CN202330519U - 一种采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器,其不同之处在于：其包括SLED光源、光纤耦合器、光纤偏振器、双折射光纤延迟线、相位调制器、λ/4波片、光学准直器、磁光玻璃、反射膜、探测器以及电气信号解调单元；本实用新型采用干涉闭环检测方案，保证了光学电流互感器具有较高的灵敏度；利用磁光玻璃尤其是强磁光效应系数玻璃制作的传感部件结构、工艺简单。

Description

一种采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器

技术领域

本实用新型具体涉及一种采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器。

背景技术

在智能电网与数字化变电站建设的背景下，用作电力线电流测量的电子式电流互感器是重要的设备之一。当前电子式互感器主要分为有源式电子式互感器和无源式电子式互感器，其中无源式电子式互感器采用光学传感原理进行电流测量，具有无电磁干扰、动态范围大、可测直流等有源式电子式互感器无法比拟的优点，因此受到工业界广泛的重视。

无源式的光学电流互感器主要有两种方案，一种是偏振检测方案，一种是Sagnac干涉型相位检测方案。对于偏振检测方案，Gongde Li等人（Sensitivity Improvement of an Optical Current Sensor with EnhancedFraday Rodation,Journal of Lightwave Technology,Vol.15,No.12,1997）提出了一种光学玻璃型电流传感器，该电流传感器采用环形集磁器增大了电流母线所产生的对传感玻璃的磁场，且相对于光纤而言采用玻璃作为传感元件避免了线性双折射问题。对于Sagnac干涉型相位检测方案，该技术源自于Sagnac干涉型光纤陀螺仪，该方案具有检测精度高，稳定性强等优点，是目前成功投入使用的主要的无源式电子式互感器。NxtPhase公司与ABB在此方面进行了大量基本问题以及时间工程研究，如James N.Blake等人制作的光纤电流互感器已经实现了挂网应用（Applications of High-Voltage Fiber Optic current sensor，Power Engineering Society General Meeting, 2006. IEEE）。

对于当前上述两种方案，都有待进一步改善。就偏振检测方案而言，偏振检测的精度相比干涉闭环检测的灵敏度低，且光路***受外界振动的影响，器件的固定与准直在时间上也存在着不可靠因素；就Sagnac干涉型相位检测方案而言，采用光纤制作的环状感应装置来进行传感，光纤的弯曲必然会引入线性双折射，线性双折射是影响***精度的关键因素，对光纤弯曲线性双折射的处理工艺复杂且容易使传感光纤变的脆弱。

发明内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提出了一种采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器，其准确性以及长期稳定性好，且结构、制作工艺简单。

本实用新型为解决以上技术问题，提供以下技术方案：一种采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器，其特征在于：其包括SLED光源、光纤耦合器、光纤偏振器、双折射光纤延迟线、相位调制器、λ/4波片、光学准直器、磁光玻璃、反射膜、探测器以及电气信号解调单元；SLED通过单模光纤连接到光纤耦合器；光纤耦合器与光纤偏振器相熔接，光纤偏振器与相位调制器成45°准直熔接，光纤偏振器的尾纤以及相位调制器的入纤、尾纤皆为高双折射光纤，相位调制器的另一端熔接双折射光纤延迟线，双折射光纤延迟线的另一端与λ/4波片成45°熔接，λ/4波片的另一端熔接光学准直器，光学准直器射出的光线垂直于磁光玻璃的光入射端面，磁光玻璃的光反射端面镀有反射膜；探测器与光纤耦合器的光源接入端同侧的另一连接端相熔接，探测器的电信号输出端口连接电气信号解调单元，电气信号解调单元的输出端连接相位调制器的电控制端口。

按以上方案，其中SLED光源为低偏光SLED光源。

按以上方案，采用了共轭光路***。

按以上方案，所述磁光玻璃具有强磁光效应系数。

按以上方案，所述强磁光效应系数为：所述磁光玻璃在633nm波长下Verdet常数>20rad*T^-1*m^-1。

按以上方案，还包括与磁光玻璃相配置的聚磁环。

技术原理：从光源发出的光经过光纤偏振器后产生两束相互正交的偏振光，两束正交偏振光的相位差被相位调制器调制，两束正交偏振光经过λ/4波片后分别变为左旋和右旋的圆偏振光后经过准直后，进入待测电流母线产生的磁场作用下的磁光玻璃中，在磁光玻璃中传播的两束圆偏振光受磁场的作用，经反射回到光纤回路时再转化为相互正交的线偏振光，且两正交偏振光之间产生了一定的相位差，该相位差携带电流母线电流信息，通过干涉闭环检测装置中的信号处理单元解调处理，可以得出电流母线上的电流。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、采用干涉闭环检测方案，保证了光学电流互感器具有较高的灵敏度；

