(shù)相同,還可優(yōu)選設(shè)置第一波片15與第一反射鏡13在支架17的出線口位置重合，第二波片16與第二反射鏡14在支架17的出線口位置重合，從而在結(jié)構(gòu)上更加滿足安培閉合環(huán)路的要求，上述優(yōu)選設(shè)置能夠進一步保證兩傳感光纖環(huán)感應(yīng)的兩路信號的被測高頻電流的大小相同，攜帶的共模噪聲一致。
[0037]本實用新型光學(xué)電流傳感器的工作原理如下:解調(diào)模塊輸出兩路線偏振光經(jīng)保偏光纖2至光學(xué)傳感部件I。待測高頻電流信號通過光學(xué)傳感部件I中絕緣性能良好的第一傳感光纖環(huán)11和第二傳感光纖環(huán)12進行感應(yīng)。根據(jù)法拉第磁光效應(yīng)，母線上高頻電流形成的環(huán)形磁場調(diào)制光學(xué)傳感部件I中的光相位，從而改變?nèi)肷渚€偏振光的偏振角，通過檢測偏振光的相位變化從而獲得高壓母線或電極的高頻電流信息。具體是，第一波片15 (或第二波片16)將解調(diào)模塊送來的一路線偏振光轉(zhuǎn)成速度相同旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光，在待測電流的磁場作用下，一束圓偏振光速度加快，另一束圓偏振光速度變慢，因而在第一傳感光纖環(huán)11 (或第二傳感光纖環(huán)12)中傳播時逐漸產(chǎn)生相位差。根據(jù)安培環(huán)路定律，該相位差與待測高頻電流成正比，兩束圓偏振光經(jīng)過第一傳感光纖環(huán)11末端的第一反射鏡13(或第二傳感光纖環(huán)12末端的第二反射鏡14)反射后分別原路返回到第一波片15 (或第二波片16)位置，從圓偏振光又轉(zhuǎn)化為線偏振光，返回解調(diào)模塊，此時的線偏振光已經(jīng)附帶了待測高頻電流的信息。攜帶被測高壓母線或電極高頻電流信息的線偏振光通過第一保偏光纖21 (或第二保偏光纖22)返回到解調(diào)模塊，解調(diào)模塊檢測線偏振光的偏振相位變化并基于差分感應(yīng)進行運算處理，從而獲得被測的高壓母線或電極的高頻電流信息。
[0038]攜帶被測高壓母線或電極高頻電流信息的兩路線偏振光，同時也攜帶了共模噪聲，高壓母線或電極的高頻電流對兩路線偏振光的相位調(diào)制大小一致，兩路高頻電流方向相反，等同于差分信號，包含差分相位信息的光信號傳到解調(diào)模塊進行后續(xù)處理，通過解調(diào)模塊的差分感應(yīng)運算處理，能夠有效降低共模噪聲，使得到的被測電流的準確度進一步提聞。
[0039]光學(xué)傳感部件中的第一傳感光纖環(huán)11和第二傳感光纖環(huán)12設(shè)置在支架17的卡槽18內(nèi)，可以共同設(shè)置在一個卡槽內(nèi)，或者分別設(shè)置在兩個卡槽內(nèi)。當(dāng)設(shè)置為兩個卡槽時，這兩個卡槽可以是在支架17的兩側(cè)端面對稱設(shè)置的大小相同的兩個閉合環(huán)狀，兩個光纖傳感環(huán)分別順著支架這兩側(cè)端面的卡槽在互為相反的方向柔性繞制。當(dāng)然，這兩個卡槽還可以是沿支架17的外環(huán)表面并排設(shè)置的兩個閉合環(huán)狀，即兩個卡槽均設(shè)置在同一外環(huán)表面，兩個光纖傳感環(huán)分別沿著同一外環(huán)表面的卡槽在互為相反的方向柔性繞制。
[0040]光學(xué)傳感部件優(yōu)選還包括覆蓋卡槽的非金屬的蓋板19，在第一傳感光纖環(huán)11和第二傳感光纖環(huán)12繞制在卡槽18內(nèi)后，可以用多個非金屬小擋板將上述兩傳感光纖環(huán)的位置限制在卡槽18內(nèi)，優(yōu)選采用小擋板的數(shù)量為4至16個。之后可以在卡槽18的四周裝上密封圈或密封墊，再蓋上蓋板19，蓋板19也可以認為是支架17的一部分，蓋板19也由兩個半環(huán)形結(jié)構(gòu)組成或由更多個弧形結(jié)構(gòu)組成的閉合結(jié)構(gòu)。蓋板19蓋上后，可以通過非金屬螺釘(如塑料螺釘)固定。
[0041]由于支架17為兩個或兩個以上的弧形部件可拆卸構(gòu)成的閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在安裝時從高壓母線或電極的周圍向內(nèi)相對配合卡緊，形成一個整體環(huán)狀結(jié)構(gòu)。如支架17由兩個對稱的半環(huán)構(gòu)成，安裝時從高壓母線或電極的兩邊相對配合卡緊，形成一個整體環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這種開口組合安裝的光線電流傳感器，解決了現(xiàn)場高壓母線或電極拆卸困難的情況，降低了施工難度，安裝方便，無需拆卸高壓母線或電極，也方便日常維護更換。
