[发明专利]一种差分式全光纤电流互感器

说明书

本发明公开了一种差分式全光纤电流互感器。该全光纤电流互感器包括SLED光源(1)、耦合器(2)、测量臂(3A)、测量臂(3B)、光电探测单元(4)和电信号控制单元(5)。两条测量臂均由耦合器、光纤起偏器、相位调制器、延迟环、λ/4波片和敏感环组成，且两条测量臂器件型号参数、连接顺序及连接方式完全相同，但敏感环的缠绕方向相反，载流导线穿过两个敏感环的中心，使两测量臂测量同一电流，共同组成差分结构。光电探测单元由两个型号参数完全相同的PIN光电探测器组成，电信号控制处理单元接收来自光电探测单元的电信号，并输出电压信号控制相位调制器(3A3)和相位调制器(3B3)的输出相位，形成闭环控制回路。本发明的差分式全光纤电流互感器利用差分结构减小了振动和温度变化等环境因素对输出信号的影响，提高了全光纤电流互感器的测量精度。

技术领域

本发明涉及光纤电流互感器领域，具体涉及一种差分式全光纤电流互感器。

背景技术

电流互感器是变电环节的重要组成部分，肩负着继电保护及电能计量等重要使命。全光纤电流互感器是基于法拉第效应设计而成的，通电导线在敏感环周围产生磁场，线偏振光经过敏感环后，偏振面将发生偏转，携带法拉第相移，相移大小与电流成正比。相比于传统的电流互感器，全光纤电流互感器具有以下优势：故障响应时间快、动态范围大、频响范围宽、绝缘性好、抗干扰能力强、重量轻质量小，而且不会产生磁饱和和谐振现象，不需要价格昂贵且发生故障时易爆炸的传统电气绝缘塔，且光信号具有电磁免疫的特性，在电磁环境比较恶劣的环境下，亦能保证传感信号不受电磁干扰。但在实际应用中，全光纤电流互感器的现场运行会受到环境温度、振动、冲击等因素的影响。这些因素使得全光纤电流互感器的可靠性和长期使用稳定性较差，不利于全光纤电流互感器的应用推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够抗环境干扰的差分式全光纤电流互感器。

本发明是一种差分式全光纤电流互感器，包括SLED光源、耦合器、两条测量臂、光电探测单元和电信号控制单元。两条测量臂均由耦合器、光纤起偏器、相位调制器、延迟环、λ/4波片和敏感环组成，且两条测量臂器件型号参数、连接顺序及连接方式完全相同。光电探测单元由两个型号参数完全相同的PIN光电探测器组成。电信号控制处理单元由光源模块控制电路、预处理模块、调制驱动电路、电平转换模块和光通讯模块组成。

两条测量臂上的敏感环均由敏感环光纤和末端的反射镜构成，但构成两个敏感环的光纤缠绕方向相反。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。因此两条测量臂测得的电流大小相等，方向相反。所述的电信号控制处理单元接收来自光电探测单元的信号I₁和I₂。其中I₁和I₂既包含真实电流值，也包含由温度，振动等于引起的误差值。即I₁＝I+ε₁,I₂＝-I+ε₂，由于测量臂1和测量臂2处于同一测量环境下，且组成两测量臂的器件参数相同，因此两条测量臂受到温度、振动等环境因素引起的误差相同，即ε₁≈ε₂，所以

所述的电信号控制处理单元接收来自光电探测单元的电信号，并输出电压信号控制相位调制器(3A3)和相位调制器(3B3)的输出相位，形成闭环控制回路。

所述的调制驱动电路采用FPGA为主控芯片。

所述的调制驱动电路采用双闭环的方式来补偿反馈增益误差。FPGA芯片反馈信号输出I/O口连接第一DA的信号输入端；第一DA的信号输出端连接相位调制器的控制端；FPGA芯片反馈增益无信号输出I/O口连接第二DA；第二DA的信号输出端连接第一DA的参考电压端。

本发明差分式全光纤电流互感器具有的优点在于：