[发明专利]全光纤电流传感器及电流闭环反馈校正方法

说明书

技术领域

本发明与电力传输系统的智能化电流传感器或互感器有关，具体属于一种用于精密测量电流和动态监控电网安全的全光纤电流传感器及电流闭环反馈校正方法。

背景技术

光纤电流传感器是未来智能电网的核心设备之一，自上世纪80年代初到现在，国内外很多高校、研究所及相关企业已经投入大量的人力、物力和财力对其进行研究开发，但迄今为止，还没有真正地形成大规模的推广和应用，其中核心问题是其精度或长期稳定性不能满足或无法达到电力工业的标准。光纤电流传感器的基本原理是利用法拉第效应，其具体技术是基于目前相对比较成熟的光纤陀螺技术，而二者之间的主要差别是传感光纤的特性不一样。在光纤陀螺中，传感光纤使用的是线保偏光纤，这种光纤目前在国内已经大量生产，并能满足陀螺产业的需求；而在光纤电流传感器中，传感光纤需要使用工艺复杂的保椭圆光纤，这种光纤做成的电流传感环，经远程温度补偿，精度可达到正负万分之四以内。我们知道，光纤电流传感器的结构主要由图1所示的两个核心部分组成，一是电流传感光纤；二是光电信号处理单元，二者缺一不可，互为核心部件。其中，光电信号处理单元包括光源、光电探测单元、信号处理单元、光纤耦合器、调制器、温度传感单元、数字输出单元和光纤延迟线（或者光纤延迟环，为线保偏光纤），光纤延迟线与电流传感光纤连接。尽管各研究单位已经做了很大的努力，但目前光电信号处理单元的稳定性还存在相当大的问题，特别是在低温情况下，问题还是相当的严重，单单确保光电信号处理单元的稳定性在正负千分之二内都很困难，更何况对整个传感器而言。传感器性能的不稳定主要由各类光器件长期使用性能变差、高低温情况的性能不稳定以及激光器波长的漂移等因素引起的，尽管可以采用保温或温控等措施，但仍然无法有效地抑制上述性能的不确定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全光纤电流传感器及电流闭环反馈校正方法，可以补偿光器件和光路因长期老化和温度变化引起的测量误差。

为解决上述技术问题，本发明的全光纤电流传感器，包括光电信号处理单元、串接在光电信号处理单元中的光纤延迟线后的两个传感光纤环，其中一个传感光纤环为参考电流传感光纤环，另一个传感光纤环为被测电流传感光纤环，所述参考电流传感光纤环串接在光纤延迟线和被测电流传感光纤环之间，所述参考电流传感光纤环上绕有电流导线，电流导线的两端连接在一标准参考电流发生器上，所述标准参考电流发生器与光电信号处理单元进行通讯连接。

在上述结构中，所述全光纤电流传感器为反射式光纤电流传感器，其中参考电流传感光纤环包括依次熔接的线保偏光纤、四分之一波片、参考电流传感光纤、四分之一波片和线保偏光纤，被测电流传感光纤环包括依次熔接的线保偏光纤、四分之一波片和被测电流传感光纤，被测电流传感光纤的末端镀有反射膜。

或者，所述全光纤电流传感器为直通式光纤电流传感器，其中参考电流传感光纤环和被测电流传感光纤环均包括依次熔接的线保偏光纤、四分之一波片、电流传感光纤、四分之一波片和线保偏光纤。

进一步的，所述四分之一波片也可由光偏振态变换波片或其它分数波片（如十六分之三或十六分之五波片等）代替。

更优选的，所述全光纤电流传感器为反射式光纤电流传感器，参考电流传感光纤环依次包含一螺旋速率上升段光纤、一螺旋速率匀速段光纤和一螺旋速率下降段光纤，其中螺旋速率上升段光纤和螺旋速率下降段光纤为沿光纤方向的对称结构，二者长度相等且螺旋速率对称相同，螺旋速率匀速段光纤为对磁场敏感的保椭圆偏振光纤或保圆光纤；所述螺旋速率上升段光纤起点和螺旋速率下降段光纤起点位于参考电流传感光纤环的不同圈上，两个起点位于所在环的位置在空间上重合，螺旋速率上升段光纤终点与螺旋速率下降段光纤终点位于参考电流传感光纤环的不同圈上，两个终点位于所在环的位置在空间上重合；所述被测电流传感光纤环依次包含一线保偏光纤、一变速螺旋段光纤和一匀速螺旋段光纤，其中变速螺旋段光纤向线保偏光纤过渡的一端的螺旋速率为零，向匀速螺旋段光纤过渡的一端的螺旋速率为设定最高值，匀速螺旋段光纤为螺旋速率为设定最高值的对磁场敏感的保椭圆偏振光纤或保圆光纤，其末端镀有反射膜；所述变速螺旋段光纤位于一磁场屏蔽管中，所述匀速螺旋段光纤的末端紧靠磁场屏蔽管的外侧，且反射膜与磁场屏蔽管的末端面对齐。其中，磁场屏蔽管的长度大于等于变速螺旋段光纤的长度。