[发明专利]具有多个模数转换单元的多闭环光纤互感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤互感器，尤其涉及具有多个模数(AD)转换单元的光纤电流互感器或光纤电压互感器。

背景技术

传统的电流互感器或电压互感器都是采用电磁感应原理的，其敏感单元是线圈和铁芯。随着电力系统的不断改造和进步，尤其是坚强智能电网建设，传统的互感器暴露出了一系列严重缺陷：绝缘困难、有铁磁共振和磁滞饱和隐患、体积大、造价高、不能测直流、以及模拟量输出等等。

近些年来，基于光纤传感和光纤传输技术发展起来的全光纤电流或电压互感器技术不断进步，逐渐具备了推广应用的条件。它采用磁光法拉第效应和泡克耳斯(Pockels)电光效应原理，通过测量两束偏振光相位差的变化，间接地测得待测电流和电压大小。

但是光纤互感器(根据测量对象的不同，可以分为光纤电流互感器或者光纤电压互感器)中的光信号传感和传输介质都是光学材料(光纤或晶体)，极易受到环境因素的干扰，因此可能需要在后端信号处理环节增加补偿环节，这样整个互感器的结构和信号处理流程复杂，造成生产不便。

另外，为了提高互感器运行可靠性，也有必要对单模数转换单元(下文将模数转换单元简称为AD)的信号处理方案进行改进。

此外，坚强智能电网建设对光纤电流互感器的数字输出也提出了规范接口要求，现有技术中还没有对光纤电流互感器的信号处理单元和数据采集单元进行一体化设计的方案。

上述现有的光纤电流传感器技术参见CN100575959C、CN101299147B、CN101364475B、CN101521104B、CN101692401B、CN101915866A、CN101957395A、CN102087307A、CN102082606A等。

本发明的目的在于以下几个方面：一、简化光纤互感器的结构；二、有效提高光纤互感器的可靠性和稳定性；三、提高光纤互感器检测的准确度(测量准确度高就是测量误差小)；四、通过多闭环的控制方式，改善光纤互感器的测量范围、线性度(线性度，即，校准曲线接近规定直线的吻合程度。也可以说是在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出的百分比。)并降低测量误差(比如，比差(即比值误差，测量值与真实值的相对误差称为比差)和角差(即相角误差，指测量值与真实一次电流之间的相位差))；五、提高微弱信号测量的准确度。

发明内容

为了简化系统并有效提高系统可靠性，有必要针对互感器的信号处理单元和数据采集单元进行一体化设计。

为了提高光纤互感器的小信号敏感能力，同时提高测量准确度和扩大互感器的测量范围，本发明提出了一种光纤互感器的模拟闭环信号检测方案和一种数字闭环信号检测方案。不论是模拟闭环还是数字闭环，都在光纤互感器的信号处理单元采用多闭环技术。一般设计3个闭环：第一个闭环是两束相干偏振光的偏置调制和反馈闭环技术，主要涉及±π/2偏置调制技术和阶梯波反馈技术；第二个闭环是针对光相位调制器半波电压漂移的自动修正闭环技术；第三个闭环是在信号处理环节首先检测出光探测器送过来的信号强度信息，用来对光源驱动进行修正，以稳定光源出光功率的闭环技术。

本发明的光纤互感器既可以用于模拟闭环控制，也可以用于数字闭环控制。为了有效提高光纤互感器的系统稳定性和运行稳定性，在模拟闭环控制的情况下，在信号处理单元中设置双AD，在数字闭环信号控制的情况下，也在信号处理单元中设置双AD。

在模拟闭环控制中，两个AD的作用相同，都是对模拟闭环中的信号处理单元的输出信号进行数字量化，量化结果送信号输出模块MU(合并单元)。在MU中，一般来自两个AD的数据应完全相同，如有不同或差别较大，即视为输出故障，之后给出报警信息。

在数字闭环控制中，两个AD的作用是同时对送来的模拟信号进行量化，它们的作用不同，在后续的信号解算环节对其中一个AD的输出提取用以作为闭环控制的信息，而对另一个AD的输出提取用以作为补偿和修正的信息。