[0042]采用圖2a所示的光學(xué)傳感部件構(gòu)成的光學(xué)電流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，保偏光纖包括第一保偏光纖21和第二保偏光纖22，第一傳感光纖環(huán)11的末端連接第一反射鏡13，第一傳感光纖環(huán)11的另一端通過第一波片15連接第一保偏光纖21，第二傳感光纖環(huán)12的末端連接第二反射鏡14，第二傳感光纖環(huán)12的另一端通過第二波片16連接第二保偏光纖22。解調(diào)模塊輸出兩路線偏振光經(jīng)兩保偏光纖至光學(xué)傳感部件I并通過第一保偏光纖21和第二保偏光纖22分別接收返回的兩路攜帶被測電流信息的線偏振光后基于差分感應(yīng)進行運算處理得到被測高頻電流。由于光學(xué)傳感部件中包含兩個繞制方向相反的傳感光纖環(huán)，解調(diào)模塊通過對兩路數(shù)據(jù)的組合運算處理，能夠提高準確度，消除共模噪聲，降低振動等因素的影響，同時也提供光路冗余，增強可靠性。
[0043]解調(diào)模塊的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)如圖4所示，解調(diào)模塊4包括光源、耦合器、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第一探測器、第二探測器和差分處理模塊。耦合器分別與光源、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器和第一探測器和第二探測器相連，具體連接是:光源與耦合器的輸入端相連，第一探測器和第二探測器均與耦合器的輸出端相連，第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器連接耦合器的另外兩端口即可以作為輸入端又可以作為輸出端。第一相位調(diào)制器與第一保偏光纖21相連，第二相位調(diào)制器與第二保偏光纖22相連，第一探測器和第二探測器均與差分處理模塊相連，差分處理模塊分別與第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器相連。
[0044]圖4所示的解調(diào)模塊的工作過程為:光源發(fā)出的線偏振光經(jīng)過耦合器分成相同的兩束線偏振光，分別送到第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器，第一相位調(diào)制器將線偏振光進行相位調(diào)制，變成兩束偏振方向垂直的線偏振光，這兩束線偏振光經(jīng)過第一保偏光纖21送入光學(xué)傳感部件1，光學(xué)傳感部件I通過磁光效應(yīng)將待測電流信息加載到線偏振光的相位上，第一傳感光纖環(huán)11利用第一反射鏡13將附帶電流信息的線偏振光經(jīng)第一保偏光纖21送回到第一相位調(diào)制器，第一相位調(diào)制器進行相位調(diào)制，變成一束攜帶了待測高頻電流信息的線偏振光，再送至耦合器；同理，第二相位調(diào)制器將線偏振光進行相位調(diào)制，變成兩束偏振方向垂直的線偏振光，這兩束線偏振光經(jīng)過第二保偏光纖22送入光學(xué)傳感部件I,光學(xué)傳感部件I通過磁光效應(yīng)將待測電流信息加載到線偏振光的相位上，第二傳感光纖環(huán)12利用第二反射鏡14將附帶電流信息的線偏振光經(jīng)第二保偏光纖22送回到第二相位調(diào)制器，第二相位調(diào)制器進行相位調(diào)制，變成一束攜帶了待測高頻電流信息的線偏振光，再送至耦合器。耦合器接收到返回的兩束均攜帶了待測高頻電流信息的線偏振光后再分束，一束進入第一探測器，一束進入第二探測器，第一探測器和第二探測器將收到的光信號轉(zhuǎn)成電信號，送到差分處理模塊中基于差分感應(yīng)進行處理運算得到被測高頻電流。
[0045]圖5為解調(diào)模塊的另一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也可以認為是圖4的進一步優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。