专利名称：高精度全光纤电流互感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流互感器，特别是一种全光纤电流互感器。
背景技术：
互感器是电力系统的眼睛，通过互感器检测线路的电压或电流并实现与一次设备 的隔离，同时与二次设备配合实现电力系统的计量、保护、测控等功能。传统的电磁式电流 互感器结构类似变压器，线路导线做一次绕组，通过硅钢片铁芯的把电磁传递给短路状态 的二次线圈，二次线圈感应产生的电流与一次线圈产生的电流在硅钢片铁芯中相互抵消， I1^N1 = I2*N2，从而在二次线圈中感应出正比于线路电流的二次电流。传统的电磁式电流互 感器以硅钢片铁芯为传导介质，除感应产生与一次电流成正比的二次电流外，还承担着绝 缘、驱动负载、信号传导的作用，该类型互感器存在铁损大、铁磁饱和、谐振、绝缘结构复杂、 精度受负载影响、开路高压、接地故障、电磁干扰等问题，已不能满足现代电力系统一次系 统电压高、容量大和二次系统微机化、小型化、网络化的要求。有源电子式互感器采用不含铁芯的传感头检查电压或电流、通过远端采集模块本 地采样、通过光纤远程传输，实现了信号传感与驱动、绝缘、传输功能分离，简化了互感器的 绝缘结构，减少了互感器的体积和重量，提高了互感器的性能。有源电子式互感器的缺点 是远端采集模块的供电成本高、电子元器件工作环境恶劣容易老化、远端模块位于高压端 停电检修不方便。新型的基于Fraday效应的光学电流互感器可以解决上述问题，光学电流互感器 从结构上可以分为磁光玻璃结构和全光纤结构。采用磁光玻璃结构的电流互感器利用高 菲尔德常数的重火石磁光玻璃作载体，使线偏振光在其中绕过时受到被测电流的调制而改 变偏转角度，再通过渥拉斯顿棱镜作检偏器件来实现偏转角的检测从而间接测量电流，该 方案为开环模式，光路系统采用独立光学器件粘接而成，光学器件容易受加工精度、环境温 度、振动的影响，存在测量范围小、灵敏度低、长期稳定性差等缺点，难以满足实用化的要 求；另一种为全光纤结构，在敏感光纤中传输的偏振光产生与磁场强度成正比的相位差，通 过检测相位差即可检测得出与磁场对应的电流的大小，但是现有技术存在以下缺陷第一、 光纤相位调制器的抗干扰能力差，系统的灵敏度有待提高；第二、传感光纤的双折射系数 大，对偏振光的影响大。

发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种的高精度全光纤电流互感器。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是高精度全光纤电流互感器，包括光路系统和信号调制解调单元，所述光路系统包 括光源、所述光源依次连接有消偏器、环形器、起偏器、相位调制器、光纤延迟线、λ /4波片、 传感光纤、光纤反射镜，所述光源发出光束经光纤反射镜反射后沿传感光纤、λ /4波片、光纤延迟线、相位调制器、起偏器返回至环形器，所述环形器还连接有光探测器，所述光探测 器的输出端连接至调制解调单元的输入端，所述调制解调单元的输出端与相位调制器相连 构成闭环相位控制。进一步作为优选的实施方式，所述信号调制解调单元包括前置放大器、滤波器、AD 采样单元、信号处理单元、数字锁相深度调制单元、相位解调电流计算单元、电光转换单元、 光电转换单元、信号发生器，所述信号处理单元包括1倍频三角函数发生器、2倍频三角函 数发生器、第一乘法器、第二乘法器、第一累加器、第二累加器、倍频单元，输出的光束经光 探测器转换成电压的变化，经前置放大器提高信号幅度、滤波器滤除不需要的高次谐波，然 后经高精度AD采样单元转换成数字信号，所述AD采样单元由同步输入信号经光电转换单 元转换成电同步信号后经倍频采样单元倍频后触发，AD采样单元输出的数字信号分别与1 倍频三角函数发生器、2倍频三角函数发生器相乘，第一乘法器、第二乘法器的输出信号分 别经第一累加器、第二累加器累加后相叠加，所述叠加后的信号一路经相位解调电流计算 单元、电光转换单元作为电流信号输出；另一路经数字锁相深度调制单元、信号发生器反馈 至相位调制器构成相位闭环控制，所述1倍频三角函数发生器、2倍频三角函数发生器、第 一乘法器、第二乘法器、数字锁相深度调制单元分别都与光电转换单元的电同步信号相连。进一步作为优选的实施方式，所述传感光纤为超低双折射率、高菲尔德常数旋转 光纤，所述旋转光纤由单模光纤紧密旋转而成。进一步作为优选的实施方式，所述信号发生器产生的信号为500KHZ正弦波信号。进一步作为优选的实施方式，所述倍频单元输出的电同步信号的频率为8MHz。进一步作为优选的实施方式，光源发出的光经待测电流和相位调制器调制后的综 合输出公式为
