专利名称：基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电网电流检测技术，特别涉及一种基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统。
背景技术：
智能电网是一个涉及多技术领域的战略性概念，发展智能电网必须以测量技术为手段、设备技术为支撑、控制技术为方法、支持技术为导向。其中电流是智能电网需要检测的重要参数，电流传感器也就成为了智能电网中最重要的仪器之一，大电流检测技术是实现智能电网的关键。大电流检测系统应用光纤的法拉第效应，由于法拉第效应，电流产生磁�。懦≡儆跋炱裉瞧魍ü云裉觳猓玫奖徊獾牡缌髦�。然而一直以来，由于温度对基于光纤偏振态检测电流的影响难以避免和补偿，至今光纤式电流互感器仍难以形成批量和大规模生产。
发明内容
本发明是针对大电流检测系统中温度对基于光纤偏振态检测电流的影响难以避免和补偿的问题，提出了一种基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统，通过对环境温度进行实时测量，并通过设置偏振控制器、在偏振控制器中同时输入光信号和温度信号，在偏振控制器中对温度变化信号进行补偿，从而使光信号在控制器输出端(检测电流之光纤)始终保持线性的偏振态，从而避免了温度变化对光的偏振态变化产生的影响，因而也就避免了温度变化对电流检测结果的影响，提高了系统的测量准确度。本发明的技术方案为一种基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统，磁光晶体置于通有大电流的导线边，激光光源，环形器，偏振控制器，磁光晶体，光纤反射镜用保偏光纤依次相连，光纤偏振态探测器通过光纤传感器�？椴饬抗庀说氖凳逼裉浠克偷テ露却衅鞑馐曰肪澄露人偷テ贏/D转换器，偏振控制器将测得的光的偏振量送单片机，单片机处理信号后，输出偏振补偿量通过偏振控制器传送至传感光纤。所述的激光光源可选用1550nm或者1310nm的激光光源；所述的环形器可选用三孔环形器，所述的光纤反射镜选用FC-NPC接口的光纤。本发明的有益效果在于本发明基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统，结构简单，该仪器传感部分应用光学原理，所以对绝缘器件的要求不高，相对传统型测试系统尺寸变小、造价变低；由于该仪器放弃了电磁铁芯，采用磁光效应原理，所以动态范围非常大，反应速率高，可以实现大电流的非饱和测试；采用光纤作为传感器可以实现数据的远距离传输，安全性得到极大的提高；采用偏振控制器对光的偏振态实施控制，同时在偏振控制系统中针对温度的影响进行补偿，从而使光信号到达传感光纤检测电流前完全避免了温度的影响。
图I为本发明基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统中光纤偏振电流传感系统原理图2为本发明基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统结构示意图3为本发明基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统硬件连接示意图； 图4为本发明基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统软件流程图。
具体实施例方式如图I所不光纤偏振电流传感系统原理图,在磁场的作用下,本来不具有旋光性的物质也产生了旋光性(光矢量发生旋转)这种现象称作磁致旋光效应或者法拉第效应。旋
转矢量^ = u ,设物质旋光能力为P，则当光通过物质的光程为7时，光偏振面
Gs YHsP λ a
的旋转角￡1为4= 1=57 I=Vu 1，此处V= ，V称为费尔德常数，与物质的性质、温
W Wp ^ n8 Mgw
Ao
度以及光的频率(波长)有关，物理意义是每单位光程每单位场强的旋转角。线偏振光通过磁光材料时，在电流产生的磁场作用下其偏振面将发生旋转，旋转
角0正比于磁场H沿着线偏振光通过材料路径的线积分= V f Hdi,
由全电流定律有e = y§L Hdl =VNI，通过探测线偏振光偏转角度来探测电流的变化。
