[发明专利]一种自补偿型光纤电流传感系统

说明书

本发明公开了一种自补偿型光纤电流传感系统，属于光纤电流传感器技术领域，包括：光源、光纤、耦合器、传感光路单元、补偿光路单元和信号处理单元；耦合器将光信号均分后分别输入至传感光路单元和补偿光路单元；传感光路单元、补偿光路单元分别使接收到的光信号与待测电流、补偿电流产生的磁场相互作用，将相互作用后光信号收集并转化为电信号输出至信号处理单元；信号处理单元将采集到的输出信号进行闭环处理，经运算抵消掉光路双折射及维尔德常数无关量，得到待测电流的大小。本发明的系统具备较高的测量精度和较强的抗环境干扰能力，解决了以往的FOCS在实际应用时维尔德常数与光路双折射易受环境干扰而使运行稳定性和测量准确性较差的问题。

技术领域

本发明属于光纤电流传感器技术领域，更具体地，涉及一种自补偿型光纤电流传感系统。

背景技术

在智能电网时代，安全、可靠、稳定的电力设备不可或缺。在我国已投入运营的2000余台高电压电子电流传感器中，光纤电流传感器(Fiber Optics Current Sensor，FOCS)占比约40％。FOCS以其体积小重量轻、抗电磁干扰性好、绝缘性好等优势逐渐取代传统的电流传感器。

FOCS主要是测量电流周围法拉第磁致旋光效应给光路中圆偏振光带来的相位差从而计算出电流大小。FOCS的测量精度与光纤维尔德常数和光路的偏振特性关系密切，由于光纤的维尔德常数和双折射极易受到环境温度变动和震动等因素的影响，因此FOCS的抗干扰性仍是其实用化路上的一大问题。目前为止，研究人员相继提出了一系列解决方案，但依然不能将环境干扰降到理想的大小。例如：研究人员提出了用旋转光纤、退火光纤、特种光子晶体光纤等作为传感光纤，并称其偏振特性优良。但是，这些光纤的维尔德常数却依然会随环境温度变化而发生变化，并且特种光纤的制备工艺复杂、造价高昂；有研究人员提出利用光路中λ/4波片和维尔德常数二者温度系数相反的特性进行温度补偿，但是，消除了维尔德常数的温度波动特性，偏振特性却依然还是会受环境干扰，并且λ/4波片长度截取误差大、熔接角度难以控制、熔接点易受环境干扰等问题使得大部分FOCS长期运行可靠性远未达到要求；有研究人员提出采用集成化的偏振型FOCS，集成化部件体积小巧可以方便地进行恒温控制，然而，暴露在户外环境中的传感环部分依然会受到环境干扰，并且集成的部件价格昂贵；还有研究人员往光纤中掺杂Tb、CdSe等物质提高光纤的维尔德常数，从而提高电流测量的灵敏度。然而，这并不能提高FOCS的维尔德常数和偏振特性的抗干扰能力，掺杂工艺也会进一步提高FOCS的造价。

综上所述，即便FOCS有着传统电磁互感器不可比拟的优势，其在实际应用过程中由于维尔德常数和双折射波动引起的误差仍是一大问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自补偿型光纤电流传感系统，由此解决FOCS在实际应用时维尔德常数与光路双折射易受环境干扰导致运行稳定性和测量准确性较差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种自补偿型光纤电流传感系统，包括：光源、光纤、耦合器、传感光路单元、补偿光路单元和信号处理单元；

所述光源的输出端通过所述光纤连接于所述耦合器的输入端，所述耦合器的第一输出端连接于所述传感光路单元，所述耦合器的第二输出端连接于所述补偿光路单元，所述传感光路单元的输出端连接于所述信号处理单元的输入端，所述补偿光路单元的输出端连接于所述信号处理单元的输入端；

所述光源用于输出光信号；所述光纤用于将所述光信号输送至所述耦合器；所述耦合器用于将所述光信号均分后分别输入至所述传感光路单元和所述补偿光路单元；

所述传感光路单元用于使所述光信号与待测电流产生的磁场相互作用，产生传感光信号，将所述传感光信号收集并转化为电信号输出至所述信号处理单元；

所述补偿光路单元用于使所述光信号与补偿电流产生的磁场相互作用，产生补偿光信号，将所述补偿光信号收集并转化为电信号输出至所述信号处理单元；所述补偿光信号中携带了与所述传感光信号相同的双折射信息及维尔德常数信息；