本发明专利技术涉及一种混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器，包括电流检测光路和温度检测光路；所述电流检测光路包括顺序连接的光源、保偏耦合器、相位调制器、偏振合束器、保偏传输光纤和传感头；所述温度检测光路包括顺序连接的光源、保偏耦合器、光环形器、单模传输光纤和传感头；所述光源、保偏耦合器和传感头为两条光路所共用；所述两条光路还包括共用的光电转换调制解调单元，所述光电转换调制解调单元分别与所述保偏耦合器和光环形器相连接。本发明专利技术能够实时测量传感头的温度并对电流互感器的测量结果进行准确、可靠修正。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用光学方法对导体中的电流进行测量的设备及其检测方法，属于电力应用与光纤传感
技术介绍
全光纤电流互感器是新一代高压大电流测量装置，它采用具有天然良好绝缘性能 的光纤材料作为传感和传输元件。传感单元没有电子电路，不需要供电电源，是一种无源的电流传感器。全光纤电流互感器与传统电流互感器相比具有如下优点测量频带宽；动态范围大；绝缘性能好；无开路导致高压的危险；不含铁芯，没有铁磁共振、磁饱和及大电感所引起的滞后现象；不含油，没有爆炸危险；受电磁干扰影响小；体积小、重量轻、结构简单。全光纤电流互感器对电流的测量是基于Ampere定律和Faraday电磁感应原理的。当传感光纤位于有电流通过而形成的磁场中时，依据Faraday电磁感应原理，电流信息会转换到两束圆偏振光的相位中，产生Faraday相位差。当两束圆偏振光传输到传感光纤末端时，产生镜面反射，两束光模式互换(左旋变右旋，右旋变左旋)后沿原光路返回，Faraday效应因非互易性而加倍，并在1/4波片处再次转换成两束模式正交的线偏振光，在起偏器处发生干涉。虽然全光纤电流互感器具有传统电流互感器无法比拟的优势，但由于其光路中1/4波片、光纤费尔德常数具有温度相关性，导致电流检测的稳定性和测量精度受到影响，这在很大程度上限制了光纤型电流互感器的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够实时测量传感头的温度进而对电流互感器的测量结果进行准确、可靠修正的。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是一种混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器，包括电流检测光路和温度检测光路，电流检测光路包括顺序连接的光源、保偏耦合器、相位调制器、偏振合束器、保偏传输光纤和传感头，温度检测光路包括顺序连接的光源、保偏耦合器、光环形器、单模传输光纤和传感头，所述光源、保偏耦合器和传感头为两条光路所共用，所述两条光路还包括共用的光电转换调制解调单元，所述光电转换调制解调单元分别与所述保偏耦合器和光环形器相连接。所述电流检测光路中正向传输的光与反向传输的光在相位调制器内发生的干涉信号，用于待测电流信号的检测；所述温度检测光路中经光纤光栅反射有带温度信息的反射光波，用于电流信号的在线温度补偿。所述光源为ASE光源。所述相位调制器为铌酸锂相位调制器。所述传感头包含两条传感线路，电流传感线路与温度传感线路。所述电流传感线路由1/4波片、低双折射传感光纤和设置在低双折射传感光纤末端的法拉第反射镜组成；所述温度传感线路由写有光纤光栅的单模光纤组成。所述两条传感线路为环形，共同封装于充满惰性气体的石英玻璃管中，所述石英玻璃管外部包覆有缓冲层，缓冲层外部为传感头骨架；所述传感头骨架、缓冲层和石英玻璃管的同一环形位置上设有开口，所述保偏传输光纤和单模传输光纤通过所述开口分别与电流传感线路的1/4波片和温度传感线路的单模光纤连接；所述传感头的环形传感线路中央还设有汇流棒。 进一步，所述传感头骨架的开口处设有密封橡胶圈。所述光电转换调制解调单元包括探测器、OCM模块、调制解调电路和转换输出接口 ；所述调制解调电路包括顺序连接的模数转换器、数据处理单元和数模转换器，所述数据处理单元还与所述转换输出接口连接，所述数据处理单元内写有传感头受温度影响的模拟 补偿算法；所述探测器一端与保偏耦合器相连接，接收电流检测光路中相位调制器内发生 的干涉信号，另一端与调制解调电路的模数转换器相连接，对干涉信号进行调制和解调；所述OCM模块一端与光环形器相连接，接收温度检测光路中带有温度信息的反射光波，另一端与调制解调电路的数据处理单元相连接，对温度信息进行在线补偿；所述OCM模块由分光光栅、探测器阵列和电子处理单元构成，采用密集型波分复用DWDM技术将光波长变化转换成电信号分析并转换输出。进一步，所述传感头的工作温度为_40°C +60°C。一种混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器的电流检测方法，包括如下步骤(I)对混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器进行温度试验，获得模拟补偿算法；(2)将模拟补偿算法嵌入混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器的数据处理单元；(3)使用混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器对待测电流进行检测，输出检测结果。