本發(fā)明涉及一種光學(xué)電流互感器。

背景技術(shù)：

隨著我國智能電網(wǎng)的發(fā)展，電磁式互感器存在的電磁飽和及絕緣成本等問題，已經(jīng)不能適應(yīng)高壓電網(wǎng)的發(fā)展要求。近年來發(fā)展了多種形式的新型電子式電流互感器，尤其是基于法拉第磁光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器具有絕緣性能優(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(qiáng)、體積小重量輕、易與數(shù)字設(shè)備接口等優(yōu)點(diǎn)。

光學(xué)電流傳感器相較于傳統(tǒng)電流傳感器具有安全性高、精度高、測量范圍廣等眾多的優(yōu)點(diǎn)，目前，現(xiàn)有的光學(xué)電流傳感器主要由兩種，一種基于線偏振光的傳感原理，另一種基于圓偏振光的傳感原理，這兩種光學(xué)電流傳感器雖然均能夠?qū)崿F(xiàn)電流的有效檢測，但是至今在實(shí)際應(yīng)用中并未得到充分的推廣，原因在于目前的光學(xué)電流傳感器，受溫度、壓力、形變、外磁場等諸多因素的影響，導(dǎo)致傳感器精度難以滿足要求，而大電流、超大電流的測量往往在十分惡劣的環(huán)境下進(jìn)行，這就導(dǎo)致基于單一傳感原理的單一光學(xué)電流傳感器的可靠性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)電流互感器，用以解決基于單一傳感原理的光學(xué)電流傳感器的可靠性較差的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：一種光學(xué)電流互感器，包括公共光源、基于線偏振光測量原理的第一測量單元和基于圓偏振光測量原理的第二測量單元，所述第一測量單元包括第一傳輸光纖和檢測模塊，所述第二測量單元包括第二傳輸光纖和采集模塊，所述公共光源通過所述第一傳輸光纖連接所述檢測模塊，通過所述第二傳輸光纖連接所述采集模塊。

所述公共光源輸出連接第一光纖耦合器，所述第一光纖耦合器具有兩路出射光纖，分別是所述第一傳輸光纖和第二傳輸光纖。

所述檢測模塊包括依次設(shè)置的第一自聚焦透鏡、起偏器、晶體、檢偏器和第二自聚焦透鏡，所述第二自聚焦透鏡通過光纖輸出連接線偏振光調(diào)制解調(diào)組件。

所述采集單元包括依次連接的第二光纖耦合器、起偏器、相位調(diào)制器、解調(diào)電路和光探測器，所述光探測器與所述第二光纖耦合器連接，所述相位調(diào)制器通過光纖連接光纖電流傳感環(huán)。

所述光纖電流傳感環(huán)的輸出端口設(shè)有波片和反射鏡。

所述波片是1/4波片。

所述第一測量單元輸出連接線偏振光學(xué)測量信號處理單元，所述第二測量單元輸出連接圓偏振光學(xué)測量信號處理單元，所述線偏振光學(xué)測量信號處理單元和圓偏振光學(xué)測量信號處理單元輸出連接信號輸出單元。

本發(fā)明提供的光學(xué)電流互感器中包括兩個(gè)測量單元，分別基于線偏振光測量原理和基于圓偏振光測量原理，所以，該光學(xué)電流互感器基于兩個(gè)傳感原理，并且根據(jù)對應(yīng)的測量單元對電流進(jìn)行檢測，相對于只基于單一傳感原理的光學(xué)電流互感器，該光學(xué)電流互感器能夠有效避免只有一種傳感原理的光學(xué)電流互感器在測量時(shí)帶來的測量準(zhǔn)確度低的情況，所以，本發(fā)明提供的光學(xué)電流互感器的抗干擾性和測量準(zhǔn)確性得到了很大地提升，能夠?qū)崿F(xiàn)兩種測量原理的互補(bǔ)，其可靠性較強(qiáng)。

