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    光纤 电流 传感 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201310217673.8

    申请日:

    2010.04.12

    公开号:

    CN103308745A

    公开日:

    2013.09.18

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 19/00申请日:20100412|||公开
    IPC分类号: G01R19/00; G01R15/24 主分类号: G01R19/00
    申请人: 郭嘉昕
    发明人: 郭嘉昕
    地址: 255400 山东省淄博市临淄区雪宫路雪宫北生活区32号楼3单元401号
    优先权:
    专利代理机构: 北京海虹嘉诚知识产权代理有限公司 11129 代理人: 高丽萍;张涛
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201310217673.8

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.01.27|||2013.10.23|||2013.09.18

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供了光纤电流传感系统,包括光电探测器、信号处理单元、以及顺序连接的光源、Y形波导、45°熔接点、条形波导调制器、保偏光纤和光纤电流传感装置,其中Y形波导具有第一分路端、第二分路端和合路端,用于将通过第一分路端从光源接收的光束转变为线偏振光,并从合路端接收光纤电流传感装置返回的携带了导体电流信息的光束后从第二分路端输出;光电探测器用于探测从Y形波导的第二分路端输出的干涉光的光强,并将光强信息转换为电信号发送给所述信号处理单元。该光纤电流传感系统采用了双波导结构,Y形波导可以提高光路的偏振性能,而条形波导调制器可以完成对光相位的调制,这种光路具有结构简单、光路偏振稳定性性能高的优点。

    权利要求书

    权利要求书
    1.   一种光纤电流传感系统,用于对通过导体的电流进行测量,其特征在于,该光纤电流传感系统包括光电探测器、信号处理单元、以及顺序连接的光源、Y形波导、45°熔接点、条形波导调制器、保偏光纤和光纤电流传感装置,其中所述光源用于产生光束;所述Y形波导具有第一分路端、第二分路端和合路端,用于将通过所述第一分路端从所述光源接收的光束转变为线偏振光,并从合路端接收所述光纤电流传感装置返回的携带了导体电流信息的光束后从第二分路端输出;所述45°熔接点用于将从所述Y形波导输出的一束线偏振光分成正交的两束线偏振光;所述条形波导调制器用于对其中传输的两束线偏振光之一进行调制;所述保偏光纤用于传输两束偏振光;所述光纤电流传感装置环绕所述导体,用于获得所述导体中的电流的信息,并将携带所述电流信息的偏振光返回至所述保偏光纤,并依此经所述条形波导调制器、所述45°熔接点传输至所述Y形波导的合路端;所述光电探测器用于探测从所述Y形波导的第二分路端输出的干涉光的光强,并将光强信息转换为电信号发送给所述信号处理单元;所述信号处理单元连接至所述条形波导调制器,对所述条形波导调制器中传输的两束线偏振光之一进行调制。

    2.   根据权利要求1所述的光纤电流传感系统,其特征在于,进一步包括温度传感器,用于检测所述光纤电流传感装置处的温度,并将所检测到的温度信息发送给所述信号处理单元。

    3.   根据权利要求1所述的光纤电流传感系统,其特征在于,所述信号处理单元接收光电探测器输出的携带了光强信息的电信号,并对电信号进行处理得到被测导体的电流。

    4.   根据权利要求3所述的光纤电流传感系统,其特征在于,所述信号处理单元还产生光路本征频率的方波调制信号与负反馈阶梯波信号的累加和,将累加和送至条形波导调制器,从而实现对条形波导调制器中传输的两束线偏振光之一的相位置零的数字闭环控制,最后将阶梯波的斜率作为被测直流电流数据以数据形式送出。

    5.   根据权利要求1至4之一所述的光纤电流传感系统,其特征在于,所述光纤电流传感装置为可现场开口安装的光纤电流传感装置,用于对通过导体的电流进行测量,该光纤电流传感装置包括:
    传感光纤,包括光纤和套在该光纤外的柔性?;ぬ?;所述柔性?;ぬ装ㄓ墒⒉牧现瞥傻奶坠?;润滑材料填充于所述光纤与所述柔性?;ぬ字?;
    支架,包括均具有光纤槽的第一部分和第二部分,其中,该第一部分和该第二部分可拆卸地连接成环绕所述导体一圈的闭合环状结构,所述第一部分的光纤槽与所述第二部分的光纤槽组合成闭合环状,用于容纳所述传感光纤。