2、利用磁光玻璃尤其是强磁光效应系数玻璃制作的传感部件结构、工艺简单；

3、利用磁光玻璃制作的传感部件无线性双折射，有效的避免了传感部件线性双折射对***精度的影响；

4、采用聚磁环增强电流的磁感应强度以增加传感的灵敏性。

5、基于数字干涉闭环光信号的检测单元可以检测两束正交偏振光经传感部件之后产生的相位差，由磁光玻璃为主要材料制作的传感元件则保证了传感的准确性以及长期稳定性，且该传感元件结构与制作工艺简单。

6、由于采用了共轭光路***，使***对外界的震动、磁场等干扰有较大免疫性。由于光纤偏振器与相位调制器成45°准直熔接，从偏振器出来的线偏振光进入相位调制器时，线偏振光可视为分别沿着光纤的快慢轴传播的两束正交线偏振光，当两束正交光经过反射膜反射后，其中任一束光沿着另一束光反射前的通道返回，两正交光在光路***中所历经的光路相同，不会因为振动、弯曲等因素致使两正交光产生额外的相位差。

附图说明

图1为本实用新型实施方式的基本结构示意图；

图2为本实用新型传感部件具体实施方式1的示意图；

图3为本实用新型传感部件具体实施方式2的示意图。

具体实施方式

下面参照附图和具体实现方式对本实用新型作进一步的说明。

结合附图对本实用新型进一步进行说明。

如图1所示，所述的实用新型主要有下列主要部件构成：SLED光源1、光纤耦合器2、光纤偏振器3、相位调制器4、双折射光纤延迟线5、λ/4波片6、光学准直器7、磁光玻璃8、高反射膜9、探测器10以及电气信号解调单元11。其中光学准直器7、磁光玻璃8、高反射膜9构成传感部件有不同的方式，如图2、图3所表示的不同实施方式。

如图1所示的实施例：一种采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器，其包括SLED光源1、光纤耦合器2、光纤偏振器3、双折射光纤延迟线5、相位调制器4、λ/4波片6、光学准直器7、磁光玻璃8、高反射膜9、探测器10以及电气信号解调单元11；SLED通过单模光纤连接到光纤耦合器2；光纤耦合器2与光纤偏振器3相熔接，光纤偏振器3与相位调制器4成45°准直熔接，光纤偏振器3的尾纤以及相位调制器4的入纤、尾纤皆为高双折射光纤，相位调制器4的另一端熔接双折射光纤延迟线5，双折射光纤延迟线5的另一端与λ/4波片6成45°熔接，λ/4波片6的另一端熔接光学准直器7，光学准直器7射出的光线垂直于磁光玻璃8的光入射端面，磁光玻璃8的光反射端面镀有反射膜9；探测器10与光纤耦合器2的光源接入端同侧的另一连接端相熔接，探测器10的电信号输出端口连接电气信号解调单元11，电气信号解调单元11的输出端连接相位调制器4的电控制端口。

具体的，其中SLED光源1为低偏光SLED光源。

具体的，所述磁光玻璃8具有强磁光效应系数（在633nm波长下Verdet常数>20(rad*T^-1*m^-1)）。

具体的，还包括与磁光玻璃8相配置的聚磁环14，磁光玻璃8设置在聚磁环14上。

具体的，SLED光源1为低偏光源。

具体的，光纤耦合器2为分光比为50:50的单模光纤耦合器。同侧的两个输入/输出端分别连接SLED光源1与探测器10；另一侧的两个输入/输出端口，一个连接光纤偏振器3，另一个进行光源功率检测或者空置不做用途。

具体的，光纤偏振器3一端与光纤耦合器2相熔接，其另一端与相位调制器4相熔接。其中与光纤耦合器2相连接的尾纤为单模光纤，与相位调制器4相连接的尾纤为熊猫型双折射光纤。其作用将稳定的低偏光转变为功率稳定的线偏振光。

