[发明专利]基于频谱分割变换的反馈式光纤电流互感器

说明书

本发明提供了一种基于频谱分割变换的反馈调制式光纤电流互感器方案，可以通过傅里叶变换将待测信号转换为频谱，分割出信号频带以外的干扰量，再经过傅里叶反变换生成时域的误差信号，将此信号按比例负反馈调制，直至消除此干扰量。该干扰量主要是光纤器件的机械应力和环境温度的变化所引起的误差，消除此干扰量可提高系统的稳定性和测量精度。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于频谱分割变换的反馈调制型光纤电流互感器。

背景技术

基于磁光法拉第效应的光纤电流互感器采用光纤作为传感介质，不存在铁磁共振和磁滞饱和的隐患，同时具有频带宽、动态范围大、检测精度高、体积小、重量轻、环境适应性能好，以及制造和维护成本低等一系列优点，从根本上避免了传统电流互感器的固有缺陷。尤其是采用反射式萨格奈克干涉仪型的光纤互感器，其具有的最小非互易性能最大程度地抵消掉了由于温度、振动、外界干扰等引起的光纤器件机械应力的变化，使得其具有非常高的短期测量精度和短期稳定性。但是，由于光纤器件的非理想，系统存在长期的漂移，特别是，系统在全温度环境下(-40℃～60℃)想保持长期稳定非常困难，就目前的器件水平无法做到。

通常的解决方式是增加温度传感器，通过测量传感区域的温度，建立误差随温度的变化模型，对误差进行修正。这种方式存在两个缺点：一是额外增加了一个温度传感器，系统变得复杂，成本增加；二是误差随温度变化的模型是漂移的，一个模型只能应用一段时间，随着光纤器件的应力释放，产生了性能的漂移，当漂移积累到一定程度，原有模型也不再适合，就需重新建立模型，而此时光纤互感器已经在线工作，重新建立模型非常困难。

以反射式萨格奈克干涉仪型光纤电流互感器为例，造成光纤器件漂移的具体原因主要有：

1.传感光纤的漂移。一方面，传感光纤要求传输圆偏振光，但光纤中残留着线性双折射，并在感应双折射的影响下，光纤中的线偏振光的作用不可忽略，造成光纤中的圆偏振光变成椭圆偏振光，其椭圆度随温度产生漂移，使得电流传感也随温度漂移；另一方面，当传感光纤采用圆保偏光纤时，圆保偏光纤的旋钮应力随着时间释放，使得圆保偏的性能下降，因此感应电流也将呈现缓慢的漂移。

2.反射传输损耗的影响。传感光纤的末端连接有反射体将光反射回来，其反射体的损耗影响反射光的能量，在有损的情况下，如受温度、振动的影响，光对电流的敏感也必然受到影响，从而产生漂移。

3.1/4波片相位误差的温度特性，会造成光纤电流互感器的尺度因子随温度发生变化。

4.光相位调制器的温度敏感性的影响。光相位调制器由电光晶体组成，利用感应双折射实现电信号对光的调制。由于电光调制存在非线性区，因此受温度的影响比较大，使得调制信号产生明显漂移，进而导致电流传感发生漂移。

此外，光源、起偏器均受温度的影响，保偏光纤对轴精度产生的影响也随温度变化。

可见，系统的漂移是综合性的原因造成的，最终体现在电流测量误差中。尽管采用外加的温度传感器修正误差的方法能短时解决问题，但仍然无法解决长期漂移的问题。为此，本发明将公开一种新的基于频谱分割变换的反馈调制方案，有效解决存在于光纤互感器的长期漂移问题。

发明内容

本发明的目的是公开一种基于频谱分割变换的反馈调制式光纤电流互感器方案，通过傅里叶变换将待测信号转换为频谱，分割出信号频带以外的干扰量，再经过傅里叶反变换生成时域的误差信号，将此信号按比例负反馈调制，直至消除此干扰量。该干扰量主要是光纤器件的机械应力和环境温度的变化所引起的误差，消除此干扰量可提高系统的稳定性和测量精度。