[发明专利]一种基于手性光纤耦合器的光纤电流互感装置、光纤电流互感系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种基于手性光纤耦合器的光纤电流互感装置、光纤电流互感系统及其测量方法。SLD光源(1)与光电探测器(2)均链接2×2单模光纤耦合器(3)，2×2单模光纤耦合器(3)通过起偏器(4)与直波导相位调制器(5)相连接，光电探测器(2)与电路信号处理模块(9)相连接，电路信号处理模块(9)分别与电流输出端(10)和直波导相位调制器(5)相连接；直波导相位调制器(5)通过光纤延迟环(6)与1×2手性光纤耦合器(7)相连接，1×2手性光纤耦合器(7)与光纤传感环(8)相连接，光纤传感环(8)内嵌入载流导体(11)。本发明提升光纤电流互感器系统测量电流时的温度稳定性。

技术领域

本发明属于全光纤电流传感领域；具体涉及一种基于手性光纤耦合器的光纤电流互感装置、光纤电流互感系统及其工作方法。

背景技术

光纤电流互感器(Fiber optic current transformer,FOCT)是一种基于法拉第旋光效应的光纤类传感器，由于其具有绝缘性好，可靠性高，宽频域和良好的暂态特性等优点被广泛的应用于电力传输行业。其中，FOCT光路部分中的λ/4波片、光纤传感环及传感环末端的反射镜构成的整体闭合回路作为了FOCT的敏感部件。而其敏感部件是安装在高压侧，易受到外界环境温度的影响，导致FOCT系统测量电流的准确度下降，进而限制了其进一步的规模化应用，其中受影响最大的是λ/4波片。λ/4波片本身在制作及与直波导相位调制器尾纤熔接时存在一定的相位延迟误差和对轴误差，并且再加上外界温度的变化也会影响λ/4波片的相位延迟误差，这些因素均会导致光在FOCT系统传输的过程中产生偏振误差，进而降低了系统测量电流的准确度。

因此，为了减小温度变化对FOCT测量电流时的影响，需要对由于λ/4波片引起的偏振误差进行补偿。现有的主流解决方案有两种，一种是利用光纤传感环维尔德常数受温度影响的负相关变化来补偿λ/4波片由于温度变化导致的相位延迟的变化，另一种是通过在电路信号处理系统FPGA芯片内部加入温度补偿算法来补偿由于温度的变化引入的偏振误差，但这两种方案都有一定的缺陷。对于第一种方案来说，我们需要将λ/4波片的相位延迟调整为偏离90度的大小来补偿光纤传感环维尔德常数的变化，虽然可以通过参数优化来满足变温条件下系统测量电流准确度的要求，但会牺牲在常温下系统测量电流的准确度；对于第二种方案来说，由于系统整体的误差并不是线性变化，所以我们只能标定几个温度点下系统测量误差，对于其它温度点下的误差只能通过拟合后的曲线进行估计，这样就无法实现精确和连续实时的温度补偿，并没有从根本上解决问题。这两种方案存在的缺陷都限制了FOCT系统在变温环境下测量电流的准确度。因此，需要寻找一种能够从原理上提升系统温度稳定性的解决方案。

发明内容

本发明提出了一种基于手性光纤耦合器的光纤电流互感装置、光纤电流互感系统及其工作方法，提升光纤电流互感器系统测量电流时的温度稳定性。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于手性光纤耦合器的光纤电流互感装置，所述光纤电流互感装置包括SLD光源1、光电探测器2、2×2单模光纤耦合器3、起偏器4、直波导相位调制器5、光纤延迟环6、1×2手性光纤耦合器7、光纤传感环8、电路信号处理模块9、电流输出端10和载流导体11，所述SLD光源1与光电探测器2均链接2×2单模光纤耦合器3，所述2×2单模光纤耦合器3通过起偏器4与直波导相位调制器5相连接，

所述光电探测器2与电路信号处理模块9相连接，所述电路信号处理模块9分别与电流输出端10和直波导相位调制器5相连接；

所述直波导相位调制器5通过光纤延迟环6与1×2手性光纤耦合器7相连接，所述1×2手性光纤耦合器7与光纤传感环8相连接，所述光纤传感环8内嵌入载流导体11。