本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)電流測量領(lǐng)域，具體涉及一種減小光學(xué)電流互感器振動干擾影響的方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)電流互感器具有許多傳統(tǒng)電磁式電流互感器所無法比擬的優(yōu)點：絕緣性能優(yōu)良、無暫態(tài)磁飽和、動態(tài)測量范圍大、頻率響應(yīng)寬、抗電磁干擾能力強、體積小重量輕、易與數(shù)字設(shè)備接口等，特別適用于高電壓大電流的測量，在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。電力系統(tǒng)要求設(shè)備具備高可靠性和準確性，這要求光學(xué)電流互感器的所有組成部分：光學(xué)電流傳感單元、傳輸光纖鏈路以及二次光電控制和信號處理單元均提出了嚴格的設(shè)計要求。二次光電控制和信號處理單元可以位于控制室內(nèi)，而光學(xué)電流傳感單元和傳輸光纖鏈路一般控制室外，長期暴露于各種環(huán)境之下，比如振動干擾和溫度變化等。

光學(xué)電流互感器對機械振動的敏感性是阻礙其在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用最困難的障礙之一。外部機械振動是引起光學(xué)電流互感器光信號傳輸中光強度變化的主要因素。機械振動引起磁光玻璃元件出現(xiàn)線性雙折射，一般會導(dǎo)致激化狀態(tài)的變化，使得激化狀態(tài)從線性變?yōu)闄E圓狀態(tài)，從而導(dǎo)致輸出光強度出現(xiàn)不需要的調(diào)制。另外，機械振動也會引起光學(xué)電流傳感單元的光學(xué)元件內(nèi)部出現(xiàn)微小位移，引起光纖鏈路鏈接部分發(fā)生微小位移，這些因素都會導(dǎo)致光學(xué)電流傳感器輸出光強度發(fā)生變化。以往的研究主要集中在光學(xué)電流傳感單元機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、傳輸光纖的減震布置等方面，但是效果都不是很理想。因此，亟需提供一種光學(xué)電流互感器自身具備抗干擾的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有光學(xué)電流互感器由于外界振動干擾，影響其輸出結(jié)果的準確性的問題，本發(fā)明提供了一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器及采用該電流互感器實現(xiàn)的抗振動干擾的方法。

一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器，它包括一次處理部分、傳輸光纖部分和二次處理部分；

一次處理部分和二次處理部分之間通過傳輸光纖部分進行雙向模擬光信息交換，

一次處理部分用于感應(yīng)電流信號，并將感應(yīng)的電流信號加載在二次處理部分生成的載波光上，二次處理部分對加載感應(yīng)的電流的載波光進行抗振處理，從而獲得處理后的電流信息。

所述一次處理部分包括導(dǎo)體和磁光玻璃型電流傳感器；

二次處理部分包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一光電探測器、第二光電探測器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第三低通濾波器、第四低通濾波器、第一除法器、第二除法器、第三除法器、減法器和加法器；

磁光玻璃型電流傳感器，用于采集導(dǎo)體的電流信息，

光源發(fā)出的光經(jīng)第一耦合器分束成功率相等的兩束光，

其中，第一耦合器輸出的一束光作為載波光依次經(jīng)過第二耦合器、傳輸光纖部分和磁光玻璃型電流傳感器后，加載磁光玻璃型電流傳感器采集的電流信息，且加載有電流信息的載波光依次經(jīng)過傳輸光纖部分和第三耦合器后，送入第二光電探測器進行光電探測，第二光電探測器輸出的電信號e2同時輸入到第二低通濾波器和第四低通濾波器中，

第二低通濾波器輸出的電信號e2a發(fā)送至第二除法器被除數(shù)輸入端，第四低通濾波器輸出的電信號e20發(fā)送至第二除法器除數(shù)輸入端，第二除法器對接收的兩個電信號e20和e2a進行處理，獲得正向傳輸光路的電流測量結(jié)果e2n，并將所述正向傳輸光路的電流測量結(jié)果e2n同時發(fā)送至減法器和加法器；