    6.   根据权利要求5所述的光纤电流传感系统,其特征在于,所述支架的第一部分为U形结构,该U形结构由均具有光纤槽的三个直连臂和两个转角臂连接而形成;
    所述支架的第二部分包括连接的、均具有光纤槽的两个转角臂和一个直连臂;
    其中,所述第二部分的每个转角臂均与所述第一部分的一个直连臂相连,以使得所述第一部分与所述第二部分连接成所述闭合环状结构。

    7.   根据权利要求5所述的光纤电流传感装置,其特征在于,所述传感光纤的周长等于所述闭合环状的光纤槽的周长的整数倍。

    8.   根据权利要求5所述的光纤电流传感系统,其特征在于,所述光纤电流传感装置的支架被固定到底座上,或者被固定在位于所述导体上下两侧的横梁上。

    说明书

    说明书光纤电流传感系统
    本申请为专利申请号为“201010150176.7”,申请日为“2010年04月12日”,发明名称为“光纤电流传感装置和光纤电流传感系统”的分案申请。
    技术领域
    本发明涉及光纤电流传感技术,特别是一种光纤电流传感系统。
    背景技术
    电流传感器或互感器是冶金、化工、电力等领域中电流检测的重要设备,其长期稳定性、可靠性、安全性与供电系统的安全、稳定运行密切相关。
    目前,已经报道的基于法拉第效应的光纤电流传感器由于其测量范围大、精度高而被用在电流测量中。这种光纤电流传感器主要利用安培环路定律和法拉第磁光效应来测量导体的电流。根据安培环路定律,通有电流的导体周围会产生闭合的磁场,而在传感光纤中传播的两束偏振光会在磁场的作用下产生相位差,利用干涉方法检测出此相位差,就可以得到与磁场对应的电流大小。
    这种光纤电流传感器中的传感光纤被预先安装在封闭的环状金属结构体内。传感光纤绕制在金属结构体的外沿或者侧面的阿基米德螺旋槽内,传感光纤初次绕制成功后,用硅胶进行填充固定,以使得传感光纤的曲率、放置路径固定下来。也就是说,这种传感光纤被预先固定在闭合的环状结构体上,不可拆卸。在测量导体的电流时,要将闭合的环状结构体套到电流导体上,只能将电流导体断开,将闭合的环状结构体套入后,再将电流导体连接上。然而,在冶金、化工领域使用的大电流导体直径可达1m以上,是不能轻易断开的??梢钥闯?,现有的这种光纤电流传感器由于不能够在现场进行开口安装,因而在冶金、化工领域的应用受到限制。
    发明内容
    本发明提供了一种可现场开口安装的光纤电流传感装置。
    本发明的一个实施例提供一种光纤电流传感装置,用于对通过导体的电流进行测量。该光纤电流传感装置包括:传感光纤,包括光纤和套在该光纤外的柔性?;ぬ?;支架,包括均具有光纤槽的第一部分和第二部分,其中,该第一部分和该第二部分可拆卸地连接成环绕所述导体一圈的闭合环状结构,所述第一部分的光纤槽与所述第二部分的光纤槽组合成闭合环状,用于容纳所述传感光纤。
    所述支架的第一部分可以为U形结构,该U形结构由均具有光纤槽的三个直连臂和两个转角臂连接而形成;所述支架的第二部分可以包括连接的、均具有光纤槽的两个转角臂和一个直连臂;所述第二部分的每个转角臂均与所述第一部分的一个直连臂相连,以使得所述第一部分与所述第二部分连接成所述闭合环状结构。
    优选地,所述柔性?;ぬ装ㄓ墒⒉牧现瞥傻奶坠?。
    优选地,所述柔性?;ぬ咨暇哂械谝槐昙?,所述支架上具有第二标记,所述传感光纤被放置在所述光纤槽中时,所述第一标记与所述第二标记相对应。
    优选地,所述第一标记为位于所述柔性?;ぬ啄┒舜Φ耐固?,所述第二标记为位于所述光纤槽内的凹槽,所述传感光纤被放置在所述光纤槽内时,所述凸台被放置在所述凹槽内,以使得所述第一标记与所述第二标记相对应。
    优选地,润滑材料填充于所述光纤与所述柔性?;ぬ字?。
    优选地,所述传感光纤的周长等于所述闭合环状的光纤槽的周长的整数倍。
    本发明还提供了一种可现场开口安装的光纤电流传感系统。
