專利名稱：一種采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型具體涉及一種采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器。
背景技術(shù)：
在智能電網(wǎng)與數(shù)字化變電站建設(shè)的背景下，用作電力線電流測量的電子式電流互感器是重要的設(shè)備之一。當(dāng)前電子式互感器主要分為有源式電子式互感器和無源式電子式互感器，其中無源式電子式互感器采用光學(xué)傳感原理進(jìn)行電流測量，具有無電磁干擾、動態(tài)范圍大、可測直流等有源式電子式互感器無法比擬的優(yōu)點，因此受到工業(yè)界廣泛的重視。無源式的光學(xué)電流互感器主要有兩種方案，一種是偏振檢測方案，一種是Mgnac干涉型相位檢測方案。對于偏振檢測方案，Gongde Li等人(Sensitivity Improvement ofan Optical Current Sensor with EnhancedFraday Rodation, Journal of LightwaveTechnology, Vol. 15, No. 12，1997)提出了一種光學(xué)玻璃型電流傳感器，該電流傳感器采用環(huán)形集磁器增大了電流母線所產(chǎn)生的對傳感玻璃的磁場，且相對于光纖而言采用玻璃作為傳感元件避免了線性雙折射問題。對于Mgnac干涉型相位檢測方案，該技術(shù)源自于Mgnac干涉型光纖陀螺儀，該方案具有檢測精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點，是目前成功投入使用的主要的無源式電子式互感器。NxtPhase公司與ABB在此方面進(jìn)行了大量基本問題以及時間工程研究，如James N. Blake等人制作的光纖電流互感器已經(jīng)實現(xiàn)了掛網(wǎng)應(yīng)用(Applicationsof High—Voltage Fiber Optic current sensor, Power Engineering Society GeneralMeeting, 2006. IEEE)。對于當(dāng)前上述兩種方案，都有待進(jìn)一步改善。就偏振檢測方案而言，偏振檢測的精度相比干涉閉環(huán)檢測的靈敏度低，且光路系統(tǒng)受外界振動的影響，器件的固定與準(zhǔn)直在時間上也存在著不可靠因素；就^gnac干涉型相位檢測方案而言，采用光纖制作的環(huán)狀感應(yīng)裝置來進(jìn)行傳感，光纖的彎曲必然會引入線性雙折射，線性雙折射是影響系統(tǒng)精度的關(guān)鍵因素，對光纖彎曲線性雙折射的處理工藝復(fù)雜且容易使傳感光纖變的脆弱。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器，其準(zhǔn)確性以及長期穩(wěn)定性好，且結(jié)構(gòu)、制作工藝簡單。本實用新型為解決以上技術(shù)問題，提供以下技術(shù)方案一種采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器，其特征在于其包括SLED光源、光纖耦合器、光纖偏振器、雙折射光纖延遲線、相位調(diào)制器、λ/4波片、光學(xué)準(zhǔn)直器、磁光玻璃、反射膜、探測器以及電氣信號解調(diào)單元；SLED通過單模光纖連接到光纖耦合器；光纖耦合器與光纖偏振器相熔接，光纖偏振器與相位調(diào)制器成45°準(zhǔn)直熔接，光纖偏振器的尾纖以及相位調(diào)制器的入纖、尾纖皆為高雙折射光纖，相位調(diào)制器的另一端熔接雙折射光纖延遲線，雙折射光纖延遲線的另一端與λ/4波片成45°熔接，λ/4波片的另一端熔接光學(xué)準(zhǔn)直器，光學(xué)準(zhǔn)直器射出的光線垂直于磁光玻璃的光入射端面，磁光玻璃的光反射端面鍍有反射膜；探測器與光纖耦合器的光源接入端同側(cè)的另一連接端相熔接，探測器的電信號輸出端口連接電氣信號解調(diào)單元，電氣信號解調(diào)單元的輸出端連接相位調(diào)制器的電控制端口。