而且，本發(fā)明提供的光學(xué)電流互感器是基于雙重感應(yīng)的線偏振光電流測量與圓偏振光的測量方法及光束的相關(guān)性構(gòu)成的光學(xué)電流互感器。利用同一光源光路，再通過不同的調(diào)制解調(diào)方法，從中解調(diào)出各自檢測到的被測電流，實(shí)現(xiàn)雙重化數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)檢錯(cuò)，精確測量被測電流，提高了光學(xué)互感器測量的可靠性。

附圖說明

圖1是光學(xué)電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

首先，簡單介紹一下線偏振光的傳感原理和圓偏振光傳感原理。其中：

線偏振光的傳感原理為：光束通過晶體(一般為玻璃)時(shí)，在磁場的影響下由于法拉第效應(yīng)，光場的偏振態(tài)會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。光束通過起偏器得到線偏振光；再通過晶體，在磁場的影響下，光束偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)；用檢偏器檢測偏振方向旋轉(zhuǎn)角，即可測量出磁場的大小。由于電流的磁效應(yīng)會產(chǎn)生磁場，通過測量磁場的大小可計(jì)算出相應(yīng)的電流大小。也就是說，線偏振光的測量原理為直接測量線偏振光的偏振角的相對變化，根據(jù)Faraday磁光效應(yīng)可知，載流導(dǎo)線中傳輸?shù)碾娏鞔笮∨c線偏振光的偏振角成正比，因此通過檢測光相位差信號可計(jì)算出待測電流值。

圓偏振光的傳感原理為：光束通過光纖時(shí)，在磁場的影響下由于法拉第效應(yīng)，圓偏振光的相位角會發(fā)生變化。在磁場的影響下，兩束(左右旋)圓偏振光發(fā)生干涉。根據(jù)Faraday磁光效應(yīng)與安培環(huán)路定律可知，載流導(dǎo)線中傳輸?shù)碾娏鞔笮∨c相位差成正比，因此通過檢測光相位差信號可計(jì)算出待測電流值。也就是說，圓偏振光的測量原理為測量圓偏振光的干涉后光程差的相對變化，根據(jù)Faraday磁光效應(yīng)與安培環(huán)路定律可知，載流導(dǎo)線中傳輸?shù)碾娏鞔笮∨c相位差成正比，因此通過檢測光相位差信號可計(jì)算出待測電流值。

基于上述兩種傳感原理，本實(shí)施例給出一種同時(shí)基于上述兩種傳感原理的光學(xué)電流互感器。該光學(xué)電流互感器包括光源，以及兩個(gè)測量單元，其中，第一測量單元基于線偏振光測量原理，為線偏振光學(xué)測量單元；第二測量單元基于圓偏振光測量原理，為圓偏振光學(xué)測量單元。第一測量單元包括第一傳輸光纖和檢測模塊，第二測量單元包括第二傳輸光纖和采集模塊。該光源作為這兩個(gè)測量單元的公共光源，所以，該光源通過第一傳輸光纖連接檢測模塊，通過第二傳輸光纖連接采集模塊。

由于上述兩種傳感原理，以及基于這兩個(gè)傳感原理的光學(xué)互感器屬于常規(guī)技術(shù)，又因?yàn)楸景l(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于同時(shí)將兩種傳感原理集成在一個(gè)互感器中，所以，本發(fā)明并不局限于互感器中的第一測量單元和第二測量單元的具體結(jié)構(gòu)。以下對這兩個(gè)測量單元的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體說明，當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于下述結(jié)構(gòu)描述。