权利要求
1.高精度全光纤电流互感器，其特征在于包括光路系统和信号调制解调单元(9)，所 述光路系统包括光源(1)、所述光源(1)依次连接有消偏器O)、环形器(3)、起偏器、相 位调制器(5)、光纤延迟线(6)、λ/4波片(7)、传感光纤(8)、光纤反射镜(11)，所述光源 (1)发出光束经光纤反射镜(11)反射后沿传感光纤(8)、λ/4波片(7)、光纤延迟线(6)、 相位调制器( 、起偏器(4)返回至环形器(3)，所述环形器C3)还连接有光探测器(10)，所 述光探测器(10)的输出端连接至调制解调单元(9)的输入端，所述调制解调单元(9)的输 出端与相位调制器( 相连构成闭环相位控制。
2.根据权利要求1所述的高精度全光纤电流互感器，其特征在于所述信号调制解调 单元(9)包括前置放大器(91)、滤波器(9 、AD采样单元(93)、信号处理单元(94)、数字 锁相深度调制单元(95)、相位解调电流计算单元(96)、电光转换单元(97)、光电转换单元(98)、信号发生器(99)，所述信号处理单元(94)包括1倍频三角函数发生器(941)、2倍频 三角函数发生器(94 、第一乘法器(94 、第二乘法器(944)、第一累加器(94 、第二累加 器(946)、倍频单元(947)，输出的光束经光探测器(10)转换成电压的变化，经前置放大器 (91)提高信号幅度、滤波器(9 滤除不需要的高次谐波，然后经高精度AD采样单元(93) 转换成数字信号，所述AD采样单元(93)由同步输入信号经光电转换单元(98)转换成电同 步信号后经倍频采样单元(947)倍频后触发，AD采样单元(9 输出的数字信号分别与1倍 频三角函数发生器(941)、2倍频三角函数发生器(94 相乘，第一乘法器(943)、第二乘法 器(944)的输出信号分别经第一累加器(945)、第二累加器(946)累加后相叠加，所述叠加 后的信号一路经相位解调电流计算单元(96)、电光转换单元(97)作为电流信号输出；另一 路经数字锁相深度调制单元(％)、信号发生器(99)反馈至相位调制器( 构成相位闭环控 制，所述1倍频三角函数发生器(941)、2倍频三角函数发生器(942)、第一乘法器(943)、第 二乘法器(944)、数字锁相深度调制单元(％)分别都与光电转换单元(98)的电同步信号相 连。
3.根据权利要求1所述的高精度全光纤电流互感器，其特征在于所述传感光纤(8) 为超低双折射率、高菲尔德常数旋转光纤，所述旋转光纤由单模光纤紧密旋转而成。
4.根据权利要求2所述的高精度全光纤电流互感器，其特征在于所述信号发生器(99)产生的信号为500KHz正弦波信号。
5.根据权利要求2所述的高精度全光纤电流互感器，其特征在于所述倍频单元(947) 输出的电同步信号的频率为8MHz。
6.根据权利要求1或2所述的高精度全光纤电流互感器，其特征在于光源(1)发出 的光经待测电流和相位调制器( 调制后的综合输出公式为其中，S为调制深度；Φ为信号发生器(99)调制信号的初始相位；Φ = 4NVI为待测 电流引起的相移，N为光纤圈数，V为菲尔德系数，I为待测电流大小，Itl为光源光强，I(t) 为被相位调制器和待测电流调制后的实时光强。
全文摘要
本发明公开了一种高精度全光纤电流互感器，包括光路系统和信号调制解调单元，所述光路系统包括光源、所述光源依次连接有消偏器、环形器、起偏器、相位调制器、光纤延迟线、λ/4波片、传感光纤、光纤反射镜，还包括与信号调制解调单元相连的光探测器。本发明通过信号调制解调单元和相位调制器实现了对光纤电流互感器的相位闭环控制，大大提高了系统的信噪比和抗干扰能力；采用全光纤结构和闭环检测控制回路，提高了系统的可靠性；通过采用超低双折射率、高菲尔德常数旋转光纤做传感光纤，降低了光路传输过程中偏振光的偏转误差。可广泛应用于电力检测领域。
文档编号G01R15/24GK102087307SQ201010601079
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者吴明玉, 邓忠华 申请人:广东中钰科技有限公司