其中，第一耦合器輸出的另一束光作為載波光依次經(jīng)過第二耦合器、傳輸光纖部分和磁光玻璃型電流傳感器后，加載磁光玻璃型電流傳感器采集的電流信息，且加載有電流信息的載波光依次經(jīng)過傳輸光纖部分和第二耦合器后，送入第一光電探測器進行光電探測，第一光電探測器輸出的電信號e1同時輸入第一低通濾波器和第三低通濾波器中，

第一低通濾波器輸出的電信號e1a發(fā)送至第一除法器被除數(shù)輸入端，第三低通濾波器輸出的電信號e10發(fā)送至第一除法器除數(shù)輸入端，第一除法器對接收的兩個電信號e10和e1a進行處理，獲得反向傳輸光路的電流測量結(jié)果e1n，并將所述反向傳輸光路的電流測量結(jié)果e1n同時發(fā)送至減法器和加法器；

減法器輸出的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至第三除法器被除數(shù)輸入端，加法器輸出的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至第三除法器除數(shù)輸入端，第三除法器輸出的電信號為無光源波動干擾和無振動干擾的電流信息。

所述的第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器均為3db光纖耦合器。

傳輸光纖部分采用多模光纖實現(xiàn)。

所述磁光玻璃型電流傳感器包括第一準直器、第一偏振分光棱鏡、磁光玻璃元件、第二偏振分光棱鏡和第二準直器；

在第一耦合器輸出的一束光的傳播方向上，依次設(shè)有第一準直器、第一偏振分光棱鏡、磁光玻璃元件、第二偏振分光棱鏡和第二準直器。

采用所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器實現(xiàn)的抗振動干擾的方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：第一光電探測器對加載有電流信息的載波光進行光電探測，輸出的電信號為e1；其中，

第二光電探測器對加載有電流信息的載波光進行光電探測，輸出的電信號為e2；其中，

l(t)表示由振動引起的光強變化，表示磁光玻璃型電流傳感器的faraday磁光效應(yīng)引起的線性偏振光的faraday旋轉(zhuǎn)角，n1(t)和n2(t)分別為反向傳輸光路和正向傳輸光路輸出的高頻噪聲，t表示時間；

步驟二：第一除法器對第一低通濾波器輸出的電信號e10和第三低通濾波器輸出的電信號e1a進行處理，獲得反向傳輸光路的電流測量結(jié)果e1n，

第二除法器對第二低通濾波器輸出的電信號e2a和第四低通濾波器輸出的電信號e20進行處理，獲得正向傳輸光路的電流測量結(jié)果e2n；

其中，

i1表示第二耦合器輸出光信號的光強，i2表示第三耦合器輸出光信號的光強，r1表示第一光電探測器的響應(yīng)率，r2表示第二光電探測器的響應(yīng)率，a1表示反向傳輸光路輸出的電子放大倍數(shù)，a2表示正向傳輸光路輸出的電子放大倍數(shù)，l01表示正向傳輸光路的靜態(tài)損耗，l02表示反向傳輸光路的靜態(tài)損耗。

步驟三：第三除法器對減法器輸出的數(shù)據(jù)信號和加法器輸出的數(shù)據(jù)進行處理，從而獲得無光源波動干擾和無振動干擾的電流信息sx，

本發(fā)明帶來的有益效果是，本發(fā)明主要利用faraday磁光效應(yīng)的非互易特性和振動干擾信號的共模特性，通過光學(xué)電流傳感單元的雙向光傳輸和簡單的二次信號處理方法去有效地消除或減弱振動干擾對輸出結(jié)果的影響，使得輸出結(jié)果的準確率提高了20％以上。

faraday磁光玻璃材料除了自身的雙折射外，在遭受到較大的振動時，伴隨而來的機械應(yīng)力容易引起明顯的雙折射現(xiàn)象，這使得通過傳感元件的光的偏振態(tài)發(fā)生改變。但是這種偏振態(tài)的變化與光的傳播方向是不相關(guān)的，因此可以通過雙向傳輸?shù)难a償方法加以處理。而且由于系統(tǒng)的對稱性，同時在兩個通道中的共模變化將被補償。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器的原理示意圖；

