[发明专利]一种采用双闭环控制的全光纤电流互感器

权利要求书

1.一种采用双闭环控制的全光纤电流互感器，其特征在于包括：光源(1)、Loyt消偏器(2)、集成光学器件(3)、保偏光纤延迟线(4)、λ/4波片(5)、敏感光纤(6)、反射镜(7)、光电探测器(8)和双闭环控制装置(9)；光源(1)发出的光束经Loyt消偏器(2)消除偏振后，进入集成光学器件(3)处理产生两束线偏振光，两束线偏振光中只有一束受到了调制；两束线偏振光进入保偏光纤延迟线(4)，分别沿快轴和慢轴传输，随后两束线偏振光经过λ/4波片(5)，转变为两束椭圆偏振光，一束左旋，另一束右旋，同时进入敏感光纤(6)传播；在敏感光纤(6)中传播的两束椭圆偏振光，由于Faraday磁光效应，在被测电流产生磁场的作用下产生相位差，随后两束椭圆偏振光到达反射镜(7)，经反射镜(7)反射后再次进入敏感光纤(6)，左旋光束变为右旋光束，右旋光束变为左旋光束，在被测电流产生磁场的作用下，两束椭圆偏振光再次产生相位差；携带了电流信息的两束椭圆偏振光，经过λ/4波片(5)后转变为两束线偏振光，原先沿快轴传输的光束进入慢轴，原先沿慢轴传输的光束进入快轴，而后沿保偏光纤延迟线(4)回到集成光学器件(3)发生干涉，形成干涉光后送至光电探测器(8)；光电探测器(8)将所述干涉光中携带的被测电流信息由光强信号转换为电压信号后送至双闭环控制装置(9)，双闭环控制装置(9)根据传来的电压信号，分别完成对进入集成光学器件(3)中的两束线偏振光的相位置零闭环控制和调制波复位闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一种采用双闭环控制的全光纤电流互感器，其特征在于：所述的双闭环控制装置(9)包括前置运算放大器(91)、AD转换器(92)、数字信号处理单元(93)、主DA转换器(94)、副DA转换器(95)、运算放大器(97)，数字信号处理单元(93)又包括方波调制器(931)、主解调器(932)、副解调器(933)，主积分器(934)、副积分器(935)和阶梯波生成器(936)；前置运算放大器(91)接收光电探测器(8)输出的电压信号，进行放大、隔直和滤波后，经AD转换器(92)转换为数字信号，所述的数字信号分别进入主解调器(932)和副解调器(933)，方波调制器(931)产生方波调制信号也分别送至主解调器(932)和副解调器(933)，主解调器(932)和副解调器(933)根据方波调制信号对AD转换器(92)输出的数字信号进行解调处理，主解调信号进入主积分器(934)，副解调信号进入副积分器(935)，主积分器(934)的输出信号经阶梯波生成器(936)产生阶梯波，并与方波调制器(931)产生的方波调制信号叠加后合成为调制波输出到主DA转换器(94)，再经过运算放大器(97)后输出到集成光学器件(3)，完成相位置零闭环控制；副积分器(935)的信号输出到副DA转换器(95)，副DA转换器(95)的输出连接至主DA转换器(94)的参考端完成调制波复位闭环控制。

3.根据权利要求2所述的一种采用双闭环控制的全光纤电流互感器，其特征在于：所述的调制波复位闭环控制也可采用可变数字电阻(96)实现，实现时将副积分器(935)的信号输出至可变数字电阻(96)，由可变数字电阻(96)作为运算放大器(97)的增益电阻。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种采用双闭环控制的全光纤电流互感器，其特征在于：所述的集成光学器件(3)由两片铌酸锂芯片制成，其中一个芯片(31)采用质子交换工艺制成，另一个芯片(32)采用钛扩散工艺制成，并且所述另一个芯片(32)的表面上镀有电极(33)，用于对光相位进行调制，两个芯片粘接在一起，角度为45度或135度。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种采用双闭环控制的全光纤电流互感器，其特征在于：所述的在敏感光纤(6)中传播的两束椭圆偏振光，由于Faraday磁光效应在被测电流产生磁场的作用下产生的相位差 其中a为圆偏振光分量所占比例，0≤|a|≤1，N为敏感光纤(6)的匝数，V为维尔德常数，I为穿过敏感光纤头的被测电流值。

6.根据权利要求2或3所述的一种采用双闭环控制的全光纤电流互感器，其特征在于：所述的方波调制器(931)产生的调制方波信号的频率为f＝1/2τ，其中τ为保偏光纤延迟线(4)与敏感光纤(6)的光传播时间之和。