按以上方案，其中SLED光源為低偏光SLED光源。按以上方案，采用了共軛光路系統(tǒng)。按以上方案，所述磁光玻璃具有強(qiáng)磁光效應(yīng)系數(shù)。按以上方案，所述強(qiáng)磁光效應(yīng)系數(shù)為所述磁光玻璃在633nm波長下Verdet常數(shù)>20rad*r1*m_1o按以上方案，還包括與磁光玻璃相配置的聚磁環(huán)。技術(shù)原理從光源發(fā)出的光經(jīng)過光纖偏振器后產(chǎn)生兩束相互正交的偏振光，兩束正交偏振光的相位差被相位調(diào)制器調(diào)制，兩束正交偏振光經(jīng)過λ /4波片后分別變?yōu)樽笮陀倚膱A偏振光后經(jīng)過準(zhǔn)直后，進(jìn)入待測電流母線產(chǎn)生的磁場作用下的磁光玻璃中，在磁光玻璃中傳播的兩束圓偏振光受磁場的作用，經(jīng)反射回到光纖回路時再轉(zhuǎn)化為相互正交的線偏振光，且兩正交偏振光之間產(chǎn)生了一定的相位差，該相位差攜帶電流母線電流信息，通過干涉閉環(huán)檢測裝置中的信號處理單元解調(diào)處理，可以得出電流母線上的電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點1、采用干涉閉環(huán)檢測方案，保證了光學(xué)電流互感器具有較高的靈敏度；2、利用磁光玻璃尤其是強(qiáng)磁光效應(yīng)系數(shù)玻璃制作的傳感部件結(jié)構(gòu)、工藝簡單；3、利用磁光玻璃制作的傳感部件無線性雙折射，有效的避免了傳感部件線性雙折射對系統(tǒng)精度的影響；4、采用聚磁環(huán)增強(qiáng)電流的磁感應(yīng)強(qiáng)度以增加傳感的靈敏性。5、基于數(shù)字干涉閉環(huán)光信號的檢測單元可以檢測兩束正交偏振光經(jīng)傳感部件之后產(chǎn)生的相位差，由磁光玻璃為主要材料制作的傳感元件則保證了傳感的準(zhǔn)確性以及長期穩(wěn)定性，且該傳感元件結(jié)構(gòu)與制作工藝簡單。6、由于采用了共軛光路系統(tǒng)，使系統(tǒng)對外界的震動、磁場等干擾有較大免疫性。由于光纖偏振器與相位調(diào)制器成45°準(zhǔn)直熔接，從偏振器出來的線偏振光進(jìn)入相位調(diào)制器時，線偏振光可視為分別沿著光纖的快慢軸傳播的兩束正交線偏振光，當(dāng)兩束正交光經(jīng)過反射膜反射后，其中任一束光沿著另一束光反射前的通道返回，兩正交光在光路系統(tǒng)中所歷經(jīng)的光路相同，不會因為振動、彎曲等因素致使兩正交光產(chǎn)生額外的相位差。

圖1為本實用新型實施方式的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型傳感部件具體實施方式
1的示意圖；圖3為本實用新型傳感部件具體實施方式
2的示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖和具體實現(xiàn)方式對本實用新型作進(jìn)一步的說明。結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)一步進(jìn)行說明。如圖1所示，所述的實用新型主要有下列主要部件構(gòu)成SLED光源1、光纖耦合器2、光纖偏振器3、相位調(diào)制器4、雙折射光纖延遲線5、λ /4波片6、光學(xué)準(zhǔn)直器7、磁光玻璃8、高反射膜9、探測器10以及電氣信號解調(diào)單元11。其中光學(xué)準(zhǔn)直器7、磁光玻璃8、高反射膜9構(gòu)成傳感部件有不同的方式，如圖2、圖3所表示的不同實施方式。