圖2為磁光玻璃型電流傳感器1-2的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器，它包括一次處理部分1、傳輸光纖部分2和二次處理部分3；

一次處理部分1和二次處理部分3之間通過傳輸光纖部分2進行雙向模擬光信息交換，

一次處理部分1用于感應(yīng)電流信號，并將感應(yīng)的電流信號加載在二次處理部分3生成的載波光上，二次處理部分3對加載感應(yīng)的電流的載波光進行抗振處理，從而獲得處理后的電流信息。

本實施方式中，本發(fā)明通過傳輸光纖部分2的雙向光傳輸和簡單的二次信號處理方法去有效地消除或減弱振動干擾對輸出結(jié)果的影響，從而提高光學(xué)電流互感器輸出結(jié)果的準確性。

具體實施方式二：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器的區(qū)別在于，所述一次處理部分1包括導(dǎo)體1-1和磁光玻璃型電流傳感器1-2；

二次處理部分3包括光源3-1、第一耦合器3-2-1、第二耦合器3-2-2、第三耦合器3-2-3、第一光電探測器3-3-1、第二光電探測器3-3-2、第一低通濾波器3-4-1、第二低通濾波器3-4-2、第三低通濾波器3-4-3、第四低通濾波器3-4-4、第一除法器3-6-1、第二除法器3-6-2、第三除法器3-6-3、減法器3-7和加法器3-8；

磁光玻璃型電流傳感器1-2，用于采集導(dǎo)體1-1的電流信息，

光源3-1發(fā)出的光經(jīng)第一耦合器3-2-1分束成功率相等的兩束光，

其中，第一耦合器3-2-1輸出的一束光作為載波光依次經(jīng)過第二耦合器3-2-2、傳輸光纖部分2和磁光玻璃型電流傳感器1-2后，加載磁光玻璃型電流傳感器1-2采集的電流信息，且加載有電流信息的載波光依次經(jīng)過傳輸光纖部分2和第三耦合器3-2-3后，送入第二光電探測器3-3-2進行光電探測，第二光電探測器3-3-2輸出的電信號e2同時輸入到第二低通濾波器3-4-2和第四低通濾波器3-4-4中，

第二低通濾波器3-4-2輸出的電信號e2a發(fā)送至第二除法器3-6-2被除數(shù)輸入端，第四低通濾波器3-4-4輸出的電信號e20發(fā)送至第二除法器3-6-2除數(shù)輸入端，第二除法器3-6-2對接收的兩個電信號e20和e2a進行處理，獲得正向傳輸光路的電流測量結(jié)果e2n，并將所述正向傳輸光路的電流測量結(jié)果e2n同時發(fā)送至減法器3-7和加法器3-8；

其中，第一耦合器3-2-1輸出的另一束光作為載波光依次經(jīng)過第二耦合器3-2-2、傳輸光纖部分2和磁光玻璃型電流傳感器1-2后，加載磁光玻璃型電流傳感器1-2采集的電流信息，且加載有電流信息的載波光依次經(jīng)過傳輸光纖部分2和第二耦合器3-2-2后，送入第一光電探測器3-3-1進行光電探測，第一光電探測器3-3-1輸出的電信號e1同時輸入第一低通濾波器3-4-1和第三低通濾波器3-4-3中，

第一低通濾波器3-4-1輸出的電信號e1a發(fā)送至第一除法器3-6-1被除數(shù)輸入端，第三低通濾波器3-4-3輸出的電信號e10發(fā)送至第一除法器3-6-1除數(shù)輸入端，第一除法器3-6-1對接收的兩個電信號e10和e1a進行處理，獲得反向傳輸光路的電流測量結(jié)果e1n，并將所述反向傳輸光路的電流測量結(jié)果e1n同時發(fā)送至減法器3-7和加法器3-8；