所述模拟补偿算法由如下方法获得⑴将混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器的传感头放入温度试验箱，调节汇流棒中电流至基准电流；(2)调整温度试验箱的温度，待传感头温度稳定后记录温度值并采集输出的电流数据；(3)使温度试验箱的温度以一定的温度间隔上升，按步骤(2)记录每一温度点的输出电流数据；(4)将测试得到的温度-电流数据进行建模，根据模型拟合补偿算法，并对补偿算法进行修正，获得模拟补偿算法。进一步，所述数据处理单元为FPGA控制芯片。进一步，所述温度试验箱的温度范围调整为_40(T+6(rC，所述温度间隔调整为10C。本专利技术的有益效果是1)提出了一种解决光纤电流互感器温度影响问题的新思路；2)传感头组合了电流和温度两个光路实现两种物理参量并行测量；3)实现了全光纤电流互感器在线补偿解决了其工程应用主要限制问题；4)光路设计最大程度的降低了成本，两个光路公用一个光源；5)系统温度补偿无需到电力现场试验，系统补偿后无需二次调试，可以直接现场安装，节约人力物力。附图说明图I为本专利技术混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器的结构示意图。图2为本专利技术的传感头内部结构示意图。图3为本专利技术光电转换调制解调单元结构示意图。图4为OCM模块工作原理图。 图5为调制解调电路工作原理图。图6为温度建模试验示意图。 图7为温度补偿前后效果对比图。图中，I 光源2 保偏I禹合器3 相位调制器4 偏振合束器5 保偏传输光纤6 传感头611 1/4波片612低双折射传感光纤613法拉第反射镜621单模光纤622光纤光栅63 惰性气体64石英玻璃管65 缓冲层66传感头骨架67 开口68汇流棒69 密封橡胶圈7 光环形器8 单模传输光纤9 光电转换调制解调单元 91 探测器92 OCM模块921分光光栅922探测器阵列923电子处理单元93调制解调电路931模数转换器932数据处理单元933数模转换器94 转换输出接口101温度试验箱102综合解调系统103数据采集系统具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的一种具体实施方式做出简要说明。如图I，一种混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器，包括电流检测光路和温度检测光路，电流检测光路包括顺序连接的光源I、保偏耦合器2、相位调制器3、偏振合束器4、保偏传输光纤5和传感头6，温度检测光路包括顺序连接的光源I、保偏耦合器2、光环形器7、单模传输光纤8和传感头6，所述光源I、保偏耦合器2和传感头6为两条光路所共用，所述两条光路还包括共用的光电转换调制解调单元9，所述光电转换调制解调单元9分别与所述保偏耦合器2和光环形7器相连接。本实施例中，所述光源I为ASE光源。其中，如图I和2，所述传感头6包含两条传感线路，电流传感线路与温度传感线路。所述电流传感线路由1/4波片611、低双折射传感光纤612和设置在低双折射传感光纤612末端的法拉第反射镜613组成；所述温度传感线路由写有光纤光栅622的单模光纤621组成。所述两条传感线路为环形，共同封装于充满惰性气体63的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器，其特征在于包括电流检测光路和温度检测光路；所述电流检测光路包括顺序连接的光源、保偏耦合器、相位调制器、偏振合束器、保偏传输光纤和传感头；所述温度检测光路包括顺序连接的光源、保偏耦合器、光环形器、单模传输光纤和传感头；所述光源、保偏耦合器和传感头为两条光路所共用；所述两条光路还包括共用的光电转换调制解调单元，所述光电转换调制解调单元分别与所述保偏耦合器和光环形器相连接； 所述电流检测光路中正向传输的光与反向传输的光在相位调制器内发生的干涉信号，用于待测电流信号的检测；所述温度检测光路中经光纤光栅反射有带温度信息的反射光波，用于电流信号的在线温度补偿。2.根据权利要求I所述的混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器，其特征在于所述传感头包含两条传感线路，电流传感线路与温度传感线路；所述电流传感线路由1/4波片、低双折射传感光纤和设置在低双折射传感光纤末端的法拉第反射镜组成；所述温度传感线路由写有光纤光栅的单模光纤组成；所述两条传感线路为环形，共同封装于充满惰性 气体的石英玻璃管中，所述石英玻璃管外部包覆有缓冲层，缓冲层外部为传感头骨架；所述传感头骨架、缓冲层和石英玻璃管的同一环形位置上设有开口，所述保偏传输光纤和单模传输光纤通过所述开口分别与电流传感线路的1/4波片和温度传感线路的单模光纤连接；所述传感头骨架的开口处设有密封橡胶圈；所述传感头的环形传感线路中央还设有汇流棒。3.根据权利要求I所述的混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器，其特征在于所述光电转换调制解调单元包括探测器、OCM模块、调制解调电路和转换输出接口 ； 所述调制解调电路包括顺序连接的模数转换器、数据处理单元和数模转换器，所述数据处理单元还与所述转换输出接口连接，所述数据处理单元内写有传感头受温度影响的模拟补偿算法； 所述探测器一端与保偏耦合器相连接，接收电流检测光路中相位调制器内发生的干涉信号，另一端与调制解调电路的模数转换器相连接，对干涉信号进行调...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁志军，郑志胜，李伟峻，李丽，
申请(专利权)人：天津光拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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