圖4所示結(jié)構(gòu)的差分處理模塊包括第一 AD轉(zhuǎn)換器、第二 AD轉(zhuǎn)換器、第三AD轉(zhuǎn)換器、第四AD轉(zhuǎn)換器、第一運算處理模塊、第一 DA轉(zhuǎn)換器、第二運算處理模塊、第二 DA轉(zhuǎn)換器和補償模塊，具體連接是:第一探測器分別與第一 AD轉(zhuǎn)換器和第二 AD轉(zhuǎn)換器相連，第二探測器分別與第三AD轉(zhuǎn)換器和第四AD轉(zhuǎn)換器相連，第一 AD轉(zhuǎn)換器和第三AD轉(zhuǎn)換器均與第一運算處理模塊相連，第二 AD轉(zhuǎn)換器和第四AD轉(zhuǎn)換器均與第二運算處理模塊相連，第一運算處理模塊通過第一 DA轉(zhuǎn)換器與第一相位調(diào)制器相連，第二運算處理模塊通過第二 DA轉(zhuǎn)換器與第二相位調(diào)制器相連，第一運算處理模塊和第二運算處理模塊均與補償模塊相連。耦合器包括第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器，具體連接是:第一耦合器分別與光源、第二耦合器和第三耦合器相連，第二耦合器分別與第一相位調(diào)制器和第一探測器相連，第三耦合器分別與第二相位調(diào)制器和第二探測器相連，此時的各耦合器可選擇結(jié)構(gòu)簡單的2*2耦合器或1*2耦合器或2*1耦合器即可滿足要求，降低成本。
[0046]圖5所示的解調(diào)模塊的工作過程為:光源發(fā)出的線偏振光經(jīng)過第一耦合器分成相同的兩束線偏振光，分別進入第二耦合器和第三耦合器，第二耦合器將收到的線偏振光送到第一相位調(diào)制器，變成兩束偏振方向垂直的線偏振光，經(jīng)第一保偏光纖21送入光學(xué)傳感部件1，光學(xué)傳感部件I通過磁光效應(yīng)將待測高頻電流信息加載到線偏振光的相位上，利用第一反射鏡13將附帶高頻電流信息的線偏振光經(jīng)第一保偏光纖21送回到第一相位調(diào)制器；第一相位調(diào)制器將一束攜帶了待測高頻電流信息的線偏振光送到第二耦合器，第二耦合器將接收到的線偏振光分成兩束，其中一束進入第一探測器，另一路返回到光源浪費掉；第三耦合器將收到的線偏振光送到第二相位調(diào)制器，變成兩束偏振方向垂直的線偏振光，經(jīng)第二保偏光纖22送入光學(xué)傳感部件I。光學(xué)傳感部件I通過磁光效應(yīng)將待測高頻電流信息加載到線偏振光的相位上，利用第二反射鏡14將附帶高頻電流信息的線偏振光經(jīng)第二保偏光纖22送回到第二相位調(diào)制器；第二相位調(diào)制器將一束攜帶了待測高頻電流信息的線偏振光送到第三耦合器，第三耦合器將接收到的線偏振光分成兩束，其中一束進入第二探測器，另一路返回到光源浪費掉。由光學(xué)傳感部件返回的兩路光信號被解調(diào)模塊中的兩路探測器接收后，第一探測器和第二探測器均將收到的光信號轉(zhuǎn)成電信號，之后每一路探測器轉(zhuǎn)換的電信號使用兩路AD轉(zhuǎn)換器進行采集轉(zhuǎn)換并運算，如圖5所示，兩路探測器各提供一路經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器采集的信號傳輸至一運算處理模塊進行運算處理，分別得到高頻電流信息。具體是:將第一 AD轉(zhuǎn)換器和第三AD轉(zhuǎn)換器采集的信號進入第一運算處理模塊進行處理，提取出相位差信息，除以維爾德常數(shù)等系數(shù)分別得到高頻電流信息；將第二 AD轉(zhuǎn)換器和第四AD轉(zhuǎn)換器采集的信號進入第二運算處理模塊進行處理，提取出相位差信息，除以維爾德常數(shù)等系數(shù)分別得到高頻電流信息；第一運算處理模塊和第二運算處理模塊得到的高頻電流信息進入補償模塊，基于差分感應(yīng)經(jīng)過相減運算消去共模噪聲及非線性補償后輸出。兩路AD信號及其后續(xù)的兩路電流信息之間可以互相檢驗，進一步提高光學(xué)電流傳感器的可靠性。正常情況下，兩路信號大小基本一致，當(dāng)出現(xiàn)較大偏差時，可判斷至少有一路器件出現(xiàn)問題，及時報警。第一運算處理模塊的輸出還可通過第一 DA轉(zhuǎn)換器連接至第一相位調(diào)制器，從而實現(xiàn)對第一相位調(diào)制器中傳輸?shù)膬墒€偏振光之一的控制；第二運算處理模塊的輸出還可通過第二 DA轉(zhuǎn)換器連接至第二相位調(diào)制器，從而實現(xiàn)對第二相位調(diào)制器中傳輸?shù)膬墒€偏振光之一的控制。
[0047]本實用新型還涉及一種高頻信號測量系統(tǒng)，用于高頻電流進行測量，為了保證信噪比，采樣頻率取信號頻率的10倍以上。本實用新型高頻信號測量系統(tǒng)可以對50?50KHZ的電流信號進行準確的測量。該高頻信號測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6所示，該高頻信號測量系統(tǒng)采用本實用新型所述的光學(xué)電流傳感器，還包括相互連接的光纖收發(fā)器和上位機，光纖收發(fā)器與光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊相連。解調(diào)模塊將測得的高壓母線或電極的高頻電流信息輸出，還可以輸出一些其他它信息，如設(shè)置溫度傳感器測得的溫度信息或輸出額定延時信息等，經(jīng)過通信光纜5傳給光纖收發(fā)器，光纖收發(fā)器將數(shù)據(jù)通過與上位機接口兼容的數(shù)據(jù)接口線6傳送給上位機。上位機可以通過處理軟件將電流數(shù)據(jù)提取出來并對其進行統(tǒng)計運算，進一步顯示高頻電流波形及客戶所需要的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