    本发明一实施例提供一种光纤电流传感系统,用于对通过导体的电流进行测量。该光纤电流传感系统包括光电探测器、信号处理单元、以及顺序连接的光源、Y形波导、45°熔接点、条形波导调制器、保偏光纤和如以上所述的光纤电流传感装置,其中所述光源用于产生光束;所述Y形波导具有第一分路端、第二分路端和合路端,用于将通过所述第一分路端从所述光源接收的光束转变为线偏振光,并从合路端接收所述光纤电流传感装置返回的携带了导体电流信息的光束;所述45°熔接点用于将从所述Y形波导输出的一束线偏振光分成正交的两束线偏振光;所述条形波导调制器用于对其中传输的两束线偏振光之一进行调制;所述保偏光纤用于传输两束偏振光;所述光纤电流传感装置环绕所述导体,用于获得所述导体中与流动的电流的信息,并将携带所述电流信息的偏振光返回至所述保偏光纤,并依此经所述条形波导调制器、所述45°熔接点传输至所述Y形波导的合路端;所述光电探测器用于探测从所述Y形波导的分路端之一输出的干涉光的光强,并将光强信息转换为电信号发送给所述信号处理单元;所述信号处理单元连接至所述条形波导调制器,对所述条形波导调制器中传输的两束线偏振光之一进行调制。
    优选地,所述光纤电流传感装置的支架被固定到底座上,或者被固定在位于所述导体上下两侧的横梁上。
    优选地,所述光纤电流传感系统进一步包括温度传感器,所述温度传感器位于所述支架上,用于检测所述光纤电流传感装置处的温度,并将所检测到的温度信息发送给所述信号处理单元。
    根据本发明实施例的光纤电流传感装置和光纤电流传感系统,传感光纤中的光纤由?;ぬ妆;?,可以绕制在现场开口安装的支架上,而无需电流导体断开。因此,这种光纤电流传感装置和光纤电流传感系统可以广泛用于冶金、化工、电力等领域。
    由于根据本发明实施例的支架的一部分为U形结构,使得支架很方便组装,使得光纤电流传感装置现场安装过程简单方便。
    根据本发明的实施例,传感光纤的柔性?;ぬ子墒⒉牧现瞥?,这样柔性?;ぬ子牍庀司哂邢嗤蛳嘟娜扰蛘拖凳?,可以防止或减轻柔性?;ぬ锥怨庀瞬α?。
    通过在传感光纤的柔性?;ぬ咨仙柚帽昙?,例如凸台,同时在支架上设置标记,例如与凸台对应的凹槽,可以保证每次均能按照相同的方位角将传感光纤安装在支架的光纤槽内。因此,在一次标定后不需要重复标定,并可以保证测量的准确性。
    根据本发明的实施例,在传感光纤的柔性?;ぬ字刑畛淙蠡?,可以更易于使得光纤穿进柔性?;ぬ字?,并且在光纤穿入柔性?;ぬ字泻?,润滑剂填充在光纤与柔性?;ぬ字?,还可以缓冲柔性?;ぬ锥怨庀瞬挠α?,从而保证光纤的性能稳定。
    根据本发明的实施例,传感光纤环绕电流导体一圈或多圈,利用安培环路定律,使得磁光效应沿着闭合环路进行积分,从而可以避免杂散电流对测量结果产生影响。
    根据本发明的实施例,光纤电流传感系统采用了双波导结构,Y形波导可以提高光路的偏振性能,而条形波导可以完成对光相位的调制。这种光路具有结构简单、光路偏振稳定性性能高的优点。
    根据本发明的实施例,通过将温度传感器置于支架的任意位置,用来探测传感装置处的温度,并将温度信息传送给信号处理单元,可以将温度补偿机制引入光纤电流传感系统,用于补偿传感光纤因温度变化引起的误差,从而可以提高测量的准确度。
    根据本发明的实施例,光纤电流传感装置可以被固定在底座或横梁上,以使得光纤电流传感装置与电流导体的相对位置保持不变。
    附图说明
    图1是根据本发明一实施例的光纤电流传感装置的示意图。
    图2A至图2D是根据本发明实施例的光纤电流传感装置的传感光纤的结构示意图,其中图2A示出传感光纤的整体示意图;图2B示出传感光纤的一部分的剖视图;图2C示出传感光纤的反射镜端的结构;并且图2D是沿图2C中的线I?I’的剖视图。
    图3是根据本发明实施例的光纤电流传感装置的支架的总体示意图。
    图4是图3所示支架的直连臂的示意图。
    图5是图3所示支架的转角臂的示意图。
