[发明专利]基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电网电流检测技术，特别涉及一种基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统。

背景技术

智能电网是一个涉及多技术领域的战略性概念，发展智能电网必须以测量技术为手段、设备技术为支撑、控制技术为方法、支持技术为导向。其中电流是智能电网需要检测的重要参数，电流传感器也就成为了智能电网中最重要的仪器之一，大电流检测技术是实现智能电网的关键。大电流检测系统应用光纤的法拉第效应，由于法拉第效应，电流产生磁场，磁场再影响偏振态，仪器通过对偏振态检测，得到被测的电流值。然而一直以来，由于温度对基于光纤偏振态检测电流的影响难以避免和补偿，至今光纤式电流互感器仍难以形成批量和大规模生产。

发明内容

本发明是针对大电流检测系统中温度对基于光纤偏振态检测电流的影响难以避免和补偿的问题，提出了一种基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统，通过对环境温度进行实时测量，并通过设置偏振控制器、在偏振控制器中同时输入光信号和温度信号，在偏振控制器中对温度变化信号进行补偿，从而使光信号在控制器输出端（检测电流之光纤）始终保持线性的偏振态，从而避免了温度变化对光的偏振态变化产生的影响，因而也就避免了温度变化对电流检测结果的影响，提高了系统的测量准确度。

本发明的技术方案为：一种基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统，磁光晶体置于通有大电流的导线边，激光光源，环形器，偏振控制器，磁光晶体，光纤反射镜用保偏光纤依次相连，光纤偏振态探测器通过光纤传感器模块测量光纤的实时偏振态变化量送单片机，温度传感器测试环境温度送单片机内A/D转换器，偏振控制器将测得的光的偏振量送单片机，单片机处理信号后，输出偏振补偿量通过偏振控制器传送至传感光纤。

所述的激光光源可选用1550nm或者1310nm的激光光源；所述的环形器可选用三孔环形器，所述的光纤反射镜选用FC-NPC接口的光纤。

本发明的有益效果在于：本发明基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统，结构简单，该仪器传感部分应用光学原理，所以对绝缘器件的要求不高，相对传统型测试系统尺寸变小、造价变低；由于该仪器放弃了电磁铁芯，采用磁光效应原理，所以动态范围非常大，反应速率高，可以实现大电流的非饱和测试；采用光纤作为传感器可以实现数据的远距离传输，安全性得到极大的提高；采用偏振控制器对光的偏振态实施控制，同时在偏振控制系统中针对温度的影响进行补偿，从而使光信号到达传感光纤检测电流前完全避免了温度的影响。

附图说明

图1为本发明基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统中光纤偏振电流传感系统原理图；

图2为本发明基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统结构示意图；

图3为本发明基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统硬件连接示意图；

图4为本发明基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统软件流程图。

具体实施方式

如图1所示光纤偏振电流传感系统原理图，在磁场的作用下，本来不具有旋光性的物质也产生了旋光性（光矢量发生旋转）这种现象称作磁致旋光效应或者法拉第效应。旋转矢量                                               =，设物质旋光能力为ρ，则=。当光通过物质的光程为l时，光偏振面的旋转角为：=l=l=Vl，此处V= ，V称为费尔德常数,与物质的性质、温度以及光的频率（波长）有关，物理意义是每单位光程每单位场强的旋转角。

线偏振光通过磁光材料时，在电流产生的磁场作用下其偏振面将发生旋转，旋转角正比于磁场H沿着线偏振光通过材料路径的线积分：V，

由全电流定律有：V=VNI，通过探测线偏振光偏转角度来探测电流的变化。电流与角成正比，测出角即可求出电流I。上述就是本发明所述系统工作的理论依据。

本发明专利的突出优点是：在正常情况下，可以由计算机软件自动反馈环境温度对光在光纤传输偏振态的影响；当系统发生异常状况时，也可以进行手动操作。同时还具有计算机监控功能，显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出。