[0048]本實用新型高頻信號測量系統(tǒng)可以采用一個、兩個或兩個以上的光學(xué)電流傳感器，當(dāng)采用多個光學(xué)電流傳感器時，可以將各光學(xué)電流傳感器種的光學(xué)傳感部件設(shè)置在高壓母線或電極的不同位置，以測得高壓母線或電極在多個位置段的高頻電流，該系統(tǒng)還可以設(shè)置能夠接收多路數(shù)據(jù)的數(shù)字信號處理機，如圖7所示優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)包括多個光學(xué)電流傳感器，還包括依次連接的數(shù)字信號處理機、光纖收發(fā)器和上位機，各光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊均與數(shù)字信號處理機相連。解調(diào)模塊將測得的高壓母線或電極的高頻電流信息及其它信息按照自定義格式組幀輸出，經(jīng)過通信光纜5發(fā)送到數(shù)字信號處理機，數(shù)字信號處理機接收各解調(diào)模塊發(fā)過來的多路高頻電流數(shù)據(jù)，進行脈沖時間信號同步打包處理，經(jīng)過通信光纜5傳給光纖收發(fā)器，光纖收發(fā)器將數(shù)據(jù)通過與上位機接口兼容的數(shù)據(jù)接口線6傳送給上位機，上位機通過處理軟件將多路高頻電流數(shù)據(jù)提取出來進行統(tǒng)計運算，可以實時或定時顯示電流波形及客戶所需要的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
[0049]數(shù)字信號處理機為優(yōu)選采用的部件，尤其是在系統(tǒng)有多個光學(xué)電流傳感器時，設(shè)置數(shù)字信號處理機可以實現(xiàn)將多路高頻電流數(shù)據(jù)同步后實時顯示。本實用新型高頻信號測量系統(tǒng)當(dāng)采用一個光學(xué)電流傳感器時，也可以設(shè)置數(shù)字信號處理機；在圖6所示結(jié)構(gòu)中，沒有采用數(shù)字信號處理機，由解調(diào)模塊按照標準格式輸出數(shù)據(jù)，此種應(yīng)用于檢測單相電流。
[0050]應(yīng)當(dāng)指出，以上所述【具體實施方式】可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于，包括光學(xué)傳感部件、保偏光纖、絕緣子和解調(diào)模塊，所述光學(xué)傳感部件、保偏光纖和解調(diào)模塊依次連接，所述光學(xué)傳感部件由絕緣子支撐，所述保偏光纖位于絕緣子的內(nèi)腔；所述光學(xué)傳感部件包括第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)以及均采用非金屬材料的第一波片、第一反射鏡、第二波片、第二反射鏡和支架，所述保偏光纖包括第一保偏光纖和第二保偏光纖，所述第一傳感光纖環(huán)的末端連接第一反射鏡，第一傳感光纖環(huán)的另一端通過第一波片連接第一保偏光纖，所述第二傳感光纖環(huán)的末端連接第二反射鏡，第二傳感光纖環(huán)的另一端通過第二波片連接第二保偏光纖，所述支架為具有卡槽的兩個或兩個以上的弧形部件可拆卸構(gòu)成的閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述各弧形部分的卡槽組合形成閉合環(huán)狀，所述第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)均繞制在卡槽內(nèi)且繞制方向相反，所述第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)感應(yīng)的電流方向相反；所述解調(diào)模塊輸出兩路線偏振光經(jīng)保偏光纖至光學(xué)傳感部件并通過保偏光纖接收返回的兩路攜帶被測電流信息的線偏振光后基于差分感應(yīng)進行運算處理得到被測電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述解調(diào)模塊包括光源、耦合器、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第一探測器、第二探測器和差分處理模塊，所述耦合器分別與光源、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器和第一探測器和第二探測器相連，所述第一相位調(diào)制器與第一保偏光纖相連，所述第二相位調(diào)制器與第二保偏光纖相連，所述第一探測器和第二探測器均與差分處理模塊相連，所述差分處理模塊分別與第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述差分處理模塊包括第一AD轉(zhuǎn)換器、第二 