如圖1所示的實施例一種采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器，其包括SLED光源1、光纖耦合器2、光纖偏振器3、雙折射光纖延遲線5、相位調(diào)制器4、λ /4波片6、光學(xué)準(zhǔn)直器7、磁光玻璃8、高反射膜9、探測器10以及電氣信號解調(diào)單元11 ；SLED通過單模光纖連接到光纖耦合器2 ；光纖耦合器2與光纖偏振器3相熔接，光纖偏振器3與相位調(diào)制器4成45°準(zhǔn)直熔接，光纖偏振器3的尾纖以及相位調(diào)制器4的入纖、尾纖皆為高雙折射光纖，相位調(diào)制器4的另一端熔接雙折射光纖延遲線5，雙折射光纖延遲線5的另一端與λ/4波片6成45°熔接，λ/4波片6的另一端熔接光學(xué)準(zhǔn)直器7，光學(xué)準(zhǔn)直器7射出的光線垂直于磁光玻璃8的光入射端面，磁光玻璃8的光反射端面鍍有反射膜9 ；探測器10與光纖耦合器2的光源接入端同側(cè)的另一連接端相熔接，探測器10的電信號輸出端口連接電氣信號解調(diào)單元11，電氣信號解調(diào)單元11的輸出端連接相位調(diào)制器4的電控制端口。具體的，其中SLED光源1為低偏光SLED光源。具體的，所述磁光玻璃8具有強(qiáng)磁光效應(yīng)系數(shù)(在633nm波長下Verdet常數(shù)>20 (rad^r1^1))。具體的，還包括與磁光玻璃8相配置的聚磁環(huán)14，磁光玻璃8設(shè)置在聚磁環(huán)14上。具體的，SLED光源1為低偏光源。具體的，光纖耦合器2為分光比為50:50的單模光纖耦合器。同側(cè)的兩個輸入/輸出端分別連接SLED光源1與探測器10 ；另一側(cè)的兩個輸入/輸出端口，一個連接光纖偏振器3，另一個進(jìn)行光源功率檢測或者空置不做用途。具體的，光纖偏振器3 —端與光纖耦合器2相熔接，其另一端與相位調(diào)制器4相熔接。其中與光纖耦合器2相連接的尾纖為單模光纖，與相位調(diào)制器4相連接的尾纖為熊貓型雙折射光纖。其作用將穩(wěn)定的低偏光轉(zhuǎn)變?yōu)楣β史€(wěn)定的線偏振光。具體的，相位調(diào)制器4輸入、輸出端的尾纖都為熊貓型雙折射光纖，相位調(diào)制器4輸入端的尾纖與光纖偏振器3相熔接，另一端與雙折射光纖延遲線5相連接，其中與光纖偏振器3相連的軸向準(zhǔn)直角為45°。由于光纖偏振器3與相位調(diào)制器4之間的成45°連接，進(jìn)入相位調(diào)制器4的光轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒夤β蚀笮∠嗟绕穹较蛳嗷フ坏木€偏振光。相位調(diào)制器4的作用是調(diào)節(jié)兩束相互正交線偏振光之間的相位差。具體的，雙折射光纖延遲線5為熊貓型高雙折射保偏光纖，其作用是連接相位調(diào)制器4與λ /4波片6且調(diào)節(jié)光在光學(xué)電流互感器系統(tǒng)內(nèi)的渡越時間。具體的，λ /4波片6與雙折射光纖延遲線5相連接的一段尾纖為熊貓型雙折射光纖，另一端的尾纖為單模光纖，且與傳感部件的光學(xué)準(zhǔn)直器7相連接。其作用是把兩相互正交的線偏振光轉(zhuǎn)化為左旋、右旋圓偏振光。具體的，光學(xué)準(zhǔn)直器7，使光進(jìn)入磁光玻璃8內(nèi)，垂直入射到磁光玻璃8的高反射膜9上，經(jīng)反射后光能再次準(zhǔn)確進(jìn)入光學(xué)準(zhǔn)直器7，經(jīng)來時的光路后由光纖耦合器2進(jìn)入探測器10中。具體的，磁光玻璃8具有較高磁光效應(yīng)系數(shù)V，位于待測電流母線所產(chǎn)生的磁場中，由于法拉第效應(yīng)的作用，兩束不同旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光經(jīng)磁光玻璃8后返回光學(xué)準(zhǔn)直器7時，產(chǎn)生了特定的相位差Φ=1 · VI，I為帶測量電流值，k為由于傳感裝置特點決定的常數(shù)，分別如圖2、圖3所示的具體實施方式
