[发明专利]一种差分式全光纤电流互感器

权利要求书

1.一种差分式全光纤电流互感器，其特征在于：该光纤电流互感器包括SLED光源(1)、耦合器(2)、第一测量臂(3A)、第二测量臂(3B)、光电探测单元(4)和电信号控制单元(5)；

所述的SLED光源(1)发出的光经过耦合器(2)分成相同的两束光分别进入第一测量臂(3A)和第二测量臂(3B)；

所述的第一测量臂(3A)包括：第一耦合器(3A1)、第一光纤起偏器(3A2)、第一相位调制器(3A3)、第一延迟环(3A4)、第一λ/4波片(3A5)和第一敏感环(3A6)；其中第一敏感环(3A6)是在传感光纤的端头垂直切割后，镀上反射膜形而成，传感光纤顺时针缠绕；

所述的第二测量臂(3B)包括与第二测量臂(3B)中型号参数完全相同的第二耦合器(3B1)、第二光纤起偏器(3B2)、第二相位调制器(3B3)、第二延迟环(3B4)、第二λ/4波片(3B5)和第二敏感环(3B6)；其中第二敏感环(3B6)是在传感光纤的端头垂直切割后，镀上反射膜形而成，传感光纤逆时针缠绕；

所述的第一敏感环(3A6)和第二敏感环(3B6)套在同一个母排上，测量同一个待测电流；

所述的光电探测单元(4)包括结构相同的第一PIN光电探测器(4A)和第二PIN光电探测器(4B)

所述的电信号控制处理单元(5)接收来自光电探测单元(4)的电信号，并输出电压信号分别控制第一相位调制器(3A3)和第二相位调制器(3B3)的输出相位，形成闭环控制回路；

电信号控制单元(5)包括光源模块控制电路(51)、预处理模块(52)、调制驱动电路(53)、电平转换模块(54)和光通讯模块(55)；

光源模块控制电路(51)包括由三极管构成的光源芯片电流驱动源和制冷芯片驱动电路；

预处理模块(52)接收来自光电探测单元(4)的电信号，并由差分放大芯片和模数转换芯片对电信号进行预处理，得到第一测量臂(3A)和第二测量臂(3B)的测量值I 1 和I 2 ；由于第一敏感环(3A6)和第二敏感环(3B6)的传感光纤缠绕方向相反，根据法拉第效应可知，在韦德尔系数为正的情况下，磁场方向与光传播方向相同时，法拉第相移为正；磁场方向与光传播方向相反时，法拉第相移为负；因此第一测量臂(3A)和第二测量臂(3B)测得的电流大小相等，方向相反；又因为I 1 和I 2 既包含真实电流值，也包含由温度，振动等于引起的误差值，所以I 1 ＝I+ε 1 ,I 2 ＝-I+ε 2 ；

调制解调电路(53)包括FPGA芯片，第一DA芯片、第二DA芯片以及放大滤波电路；FPGA芯片对信号进行调制与解调，得到待测电流值I；由于第一测量臂(3A)和第二测量臂(3B)处于同一测量环境下，且组成两测量臂的器件参数相同，因此ε 1 ≈ε 2 ，所以在FPGA中计算可得；

电平转换模块(54)包括多个电压转换芯片，提供整个电信号控制单元(5)的供电电压；

光通讯模块(55)包括通讯接口及其驱动电路；

第一测量臂(3A)的连接顺序为：第一耦合器(3A1)的一端连接输入光纤和光电探测单元(4)中的第一PIN光电探测器(4A)，耦合器2的另一端为输出光纤和空闲端,输出光纤连接第一光纤起偏器(3A2)，第一光纤起偏器(3A2)连接第一相位调制器(3A3)，并且二者之间采用45°角熔接；第一相位调制器(3A3)再经过一定长度的光纤缠绕成的第一延迟环(3A4)连接第一λ/4波片(3A5)，第一λ/4波片(3A5)再连接第一敏感环(3A6)，

第二测量臂(3B)的连接方式与第一测量臂(3A)完全相同。