[发明专利]闭环光纤电流互感器

摘要

本发明提供一种闭环光纤电流互感器，包括光源、光源控制单元、光电探测器、光器件集成组件、传感头。该互感器的光路系统结构简单、便于集成和模块化；所用光学元件体积小、重量轻，且不受电磁干扰，对被测量也没有干扰；利用反射式光路和简单光器件实现正交偏振光的模式互换，形成互易性光路，提高光路抗干扰能力；采用多个闭环技术，有效克服光源功率衰减、光相位调制器半波电压漂移造成的系统测量误差，提高互感器运行稳定性和可靠性。

主权项

一种闭环光纤电流互感器，包括：光源、光源驱动单元、光电探测器、光学器件集成组件、传感头，其特征在于：光学器件集成组件，用于将光源输出的光线起偏并分解为模式正交的两束线偏振光，然后把所述两束线偏振光耦合在同一根保偏光纤的两个正交模式上并传输至传感头；接收从传感头处返回的光线并使得返回的光线在所述光学器件集成组件中发生干涉；将干涉结果输出到光电探测器；接收来自信号处理单元的反馈调制信息，在两束线偏振光间叠加偏置调制相位和反馈调制相位；闭环信号处理单元，接收光电探测器的输出信号，对该信号进行处理，并将信号处理结果作为反馈调制信息反馈给光器件集成组件和光源驱动单元；光源驱动单元，用于给光源提供恒流和温控信息，同时接收信号处理单元的反馈信号输入，使光源输出稳定的光强；所述光器件集成组件包括：第一分光合光器件、保偏光纤、Y型光相位调制器、第二分光合光器件、光延迟器；Y型光相位调制器的一根尾纤与第二分光合光器件的一根尾纤以90°角对轴熔接；光源发出的光经第一分光合光器件后到达Y型光相位调制器，在Y型光相位调制器处，光被起偏并均分为两束偏振模式相同的线偏振光后，分别沿所述Y型光相位调制器的两根尾纤传播达到第二分光合光器件；从传感头处返回的两束光线经过第二分光合光器件后，在Y型光相位调制器处发生干涉，干涉结果经第一分光合光器件耦合到光电探测器；第二分光合光器件将前向通道两根尾纤中的相同偏振模式的线偏振光集合成模式正交的两束线偏振光并且沿着同一根保偏尾纤继续前向传播，还将在其中传播的两束线偏振光中的一束线偏振光的偏振角度旋转90°；光源发出的光经第一分光合光器件后到达Y型光相位调制器，在Y型光相位调制器处，光被起偏并均分为两束偏振模式相同的线偏振光后，分别沿所述Y型光相位调制器的两根尾纤传播达到第二分光合光器件；从传感头处返回的两束光线经过第二分光合光器件后，转变为模式相同的两束线偏振光，在Y型光相位调制器处发生干涉，干涉结果经第一分光合光器件耦合进光电探测器；所述闭环信号处理单元包括：模拟放大滤波单元、模数转换单元、主回路数字逻辑电路、数模转换单元、2π电压控制单元以及滤波单元；采用方波偏置调制方式，在两束相干偏振光间引入±π/2偏置调制相位差；采用阶梯波反馈调制方式在两束相干偏振光间引入与传感头处形成的法拉第相位信息大小相等、方向相反的相位差；采用相关调制解调的办法进行信号解调；模拟放大滤波单元，接收来自光电探测器的电信号，进行放大滤波后输入到模数转换单元；模数转换单元，用于接收模拟放大滤波单元的输出，将经过放大滤波的模拟信号转换为数字信号，然后输出到主回路数字逻辑电路；主回路数字逻辑电路，接收模数转换单元输出，对模数转换单元输出信号进行解调，随之对解调结果进行积分形成数字阶梯波台阶高度，并进一步累加形成数字阶梯波；接收2π电压控制单元输出的积分信号，检测是否有周期性的解调误差，以对2π反馈驱动电压的自动调整；所述主回路数字逻辑电路中还实现数字阶梯波与偏置调制方波的叠加，叠加结果输出到数模转换单元；所述主回路数字逻辑电路还将解调信息的积分结果直接输出至滤波器；2π电压控制单元，用于接收主回路数字逻辑电路的输出，将解调后的信号进行积分，得到表征是否存在2π电压复位误差的信号，并将所述信号输出给主回路数字逻辑电路；数模转换单元，用于接收主回路数字逻辑电路的输出，将数字阶梯波和偏置调制方波信号的叠加结果转换为模拟信号，然后将模拟信号输出给光相位调制器，驱动光相位调制器在两束线偏振光间引入±π/2偏置调制相位和反馈调制相位差；滤波单元，用于接收积分单元的输出，对积分信号进行滤波，滤波结果作为互感器数字输出。