。以上實施例中的高反射膜9具有較高的反射特性，其反射效率達(dá)98%以上。具體的，探測器10可以精確地探測從SLED光源1發(fā)出的光經(jīng)過光路系統(tǒng)后回到探測器10的光功率，在相位調(diào)制器4不工作的情況下，探測器10產(chǎn)生的電信號強(qiáng)度為S=L Po · O (l+cos(k · VI) )，Pj 力SLED光源1發(fā)出的光功率，L為光路損耗系數(shù)，σ為探測器10的響應(yīng)度。具體的，電氣信號解調(diào)單元11，對探測器10產(chǎn)生的電信號進(jìn)行數(shù)字解調(diào)以及產(chǎn)生相位調(diào)制器4所需要的調(diào)制信號。本實用新型所提出的干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器最主要的特征在于集合了干涉閉環(huán)檢測與磁光玻璃傳感部件的優(yōu)點，既保證了系統(tǒng)對外界振動電磁場干擾有較強(qiáng)的免疫性，又保證了傳感部件的高性能。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本實用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器，其特征在于其包括SLED光源(1)、光纖耦合器(2)、光纖偏振器(3)、雙折射光纖延遲線(5)、相位調(diào)制器(4)、λ/4波片(6)、光學(xué)準(zhǔn)直器(7)、磁光玻璃(8)、反射膜(9)、探測器(10)以及電氣信號解調(diào)單元(11)；SLED通過單模光纖連接到光纖耦合器(2 )；光纖耦合器(2 )與光纖偏振器(3 )相熔接，光纖偏振器(3)與相位調(diào)制器(4)成45°準(zhǔn)直熔接，光纖偏振器(3)的尾纖以及相位調(diào)制器(4)的入纖、尾纖皆為高雙折射光纖，相位調(diào)制器(4)的另一端熔接雙折射光纖延遲線(5)，雙折射光纖延遲線(5)的另一端與λ/4波片(6)成45°熔接，λ/4波片(6)的另一端熔接光學(xué)準(zhǔn)直器(7 )，光學(xué)準(zhǔn)直器(7 )射出的光線垂直于磁光玻璃(8 )的光入射端面，磁光玻璃(8 )的光反射端面鍍有反射膜(9)；探測器(10)與光纖耦合器(2)的光源接入端同側(cè)的另一連接端相熔接，探測器(10)的電信號輸出端口連接電氣信號解調(diào)單元(11)，電氣信號解調(diào)單元(11)的輸出端連接相位調(diào)制器的電控制端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器，其特征在于其中SLED光源(1)為低偏光SLED光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器，其特征在于采用了共軛光路系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器，其特征在于所述磁光玻璃(8)具有強(qiáng)磁光效應(yīng)系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器，其特征在于所述強(qiáng)磁光效應(yīng)系數(shù)為所述磁光玻璃(8)在633nm波長下Verdet常數(shù)WOrac^r1*!^1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器，其特征在于還包括與磁光玻璃(8)相配置的聚磁環(huán)(14)。
專利摘要本實用新型具體涉及一種采用干涉閉環(huán)檢測的磁光玻璃光學(xué)電流互感器,其不同之處在于其包括SLED光源、光纖耦合器、光纖偏振器、雙折射光纖延遲線、相位調(diào)制器、λ/4波片、光學(xué)準(zhǔn)直器、磁光玻璃、反射膜、探測器以及電氣信號解調(diào)單元；本實用新型采用干涉閉環(huán)檢測方案，保證了光學(xué)電流互感器具有較高的靈敏度；利用磁光玻璃尤其是強(qiáng)磁光效應(yīng)系數(shù)玻璃制作的傳感部件結(jié)構(gòu)、工藝簡單。
文檔編號G01R19/00GK202330519SQ20112028888
公開日2012年7月11日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者劉 文, 彭定敏, 彭耐, 文濤, 方兵 申請人:武漢烽火富華電氣有限責(zé)任公司