[发明专利]基于频谱分割变换的反馈式光纤电流互感器

摘要

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。

主权项

1.一种基于频谱分割变换的反馈式光纤电流互感器，其特征在于，包括输出用于检测的光信号的光源、光纤耦合器、保偏光纤消偏器、光纤偏振器、振荡源、光相位调制器、保偏光纤延迟线、光纤电流感应单元、光电检测器、数字解调器以及频谱分割变换与反馈控制器，所述光纤电流感应单元包括1/4波片，感应光纤线圈以及所述感应光纤线圈端面镀的反射膜，所述感应光纤线圈围绕待测高压母线缠绕。

2.根据权利要求1所述的光纤电流互感器，其特征在于，所述光源输出的光信号经过所述光纤耦合器正向传输给所述保偏光纤消偏器，然后光信号进入光纤偏振器，所述光纤偏振器将光信号等分为两个正交的线偏振光，分别沿光纤X轴和Y轴送给所述光相位调制器，所述光相位调制器对两个正交的线偏振光进行调制，调制信号来自所述振荡源和所述频谱分割变换与反馈控制器；

所述两个线偏振光经过调制后输送给所述保偏光纤延迟线，所述1/4波片将来自所述保偏光纤延迟线的线偏振光转换为圆偏振光，两个圆偏振光经过所述感应光纤线圈达到所述反射膜，信号被全反射，并沿着所述感应光纤线圈反向传播，所述1/4波片将反向传播的圆偏振光转换为线偏振光，当反向传输的光信号达到所述光纤偏振器时，在内部产生萨格奈克干涉形成干涉光，所述干涉光经所述光纤耦合器反向传输给所述光电检测器，

所述光电检测器将检测到的光强转换为电信号，所述数字解调器接收所述电信号，以所述振荡源的调制信号对所述电信号进行解调、放大和校正后输出给频谱分割变换与反馈控制器，并输出所述待测高压母线的电流测量值，

所述频谱分割变换与反馈控制器接收所述数字解调器输出的相位信号，将所述输出信号频谱分割变换后输出调制信号至所述光相位调制器。

3.根据权利要求2所述的光纤电流互感器，其特征在于，所述光纤偏振器与所述光相位调制器之间设置有消偏头。

4.根据权利要求2所述的光纤电流互感器，其特征在于，所述振荡源的频率为f＝1/4τ，其中τ为所述保偏光纤延迟线的时间延迟。

5.根据权利要求2所述的光纤电流互感器，其特征在于，所述数字解调器输出所述电信号为经过所述频谱分割变换与反馈控制器进行频谱分割变换及反馈调制后，干扰分量被逐步消除直至趋于零，所述数字解调器输出所述待测高压母线的电流测量值I。

6.根据权利要求2所述的光纤电流互感器，其特征在于，待测高压电流母线中的电流通过法拉第效应使两个偏振态的光信号产生一个相位差，如下:

V为光纤的菲尔德常数，N为感应光纤线圈的匝数，I为高压电流母线中的电流，所述光电检测器根据如下(2)式计算母线中的电流强度，

其中I_d为检测光强，I_s为光源光强，k为整个光路的损耗，为所述振荡源给出到所述光相位调制器的调制信号，ω_m＝1/4τ，V为光纤菲尔德常数，N为感应光纤线圈匝数。

7.根据权利要求2所述的光纤电流互感器，其特征在于，所述(2)式可改写为：

所述光电检测器输出信号的相位中包含两个电压信号：一是与母线电流相对应的信号，记为：

V_I＝4VNI

二是与调制信号相对应的信号，记为：

所述光电检测器输出信号的相位中还含有缓变的低频干扰信号分量，记为：

V_n＝n(t)

实际光强信号变为，

其中，n(t)是由光纤机械应力和环境温度变化造成的缓变分量，经过数字解调器取出相位信号后，通过所述频谱分割变换与反馈控制器将缓变分量V_n从频谱中单独分离出来，再变换至时域，进入所述相位调制器，从而消除所述光电检测器中的低频干扰信号分量。

8.根据权利要求2所述的光纤电流互感器，其特征在于，所述频谱分割变换与反馈控制器包括时域→频域变换器、频谱分割处理器、频谱判别处理器、频域→时域变换器以及AGC控制器，所述的时域→频域变换器接收所述光电检测器的输出信号，将该信号进行傅里叶变换，从时域转换到频域，获得该电压信号的频域特性，时域→频域变换器将频域信号输出至所述频谱分割处理器，所述频谱分割处理器对信号进行频域分割，所述频谱分割处理器将分割后的各频段信号输出至所述频谱判别处理器，所述频谱判别处理器对各频段分量进行读取判别，将存在低频干扰段分量的频谱提取出并输出至所述频域→时域变换器，所述频域→时域变换器对来自频谱判别处理器的低频干扰段信号进行傅里叶反变换，将频域转换到时域的电压信号，并以所述振荡源的信号为参考与之同步后输出至AGC控制器，AGC控制器对该信号进行反向放大处理，输出至所述光相位调制器，此路信号与所述振荡源的信号共同调制两个正交的线偏振光，用以消除低频干扰信号。

9.根据权利要求8所述的光纤电流互感器，其特征在于，所述频谱分割处理器对信号按

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