[实用新型]混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用光学方法对导体中的电流进行测量的设备及其检测方法，属于电力应用与光纤传感技术领域。 

背景技术

全光纤电流互感器是新一代高压大电流测量装置，它采用具有天然良好绝缘性能的光纤材料作为传感和传输元件。传感单元没有电子电路，不需要供电电源，是一种无源的电流传感器。全光纤电流互感器与传统电流互感器相比具有如下优点：测量频带宽；动态范围大；绝缘性能好；无开路导致高压的危险；不含铁芯，没有铁磁共振、磁饱和及大电感所引起的滞后现象；不含油，没有爆炸危险；受电磁干扰影响小；体积小、重量轻、结构简单。 

全光纤电流互感器对电流的测量是基于Ampere定律和Faraday电磁感应原理的。当传感光纤位于有电流通过而形成的磁场中时，依据Faraday电磁感应原理，电流信息会转换到两束圆偏振光的相位中，产生Faraday相位差。当两束圆偏振光传输到传感光纤末端时，产生镜面反射，两束光模式互换（左旋变右旋，右旋变左旋）后沿原光路返回，Faraday效应因非互易性而加倍，并在1/4波片处再次转换成两束模式正交的线偏振光，在起偏器处发生干涉。 

虽然全光纤电流互感器具有传统电流互感器无法比拟的优势，但由于其光路中1/4波片、光纤费尔德常数具有温度相关性，导致电流检测的稳定性和测量精度受到影响，这在很大程度上限制了光纤型电流互感器的应用。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够实时测量传感头的温度进而对电流互感器的测量结果进行准确、可靠修正的混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器及其电流检测方法。 

为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：一种混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器，包括电流检测光路和温度检测光路，电流检测光路包括顺序连接的光源、保偏耦合器、相位调制器、偏振合束器、保偏传输光纤和传感头，温度检测光路包括顺序连接的光源、保偏耦合器、光环形器、单模传输光纤和传感头，所述光源、保偏耦合器和传感头为两条光路所共用，所述两条光路还包括共用的光电转换调制解调单元，所述光电转换调制解调单元分别与所述保偏耦合器和光环形器相连接。 

所述电流检测光路中正向传输的光与反向传输的光在相位调制器内发生的干涉信号， 用于待测电流信号的检测；所述温度检测光路中经光纤光栅反射有带温度信息的反射光波，用于电流信号的在线温度补偿。 

所述光源为ASE光源。 

所述相位调制器为铌酸锂相位调制器。 

所述传感头包含两条传感线路，电流传感线路与温度传感线路。所述电流传感线路由1/4波片、低双折射传感光纤和设置在低双折射传感光纤末端的法拉第反射镜组成；所述温度传感线路由写有光纤光栅的单模光纤组成。所述两条传感线路为环形，共同封装于充满惰性气体的石英玻璃管中，所述石英玻璃管外部包覆有缓冲层，缓冲层外部为传感头骨架；所述传感头骨架、缓冲层和石英玻璃管的同一环形位置上设有开口，所述保偏传输光纤和单模传输光纤通过所述开口分别与电流传感线路的1/4波片和温度传感线路的单模光纤连接；所述传感头的环形传感线路中央还设有汇流棒。 

进一步，所述传感头骨架的开口处设有密封橡胶圈。 

所述光电转换调制解调单元包括探测器、OCM模块、调制解调电路和转换输出接口；所述调制解调电路包括顺序连接的模数转换器、数据处理单元和数模转换器，所述数据处理单元还与所述转换输出接口连接，所述数据处理单元内写有传感头受温度影响的模拟补偿算法；所述探测器一端与保偏耦合器相连接，接收电流检测光路中相位调制器内发生的干涉信号，另一端与调制解调电路的模数转换器相连接，对干涉信号进行调制和解调；所述OCM模块一端与光环形器相连接，接收温度检测光路中带有温度信息的反射光波，另一端与调制解调电路的数据处理单元相连接，对温度信息进行在线补偿；所述OCM模块由分光光栅、探测器阵列和电子处理单元构成，采用密集型波分复用DWDM技术将光波长变化转换成电信号分析并转换输出。 

进一步，所述传感头的工作温度为-40℃～+60℃。 

一种混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器的电流检测方法，包括如下步骤：（1）对混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器进行温度试验，获得模拟补偿算法；（2）将模拟补偿算法嵌入混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器的数据处理单元；（3）使用混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器对待测电流进行检测，输出检测结果。