如圖1所示，光源1通過入射光纖連接至光纖耦合器2，光纖耦合器2有兩路出射光纖，其中，第一路連接至線偏振光測量單元，第二路連接至圓偏振光測量單元。

線偏振光測量單元包括順次布設(shè)的第一自聚焦透鏡3、起偏器4、晶體5、檢偏器6和第二自聚焦透鏡7，光纖耦合器2的第一路出射光纖將光信號傳輸給第一自聚焦透鏡3，第二自聚焦透鏡7的出射光通過出射光纖連接至線偏振光調(diào)制解調(diào)組件8，線偏振光調(diào)制解調(diào)組件8將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。并且光學(xué)電流互感器中還設(shè)置有線偏振光學(xué)測量信號處理單元，該處理單元可以為常規(guī)的數(shù)據(jù)處理器。線偏振光調(diào)制解調(diào)組件8輸出連接該線偏振光學(xué)測量信號處理單元，用于對線偏振光調(diào)制解調(diào)組件8輸出的電信號進(jìn)行采集處理，進(jìn)而得到被測電流數(shù)據(jù)。

該線偏振光測量單元的整體工作過程為：光束通過起偏器4得到線偏振光，再通過晶體5，在磁場的影響下，光束偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，檢偏器6能夠檢測偏振方向旋轉(zhuǎn)角，即可測量出磁場的大小。由于電流的磁效應(yīng)會產(chǎn)生磁場，通過測量磁場的大小可計(jì)算出相應(yīng)的電流大小。

圓偏振光學(xué)測量單元包括依次連接的光纖耦合器9、起偏器10、相位調(diào)制器11、解調(diào)電路15和光探測器16，光探測器16與光纖耦合器9連接。光纖耦合器2的第二路出射光纖發(fā)出的光傳輸給光纖耦合器9。相位調(diào)制器11通過保偏光纖連接光纖電流傳感環(huán)13，并且光纖電流傳感環(huán)13的輸出端口設(shè)有1/4波片12和反射鏡14。

圓偏振光學(xué)測量單元的工作過程為：光纖耦合器2的第二路出射光纖發(fā)出的光經(jīng)過光纖耦合器9和起偏器10后，變?yōu)榫€偏振光。起偏器10的尾纖與相位調(diào)制器11的尾纖以45°熔接，線偏振光以45°注入保偏光纖延遲線，分別沿保偏光纖的X軸和Y軸傳輸。這兩個(gè)正交模式的線偏振光經(jīng)過1/4波片12后，分別變?yōu)樽笮陀倚龍A偏振光，進(jìn)入傳感光纖中傳播。載流導(dǎo)線中傳輸?shù)碾娏鳟a(chǎn)生磁場，在光纖電流傳感環(huán)13中產(chǎn)生法拉第磁光效應(yīng)，使這兩束圓偏振光的相位差發(fā)生變化并以不同的速度傳輸，在反射鏡14處反射后，兩束圓偏振光的偏振模式互換(即左旋光變?yōu)橛倚?，右旋光變?yōu)樽笮?再次通過傳感光纖，并再次經(jīng)歷法拉第效應(yīng)使兩束光產(chǎn)生的相位差加倍。這兩束光再次通過1/4波片12后，恢復(fù)為線偏振光。兩束光在起偏器10處發(fā)生干涉，攜帶相位差信號的光，即干涉后的光被光纖耦合器9分出一部分到光探測器16中，光探測器16將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，圓偏振光學(xué)測量信號處理單元將電信號進(jìn)行采集處理，進(jìn)而得到被測電流數(shù)據(jù)。該圓偏振光學(xué)測量信號處理單元也可以為常規(guī)的數(shù)據(jù)處理器。

線偏振光學(xué)測量信號處理單元和圓偏振光學(xué)測量信號處理單元還可輸出連接信號輸出單元，用于對傳輸?shù)膬陕冯娏鲾?shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理分析，比如：分析兩個(gè)電流數(shù)據(jù)之間的誤差，并將處理后的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。所以，該信號輸出單元能夠?qū)崿F(xiàn)雙重?cái)?shù)據(jù)的冗余，提升數(shù)據(jù)檢測的準(zhǔn)確性。

以上給出了具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計(jì)出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費(fèi)創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。