具体的，相位调制器4输入、输出端的尾纤都为熊猫型双折射光纤，相位调制器4输入端的尾纤与光纤偏振器3相熔接，另一端与双折射光纤延迟线5相连接，其中与光纤偏振器3相连的轴向准直角为45°。由于光纤偏振器3与相位调制器4之间的成45°连接，进入相位调制器4的光转变为两束光功率大小相等偏振方向相互正交的线偏振光。相位调制器4的作用是调节两束相互正交线偏振光之间的相位差。

具体的，双折射光纤延迟线5为熊猫型高双折射保偏光纤，其作用是连接相位调制器4与λ/4波片6且调节光在光学电流互感器***内的渡越时间。

具体的，λ/4波片6与双折射光纤延迟线5相连接的一段尾纤为熊猫型双折射光纤，另一端的尾纤为单模光纤，且与传感部件的光学准直器7相连接。其作用是把两相互正交的线偏振光转化为左旋、右旋圆偏振光。

具体的，光学准直器7，使光进入磁光玻璃8内，垂直入射到磁光玻璃8的高反射膜9上，经反射后光能再次准确进入光学准直器7，经来时的光路后由光纤耦合器2进入探测器10中。

具体的，磁光玻璃8具有较高磁光效应系数V，位于待测电流母线所产生的磁场中，由于法拉第效应的作用，两束不同旋转方向的圆偏振光经磁光玻璃8后返回光学准直器7时，产生了特定的相位差φ=k·VI,I为带测量电流值，k为由于传感装置特点决定的常数,分别如图2、图3所示的具体实施方式。

以上实施例中的高反射膜9具有较高的反射特性，其反射效率达98%以上。

具体的，探测器10可以精确地探测从SLED光源1发出的光经过光路***后回到探测器10的光功率，在相位调制器4不工作的情况下，探测器10产生的电信号强度为S=L·                                                

·σ（1+cos(k·VI)）， 

为SLED光源1发出的光功率，L为光路损耗系数，σ为探测器10的响应度。

具体的，电气信号解调单元11，对探测器10产生的电信号进行数字解调以及产生相位调制器4所需要的调制信号。

本实用新型所提出的干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器最主要的特征在于集合了干涉闭环检测与磁光玻璃传感部件的优点，既保证了***对外界振动电磁场干扰有较强的免疫性，又保证了传感部件的高性能。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器，其特征在于：其包括SLED光源（1）、光纤耦合器（2）、光纤偏振器（3）、双折射光纤延迟线（5）、相位调制器（4）、λ/4波片（6）、光学准直器（7）、磁光玻璃（8）、反射膜（9）、探测器（10）以及电气信号解调单元(11）；SLED通过单模光纤连接到光纤耦合器（2）；光纤耦合器（2）与光纤偏振器（3）相熔接，光纤偏振器（3）与相位调制器（4）成45°准直熔接，光纤偏振器（3）的尾纤以及相位调制器（4）的入纤、尾纤皆为高双折射光纤，相位调制器（4）的另一端熔接双折射光纤延迟线（5），双折射光纤延迟线（5）的另一端与λ/4波片（6）成45°熔接，λ/4波片（6）的另一端熔接光学准直器（7），光学准直器（7）射出的光线垂直于磁光玻璃（8）的光入射端面，磁光玻璃（8）的光反射端面镀有反射膜（9）；探测器（10）与光纤耦合器（2）的光源接入端同侧的另一连接端相熔接，探测器（10）的电信号输出端口连接电气信号解调单元（11），电气信号解调单元（11）的输出端连接相位调制器的电控制端口。

2.根据权利要求1所述的采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器，其特征在于：其中SLED光源（1）为低偏光SLED光源。

3.根据权利要求1或2所述的采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器，其特征在于：采用了共轭光路***。

4.根据权利要求1或2所述的采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器，其特征在于：所述磁光玻璃（8）具有强磁光效应系数。

5.根据权利要求4所述的采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器，其特征在于：所述强磁光效应系数为：所述磁光玻璃（8）在633nm波长下Verdet常数>20rad*T^-1*m^-1。

6.根据权利要求1或2所述的采用干涉闭环检测的磁光玻璃光学电流互感器，其特征在于：还包括与磁光玻璃（8）相配置的聚磁环（14）。

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