[实用新型]一种新型光纤电流互感系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤电路传感领域，更具体地，涉及一种新型光纤电流互感系统。

背景技术

随着经济的发展，电气设备的广泛使用推动了电流传感领域的发展，特别是在超大电流检测领域。传统的电磁式电流互感系统，由于其自身的缺陷以及安全性等问题，正在逐渐被市场淘汰。而光纤制造工艺、光纤通信和光纤传感在这十年间的迅猛发展，使得光学电流互感系统被广泛关注。作为一种光学的系统，其在检测手段、信号的传输及处理方式与传统的电磁式电流互感系统有较大的差别。同时作为一种新型的电流互感系统，它有许多传统电流互感系统无法比拟的优势。

光学电流互感系统具有抗电磁干扰、高灵敏度、高安全性、可分布式测量的优点，这些优点弥补了传统电流检测技术中的缺陷，推动了现代测量与传感技术的发展，被广泛运用于高压电力行业、生物医学、化学与环境、军事等领域。此外，由于其采用轻便的光纤作为传感元件，信号以光的形式在其中传输，使得其能很容易的被用于需要采用分布式检测的环境当中。

在光纤传感技术被提出的最初阶段，强度型调制光纤电流互感系统为主要的研究方向，随着测量精度的要求不断提高，带有Sagnac环和反射式干涉性的光纤电流传感技术开始出现并大规模发展推进。

现有的光纤电流互感系统多数采用的方案是：将线偏振光分成两束正交圆偏振光在传感光纤中传输，当存在磁场时，由于两束圆偏振光有不同的传播速度，进而产生干涉现象，通过解调干涉条纹的强弱来探测电流的大小，然而该方案在实际实施中，保偏光纤的45度熔接具有较大的难度，而熔接过程中的角度误差会导致测量精度的下降。

实用新型内容

本实用新型为解决以上现有技术的缺陷，提供了一种结构更为简单的新型光纤电流互感系统，互感系统的整体结构为反射式，在使用时无需对保偏光纤进行45度熔焊，所以不会因为熔接过程中的角度误差导致测量精度的下降，且由于互感系统使用法拉第反射镜补偿线性双折射的影响，所以能够对振动保持更高的免疫性。

为实现以上实用新型目的，采用的技术方案是：

一种新型光纤电流互感系统，包括宽带光源、无源器件、光学单元OU、传感光纤、法拉第反射镜、第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块和上位机；所述无源器件为光环形器或耦合器，光环形器或耦合器包括有三个端口，分别为第一端口、第二端口和第三端口；光学单元OU也包括有三个端口，分别为端口A、端口B和端口C；

其中宽带光源的输出端与无源器件的第一端口连接，无源器件的第二端口与光学单元OU的端口A连接，光学单元OU的端口C通过传感光纤与法拉第反射镜的输入端连接；无源器件的第三端口、光学单元OU的端口B分别与第一光电探测器、第二光电探测器的输入端连接，第一光电探测器、第二光电探测器的输出端通过数据采集模块与上位机连接。

上述方案中，宽带光源发出的入射光从无源器件的第一端口进入无源器件，再经第二端口射出，然后入射光经端口A进入光学单元OU，入射光在光学单元OU中起偏并旋转22.5°后进入传感光纤，入射光在传感光纤中受电流磁场作用其偏振面发生旋转，入射光经传感光纤进入法拉第反射镜，经法拉第反射镜反射后入射光再次进入传感光纤，其偏振面再次发生旋转，此时经历双重旋转的入射光进入光学单元OU并在光学单元OU中形成两束正交分量，其中一束正交分量经光学单元OU的端口B直接进入第二光电探测器，另一束正交分量经无源器件的第二端口进入光环形器并通过光环形器的第三端口进入第一光电探测器。数据采集模块分别采集第一光电探测器、第二光电探测器的探测数据并将这些数据输送至上位机，上位机对这些数据进行计算获得偏振面旋转的角度，并根据旋转的角度得出电流值的大小。

由上所述得知，由于光纤电流互感系统采用反射式结构，入射光的偏振面会在传感光纤中发生两次旋转，在使用的传感光纤长度相等的条件下，本实用新型提供的光纤电流互感系统的灵敏度是采用直通式结构的互感系统灵敏度的两倍，同时，由于线性双折射的互易性，法拉第反射镜能够在一定程度补偿传感光纤的线性双折射。

优选地，所述传感光纤为低双折射旋转光纤。传感光纤采用低双折射光纤，能够降低双折射对测量结果的影响。

优选地，所述低双折射旋转光纤的步长为7mm，螺距为3mm，衰减为4db/km。

优选地，所述光学单元OU包括一法拉第旋光转子和一单轴双折射晶体，单轴双折射晶体与端口A、端口B连接，法拉第旋光转子与端口C连接；

入射光从端口A入射至单轴双折射晶体时，入射光会被单轴双折射晶体分成o光和e光，e光被丢弃，而o光入射至法拉第旋光转子并经端口C射出；