    图6是传感光纤被限定在图3所示支架的直连臂内的示意图。
    图7是根据本发明实施例的光纤电流传感系统的示意图。
    图8是根据本发明另一实施例的光纤电流传感系统的示意图。
    图9是根据本发明一实施例的光纤电流传感装置被固定在底座上的示意图。
    图10是根据本发明另一实施例的光纤电流传感装置被固定在横梁上的示意图。
    具体实施方式
    以下将参考附图更详细地描述本发明的实施例。附图中,相同的附图标记始终表示相同的元件。
    为了使得传感光纤能够现场开口安装,本发明的一实施例提供一种用于对通过导体的电流进行测量的光纤电流传感装置。如图1所示,该光纤电流传感装置包括传感光纤6和用于安装该传感光纤的支架10。传感光纤6包括光纤和套在该光纤外的柔性?;ぬ?。支架10包括均具有光纤槽的第一部分和第二部分。第一部分和第二部分可拆卸地连接成环绕被测导体一圈的闭合环状结构,并且第一部分的光纤槽与第二部分的光纤槽形成闭合环状,用于容纳传感光纤6。
    在本实施例中,一方面光纤有柔性?;ぬ妆;?,柔性?;ぬ卓梢曰撼骞庀耸艿降挠α?,使得传感光纤可以被多次绕制。另一方面,支架包括可拆卸地连接的两部分,在现场可以先将第一部分放在被测导体的一侧,使其部分地环绕被测导体,再将第二部分从被测导体的另一侧与第一部分连接,从而形成闭合环状。在现场将支架安装好后,传感光纤就可以被绕制在支架上的光纤槽中。通过这种方式,传感光纤就可以被现场开口安装或绕制以环绕被测导体,而不需要将被测导体断开。
    图2A至图2D是根据本发明一实施例的光纤电流传感装置的传感光纤的结构示意图,其中图2A示出传感光纤的整体示意图;图2B示出传感光纤的一部分的剖视图;图2C示出传感光纤的反射镜端的结构;并且图2D是沿图2C中的线I?I’的剖视图。
    如图2A和图2B所示,传感光纤6包括光纤60和柔性?;ぬ?3,光纤60穿过柔性?;ぬ?3。光纤60的两端分别包括1/4波片61和反射镜62。举例来说,光纤60可以是低双折射光纤。1/4波片61和反射镜62均可与光纤60一体形成,例如,均可以在光纤60上形成。柔性?;ぬ?3用于?;ふ喂庀?0以及光纤60两端的1/4波片61和反射镜62。
    柔性?;ぬ?3具有两个末端,包括与反射镜62对应的第一末端,以及与1/4波片61对应的第二末端。如图2C和图2D所示,柔性?;ぬ?3的第一末端是密闭的,并且具有一个凸台65。凸台65可以看作柔性?;ぬ咨系囊恢直昙?。例如,凸台65可以对应于光纤的快轴方向或慢轴方向。虽然图中没有示出,但可以理解,凸台65也可以设置在柔性?;ぬ?3的第二末端处。凸台65还可以设置在柔性?;ぬ?3上的任意位置处。柔性?;ぬ?3与1/4波片61对应的第二末端也可以是密闭的,但允许光纤60穿过。
    柔性?;ぬ?3可以由非金属材料,如石英、尼龙等制成,优选与光纤具有相同或相近热膨胀系数的材料。由于光纤本身采用石英材料,因此,如果柔性?;ぬ?3也采用石英材料,则二者的热膨胀系数相等或相近,这样就不容易对光纤本身产生应力,从而能够保证光纤性能的稳定。
    柔性?;ぬ?3可以包括由上述材料制成的套管。套管外还可以由塑料、硅胶等材料包裹。举例来说,根据光纤的尺寸,套管的内径可以设计为400?700μm,外径可以设计为1000?1200μm。
    根据本发明的实施例,柔性?;ぬ?3中可以填充以润滑剂64,以使得光纤60更容易穿进柔性?;ぬ?3中。在光纤60穿入柔性?;ぬ?3后,润滑剂64在光纤60与柔性?;ぬ?3之间起到缓冲作用,可以更好的保证光纤性能的稳定。润滑剂64可以是硅油类物质。
    柔性?;ぬ?3可以弯曲,以便可以将传感光纤现场绕制在被测导体周围。例如,传感光纤6绕制的曲率半径通常大于0.5m,以便不产生过大的光纤残余双折射。这里描述的这种传感光纤6用于现场开口安装。