电流与Θ角成正比，测出§角即可求出电流I。上述就是本发明所述系统工作的理论依据。本发明专利的突出优点是在正常情况下，可以由计算机软件自动反馈环境温度对光在光纤传输偏振态的影响；当系统发生异常状况时，也可以进行手动操作。同时还具有计算机监控功能，显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出。如图2所示基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统结构示意图，包括激光光源I、环形器2、偏振控制器3、光纤传感器4、中央控制芯片5、磁光晶体7、光纤反射镜6。所述的激光光源I、环形器2、偏振控制器3、磁光晶体7、光纤反射镜6用保偏光纤依次相连。具体实施时，所述的激光光源可选用1550nm或者1310nm的激光光源；所述的环形器可选用三孔环形器，所述的光纤反射镜选用FC-NPC接口的光纤。如图3所示系统硬件连接示意图，MCU单片机作为中央控制芯片5，光纤偏振态探测器11通过光纤传感器�？�4测量光纤的实时偏振态变化，送中央芯片5，温度补偿性NTC 热敏电阻作为温度传感器9，温度传感器9和单片机5中的A/D转换器构成输入通道，用于采集测试的环境温度信号。此时偏振控制器3将测得的光的偏振量直接发送至中央控制芯片5。此时的光偏振量主要由环境温度变化的影响产生，据此计算出温度变化引起的光偏振态的偏移量，再由中央控制芯片程序自动控制偏振态补偿量，通过偏振控制器3再将补偿后的信号传送至光纤传感器�？�4，从而使光纤偏振态在输入传感光纤之前完全抵消了温度的影响。低压电源10为温度传感器9、中央芯片5、偏振控制器3、偏振态探测器11供电。本发明专利所述系统的工作过程为将偏振控制器3与中央控制芯片相连，通过软件控制调整偏振态，使输出光的偏振态处于偏振态变化灵敏度最高的位置。将磁光晶体7 置于通有大电流的导线附近。通过中央控制芯片实时监控偏振态，实现导线中的电流的检测。如图4是本发明所述系统的软件流程图。程序开始先检测激光的偏振态，然后检测系统所处温度，通过算法对温度变化进行补偿，再输出偏振态检测值，最后计算得到电流值。实际应用中，单模光纤截面由于加工工艺导致不可能是理想的真圆，而是有一定的椭圆度和形状畸变；另一方面，拉制光纤的材料在纵向和横向上也很难保证是理想和均匀的，因而导致材料的热膨胀系数不均匀，在不同的环境温度下会呈现不同的横向、纵向内应力，这就使得光纤的两个本征偏振模/STdPiiSf1之间存在着一定的模式藕合。单模光纤
的归一化双折射参数β反映这一模式耦合程度5 = %- ，式中是模式ZffiT1的折射
率，是模式的折射率。光纤中这种固有的模式折射率的现象被称为固有双折射效应，用Δ於来衡，
Lfi^(2K!X)-(ny - )式O ,应用在实际环境中的单模光纤，其双折射特性包括固有双
折射特性和各种环境因素所致的双折射(感生双折射)特性，而温度的感生双折射效应对于线性双折射的影响最大。由单模光纤的相位温度特性的数学表达式
权利要求
1.一种基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统，其特征在于，磁光晶体置于通有大电流的导线边，激光光源，环形器，偏振控制器，磁光晶体，光纤反射镜用保偏光纤依次相连，光纤偏振态探测器通过光纤传感器�？椴饬抗庀说氖凳逼裉浠克偷テ露却衅鞑馐曰肪澄露人偷テ贏/D转换器，偏振控制器将测得的光的偏振量送单片机，单片机处理信号后，输出偏振补偿量通过偏振控制器传送至传感光纤。
2.根据权利要求I所述基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统，其特征在于，所述的激光光源可选用1550nm或者1310nm的激光光源；所述的环形器可选用三孔环形器，所述的光纤反射镜选用FC-NPC接口的光纤。
全文摘要
本发明涉及一种基于光纤偏振态检测的环境温度补偿大电流测量系统，通过对环境温度进行实时测量，并通过设置偏振控制器、在偏振控制器中同时输入光信号和温度信号，在偏振控制器中对温度变化信号进行补偿，从而使光信号在控制器输出端(检测电流之光纤)始终保持线性的偏振态，从而避免了温度变化对光的偏振态变化产生的影响，因而也就避免了温度变化对电流检测结果的影响，提高了系统的测量准确度。结构简单，对绝缘器件的要求不高，相对传统型测试系统尺寸变小、造价低。采用磁光效应原理，所以动态范围非常大，反应速率高，可以实现大电流的非饱和测试；采用光纤作为传感器可以实现数据的远距离传输，安全性得到极大的提高。
文档编号G01R19/00GK102590608SQ20121005447
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者侯英龙, 冯舒宁, 张学典, 张振一, 毛辰飞, 鲁敦科 申请人:上海理工大学
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