AD轉(zhuǎn)換器、第三AD轉(zhuǎn)換器、第四AD轉(zhuǎn)換器、第一運算處理模塊、第一 DA轉(zhuǎn)換器、第二運算處理模塊、第二 DA轉(zhuǎn)換器和補償模塊，所述第一探測器分別與第一 AD轉(zhuǎn)換器和第二 AD轉(zhuǎn)換器相連，所述第二探測器分別與第三AD轉(zhuǎn)換器和第四AD轉(zhuǎn)換器相連，所述第一 AD轉(zhuǎn)換器和第三AD轉(zhuǎn)換器均與第一運算處理模塊相連，所述第二 AD轉(zhuǎn)換器和第四AD轉(zhuǎn)換器均與第二運算處理模塊相連，所述第一運算處理模塊通過第一 DA轉(zhuǎn)換器與第一相位調(diào)制器相連，所述第二運算處理模塊通過第二 DA轉(zhuǎn)換器與第二相位調(diào)制器相連，所述第一運算處理模塊和第二運算處理模塊均與補償模塊相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述 的光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述耦合器包括第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器，所述第一耦合器分別與光源、第二耦合器和第三耦合器相連，所述第二耦合器分別與第一相位調(diào)制器和第一探測器相連，所述第三耦合器分別與第二相位調(diào)制器和第二探測器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述光學(xué)傳感部件中的第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)繞制圈數(shù)相同，所述第一波片與第一反射鏡在支架的出線口位置重合，所述第二波片與第二反射鏡在支架的出線口位置重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述卡槽為在支架的兩側(cè)端面對稱設(shè)置的大小相同的兩個閉合環(huán)狀，或所述卡槽為沿支架的外環(huán)表面并排設(shè)置的兩個閉合環(huán)狀，以分別容納第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述光學(xué)傳感部件還包括多個將第一傳感光纖環(huán)和第二傳感光纖環(huán)限制在卡槽內(nèi)的非金屬的擋板，所述擋板的數(shù)量為4至16個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)電流傳感器，其特征在于，所述光學(xué)傳感部件還包括覆蓋卡槽的非金屬的蓋板，在卡槽內(nèi)纏繞第一傳感光纖和第二傳感光纖后，所述蓋板通過非金屬螺釘固定。
9.一種高頻信號測量系統(tǒng)，其特征在于，采用權(quán)利要求1至8之一所述的光學(xué)電流傳感器，還包括相互連接的光纖收發(fā)器和上位機，所述光纖收發(fā)器與光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高頻信號測量系統(tǒng)，其特征在于，包括兩個或兩個以上的光學(xué)電流傳感器，還包括數(shù)字信號處理機，所述光纖收發(fā)器通過數(shù)字信號處理機與光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊相連，所述數(shù)字信號處理機接收各光學(xué)電流傳感器中的解調(diào)模塊的被測電流數(shù)據(jù)，進行同步打包處理后由光纖收發(fā)器傳給上位機，所述上位機對多路被測電流數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計運算處理。
【文檔編號】G01R19/25GK203587672SQ201320451474
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】周煒 申請人:易能乾元（北京）電力科技有限公司