    图3至图6示出了根据本发明一个实施例的支架的示意图。其中,图3是根据本发明实施例的光纤电流传感装置的支架的总体示意图;图4是图3所示支架的直连臂的示意图;图5是图3所示支架的转角臂的示意图;图6是传感光纤被限定在图3所示支架的直连臂中的示意图。
    如图3所示,支架10由直连臂101和转角臂102组合而成。直连臂101与转角臂102通过凹凸槽进行连接限位,如图4和图5所示。但本发明并不限于这里给出的实施例,实际上,直连臂101和转角臂102可以通过任何现有技术中已知的连接方式进行连接。
    直连臂101和转角臂102上均具有用于容纳传感光纤6的光纤槽110,如图4和图5所示。当直连臂101和转角臂102如图3所示被安装成环状支架后,传感光纤6可以被绕制在该环状支架的光纤槽110内,并形成环状结构。
    一个直连臂101和两个转角臂102可以被预先组装成一个U形结构的支架。现场安装时,可以先将U形支架部分地环绕被测导体,再分别将两个转角臂102与U形支架的两端连接,最后将直连臂101与两个转角臂102连接,最终形成一个围绕被测导体的闭合环状支架10。这种支架结构简单,便于现场安装,在通常情况下,仅需要2个小时左右的时间就可现场安装完毕。
    直连臂101之一可以在其光纤槽110中进一步包括凹槽120,如图6所示。凹槽120的尺寸与传感光纤6的柔性?;ぬ?3在反射镜端的凸台65的尺寸配合,以在其中容纳凸台65。虽然这里示出光纤槽110是从支架的外环表面凹进而形成的,但本领域技术人员可以理解,光纤槽110也可以从支架的侧表面或内环表面凹进而形成。虽然这里示出凹槽120是从光纤槽110的低面凹进而形成,但可以理解,凹槽120也可以从光纤槽110的侧面凹进而形成。
    使用直连臂101和转角臂102组合成支架的好处在于,可以通过更换不同长度的直连臂101来形成不同直径的安装支架。例如,可以根据现场被测导体的直径来选择具有不同长度的直连臂101。
    上述结构的支架仅是示例,而不用于限定本发明的范围。举例来说,U形支架可以一体形成。再举例来说,上述环状闭合支架可以由两个分别一体形成的U型支架连接形成,如图1所示。
    在实际应用中,需要根据被测导体的直径或周长选择合适长度的直连臂101,从而使得最后形成的支架10的周长大于被测导体的周长。传感光纤6的长度可以等于支架10的光纤槽110的周长(绕制一圈的情况)或等于支架10的光纤槽110的周长的N倍(绕制N圈的情况),这里,N为整数。这样,传感光纤6沿光纤槽110绕制一圈或者多圈以后,1/4波片61可以与反射镜62在位置上重合,以形成闭合环路。根据安培环路定律,这样绕制传感光纤可以使得磁光效应沿着闭合环路进行积分,从而可以避免杂散电流对测量结果产生影响。
    在每次将传感光纤6放置到支架10内的光纤槽110中时,先将柔性?;ぬ?3的第一末端的凸台65放入直连臂的光纤槽110内的凹槽120中,将传感光纤6沿着支架的切线方向逐段放置在支架的光纤槽110内。然后,将传感光纤从直连臂引出,如图6所示。通过这种方式,可以每次都以相同的方位角绕制传感光纤6。例如,每次均可以保证1/4波片的快轴方向(或者慢轴方向)与支架10的平面平行。当然,也可以使得1/4波片的快轴方向(或者慢轴方向)与支架10的平面成一定角度,只要每次的角度均相同即可。这样可以使得多次绕制的传感光纤的残余双折射一致,因此,只需要对传感光纤进行一次标定,而无需重复标定,就可以保证测量的准确性。
    上述保证每次绕制的方位角相同的方式仅是本发明的示例,并不用于限定本发明。例如,凸台也可以被设置在柔性?;ぬ椎牡诙┒?,凹槽也可以被设置在转角臂的光纤槽内。在安装时,先将凸台放入凹槽中,然后再将传感光纤沿支架外围的切线方向逐段压入光纤槽中。再例如,也可以在柔性?;ぬ咨仙柚冒疾?,而在直连臂或转角臂上设置凸台。更一般的,可以在传感光纤的柔性?;ぬ咨仙柚玫谝槐昙?,同时在支架上设置第二标记,每次都以第一标记与第二标记相对应的方式将传感光纤放置在光纤槽内。