減法器3-7輸出的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至第三除法器3-6-3被除數(shù)輸入端，加法器3-8輸出的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至第三除法器3-6-3除數(shù)輸入端，第三除法器3-6-3輸出的電信號為無光源波動干擾和無振動干擾的電流信息。

本實施方式，第一低通濾波器3-4-1和第二低通濾波器3-4-2的作用是濾除輸出信號中的高頻噪聲，根據(jù)應(yīng)用要求，其截至頻率一般設(shè)置值不小于1khz；而第三低通濾波器3-4-3和第四低通濾波器3-4-4的作用是提取輸出信號中的直流部分，其截至頻率一般設(shè)置值不大于0.5hz。

具體實施方式三：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式二所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器的區(qū)別在于，所述的第一耦合器3-2-1、第二耦合器3-2-2和第三耦合器3-2-3均為3db光纖耦合器。

具體實施方式四：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器的區(qū)別在于，傳輸光纖部分2采用多模光纖實現(xiàn)。

具體實施方式五：參見圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式二述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器的區(qū)別在于，所述磁光玻璃型電流傳感器1-2包括第一準直器1-2-1、第一偏振分光棱鏡1-2-2、磁光玻璃元件1-2-3、第二偏振分光棱鏡1-2-4和第二準直器1-2-5；

在第一耦合器3-2-1輸出的一束光的傳播方向上，依次設(shè)有第一準直器1-2-1、第一偏振分光棱鏡1-2-2、磁光玻璃元件1-2-3、第二偏振分光棱鏡1-2-4和第二準直器1-2-5。

具體實施方式六：采用具體實施方式二所述的一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器實現(xiàn)的抗振動干擾的方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：第一光電探測器3-3-1對加載有電流信息的載波光進行光電探測，輸出的電信號為e1；其中，

第二光電探測器3-3-2對加載有電流信息的載波光進行光電探測，輸出的電信號為e2；其中，

l(t)表示由振動引起的光強變化，表示磁光玻璃型電流傳感器的faraday磁光效應(yīng)引起的線性偏振光的faraday旋轉(zhuǎn)角，n1(t)和n2(t)分別為反向傳輸光路和正向傳輸光路輸出的高頻噪聲，t表示時間，e10為第一光電探測器3-3-1輸出電信號的直流部分,e20為第二光電探測器3-3-2輸出電信號的直流部分；

步驟二：第一除法器3-6-1對第一低通濾波器3-4-1輸出的電信號e10和第三低通濾波器3-4-3輸出的電信號e1a進行處理，獲得反向傳輸光路的電流測量結(jié)果e1n，

第二除法器3-6-2對第二低通濾波器3-4-2輸出的電信號e2a和第四低通濾波器3-4-4輸出的電信號e20進行處理，獲得正向傳輸光路的電流測量結(jié)果e2n；

步驟三：第三除法器3-6-3對減法器3-7輸出的數(shù)據(jù)信號和加法器3-8輸出的數(shù)據(jù)進行處理，從而獲得無光源波動干擾和無振動干擾的電流信息sx，

具體實施方式七：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式六所述的采用一種具有抗振功能的光學(xué)電流互感器實現(xiàn)的抗振動干擾的方法的區(qū)別在于，

i1表示第二耦合器3-2-2輸出光信號的光強，i2表示第三耦合器3-2-3輸出光信號的光強，r1表示第一光電探測器3-3-1的響應(yīng)率，r2表示第二光電探測器3-3-2的響應(yīng)率，a1表示反向傳輸光路輸出的電子放大倍數(shù)，a2表示正向傳輸光路輸出的電子放大倍數(shù)，l01表示正向傳輸光路的靜態(tài)損耗，l02表示反向傳輸光路的靜態(tài)損耗。