    虽然根据以上的描述,传感光纤6被从直连臂101中引出,但传感光纤6也可以从转角臂102中引出?;痪浠八?,传感光纤6的两个末端,也就是光纤60的反射镜62和1/4波片61,既可以在直连臂101中重合,也可以在转角臂102中重合。
    根据本发明的一个实施例,支架10还包括防护盖,该防护盖用于覆盖容纳有传感光纤6的光纤槽110,从而?;し胖迷诠庀瞬?10中的传感光纤6。例如,每个直连臂101和每个转角臂102均配有一个防护盖,在光纤60的反射镜62与1/4波片61重合所处的直连臂101或转角臂102的防护盖上需要具有一个开口,以允许传感光纤从开口中引出,例如如图6所示。
    本领域技术人员可以理解,支架10可以由非磁性材料,例如铝、塑料、聚酯材料等制成。
    以下描述利用本发明上述实施例的光纤电流传感装置对电流进行测量的光纤电流传感系统的示例。
    图7是根据本发明一实施例的光纤电流传感系统的示意图。如图1所示,光纤电流传感系统包括光源1、Y形波导2、45°熔接点3、条形波导调制器4、保偏光纤延迟线5、如上所述的包括传感光纤6的光纤电流传感装置、光电探测器7、信号处理单元8。
    光源1为激光器,发出光束。
    Y形波导2包括两个分路端和一个合路端,两个分路端中之一连接至光源1,用于从光源1接收光束,使得光束发生偏振,并从Y形波导2的合路端输出线偏振光。Y形波导2还可以通过合路端接收传感光纤6返回的携带了被测电流信息的光束,并从分路端输出。
    45°熔接点连接至Y形波导的合路端,用于将从Y形波导2的合路端输出的偏振光分解为偏振方向互相正交的两束线偏振光。
    条形波导调制器4用于接收已被分解为偏振方向互相正交的两束线偏振光,并在信号处理单元8的控制下对其中一束线偏振光进行调制。
    保偏光纤延迟线5的一端与条形波导调制4的一端对轴连接,另一端连接至光纤电流传感装置的传感光纤6。
    虽然图中并未示出,但传感光纤6被绕制在如上所述的支架10上,并环绕被测导体。光纤60的1/4波片61连接至保偏光纤延迟线5,从保偏光纤延迟线5接收两束线偏光并将这两束线偏振光转换为分别左旋和右旋的两束椭圆偏振光,两束椭圆偏振光在被测导体产生的磁场的作用下产生相位差,在被反射镜62反射回来后,从1/4波片61处输出携带了电流信息的、偏转方向发生了反转的两束线偏振光,并沿保偏光纤延迟线5、条形波导调制器4、45°熔接点3进入Y形波导的合路端,最后从Y形波导的分路端输出。这里,传感光纤6具有以上结合图2A至图2D所述的结构,这里不再详细描述。
    光电探测器7用于探测从Y形波导调制器2的分路端之一发出的光,将探测到的光强信号转换为电信号输出。
    信号处理单元8用于接收光电探测器7输出的携带了光强信息的电信号,并对电信号进行处理得到被测导体的电流。信号处理单元8还产生光路本征频率的方波调制信号与负反馈阶梯波信号的累加和,将累加和送至条形波导调制器4,从而实现对条形波导调制器4中传输的两束线偏振光之一的控制,这里是相位置零的数字闭环控制,最后将阶梯波的斜率作为被测直流电流数据以数据形式送出。
    现在描述使用图7所示光纤电流传感系统对电流进行测量的原理。在测量导体的电流时,需要将传感光纤6围绕被测导体一圈或多圈?;痪浠八?,需要使得被测电流导体穿过由传感光纤6绕成的闭合环中。
    光源1发出的光进入Y形波导2,在Y形波导2内起振,产生线偏振光。线偏振光经过45°熔接点3,被分成正交的两束线偏振光。两束线偏振光进入条形波导调制器4,其中,通过信号处理单元的控制,两束线偏振光之一受到调制。两束线偏振光进入保偏光纤延迟线5,在其中分别沿X轴(快轴)和Y轴(慢轴)传输进入传感光纤6。经过传感光纤6的1/4波片61后,振动方向正交的两束线偏振光变为两束椭圆偏振光(其特殊形式为圆偏振光),其中一束左旋,另一束右旋。
    在传感光纤6中传播的两束椭圆偏振光在法拉第效应和被测电流共同作用下产生相位差,该相位差以下式表示:

    其中,a是与偏振有关的参数,表示圆偏振光所占比例,线偏振时a=0,圆偏振时a=±1,椭圆偏振时0<|a|<1;N为传感光纤的匝数,在传感光纤围绕被测电流导体一圈布置时,N=1;V为维尔德常数;I为传感光纤包围的电流。
    两束偏振光到达传感光纤的末端时被反射镜反射,返回传感光纤6。经过反射后,原左旋光变为右旋光,原右旋光变为左旋光。在法拉第磁光效应和被测电流的共同作用下,再次产生了的相位差。这样,经过一次往返后,从传感光纤6出来的两束偏振光产生了的相位差。该相位差与被测电流相对应,即从传感光纤返回的两束椭圆偏振光携带了电流信息。返回的两束椭圆偏振光经过传感光纤的1/4波片后转变为线偏振光,进入保偏光纤延迟线5,原X轴的光进入Y轴,原Y轴的光进入X轴,沿保偏光纤延迟线5传播。再次经过条形波导调制器4后回到Y形波导2,在Y形波导2中发生干涉,并从Y形波导2的分路端输出。输出的干涉光的强度被光电探测器7探测到。光电探测器7将探测到的光强信号转换为电信号,并将电信号传送至信号处理单元8。信号处理单元8从接收的电信号中确定被测导体的电流。
    根据本实施例,光纤电流传感系统采用了双波导结构,Y形波导2可以提高光路的偏振性能,而条形波导调制器4可以完成对光相位的调制。这种光路具有结构简单、光路偏振稳定性性能高的优点。
    图8示出了根据本发明另一实施例的光纤电流传感系统的示意图。与图7所示光纤电流传感系统的不同的是,图8所示光纤电流传感系统还包括温度传感器9。图8中其它的元件与图7的相应元件相同,在此不再详细描述。
    温度传感器9可以被放置于光纤电流传感装置6的支架10上,用于探测光纤电流传感装置的位置处的温度,并将温度信息传送给信号处理单元8。信号处理单元8可以在对条形波导调制器4进行控制时,将该温度信息考虑进来,从而将温度补偿机制引入到测量结果中。
    根据本实施例,通过将温度传感器放置于支架上,用来探测传感装置处的温度,并将温度信息传送给信号处理单元,可以将温度补偿机制引入光纤传感系统,用于补偿传感光纤因温度变化引起的误差,从而可以提高测量的准确度。
    在现场实际应用中,还可以对支架10进行固定。根据本发明的一个实施例,支架可以通过底座20固定,如图9所示。底座是在现场根据测试位置事先安装好的,支架10可以通过连接螺栓或者卡具被固定到底座20上。
    根据本发明的另一实施例,支架可以被固定于在被测导体上下两侧放置的两根非金属横梁30上,如图10所示。横梁两端通过两个卡具31分别与转角臂102连接。现场安装时,可以先将卡具32安装到四个转角臂102上,然后再与被测导体上下两侧的横梁30进行连接,最终实现对支架10的固定??ň叩木咛褰峁共皇潜痉⒚鞯闹氐?,现有技术中能够实现上述功能的卡具均可以使用。
    以上固定方式仅是示例,并不用于限定本发明的范围。支架可以以任何已知的方式被固定。
    以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明?;さ姆段е?。

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