一種抑制光纖電流互感器全溫漂移的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種抑制光纖電流互感器全溫漂移的光學(xué)系統(tǒng)，包括依次熔接的光源、分束器、消偏器、偏振器、相位調(diào)制器、延遲光纖、傳輸光纜以及光纖傳感頭組件，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括光電探測(cè)器，其中光電探測(cè)器的輸入端與所述分束器的另一輸入端熔接；工作時(shí)，光源發(fā)出光波，經(jīng)分束器分束、消偏器消偏、偏振器起偏后，經(jīng)相位調(diào)制器、延遲光纖和傳輸光纜后到達(dá)光纖傳感頭組件敏感母線電流磁場(chǎng)并發(fā)生反射，返回光波在相位調(diào)制器處發(fā)生干涉，然后經(jīng)過(guò)偏振器、消偏器、分束器后到達(dá)光電探測(cè)器處進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。本實(shí)用新型采用純光學(xué)固態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，光學(xué)器件體積小，壽命長(zhǎng)，光學(xué)系統(tǒng)集成度高，抗電磁干擾性能優(yōu)良。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種抑制光纖電流互感器全溫漂移的光學(xué)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光纖傳感領(lǐng)域，更具體地，涉及一種抑制光纖電流互感器全溫漂移的光學(xué)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著光纖與光通信技術(shù)的快速發(fā)展，利用Faraday (法拉第)效應(yīng)從事光纖電流互感器的研究在全國(guó)各地興起，光纖電流互感器技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域也具有非常廣闊的應(yīng)用前景。在光纖電流互感器技術(shù)應(yīng)用中，環(huán)境比較惡劣，目前的光纖電流互感器光學(xué)系統(tǒng)溫度性能差，抗電磁干擾能力弱，可靠性不是很理想，導(dǎo)致光纖電流互感器性能較差，不能滿(mǎn)足工程化應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種光纖電流互感器光學(xué)系統(tǒng)，其目的在于提高光學(xué)系統(tǒng)的溫度性能和抗電磁干擾性能，由此解決現(xiàn)有光纖電流互感器光學(xué)系統(tǒng)可靠性較差，環(huán)境適應(yīng)性較弱的技術(shù)問(wèn)題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種抑制光纖電流互感器全溫漂移的光學(xué)系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括依次熔接的光源、分束器、消偏器、偏振器、相位調(diào)制器、延遲光纖、傳輸光纜以及光纖傳感頭組件，上述每一個(gè)器件的輸出端與后一個(gè)與其相連的器件的輸入端熔接，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括光電探測(cè)器，其中光電探測(cè)器的輸入端與所述分束器的另一輸入端熔接；工作時(shí)，光源發(fā)出光波，經(jīng)分束器分束、消偏器消偏、偏振器起偏后，經(jīng)相位調(diào)制器、延遲光纖和傳輸光纜后到達(dá)光纖傳感頭組件敏感母線電流磁場(chǎng)，返回光波在相位調(diào)制器處發(fā)生干涉，然后經(jīng)過(guò)偏振器、消偏器、分束器后到達(dá)光電探測(cè)器處進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
[0005]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述的光源為超輻射發(fā)光二極管光源SLD，用于提供較高的穩(wěn)定的尾纖輸出光功率，以獲得較高信噪比的干涉信號(hào)，穩(wěn)定的平均波長(zhǎng)以實(shí)現(xiàn)標(biāo)度因數(shù)的穩(wěn)定性；
[0006]在輸出光功率大于ImW時(shí)，需采用恒流源驅(qū)動(dòng)電路和溫度控制電路，確保光源在全溫范圍內(nèi)工作穩(wěn)定。
[0007]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述的光源尾纖與分束器尾纖熔接，并進(jìn)行50:50的分束,分束器偏振相關(guān)損耗PDL需優(yōu)于0.2dB,全溫穩(wěn)定性需優(yōu)于3%,在全溫條件下使光波傳輸?shù)墓β矢臃€(wěn)定和可靠。
[0008]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述的分束器尾纖與消偏器尾纖熔接，光波經(jīng)消偏器消偏，形成消偏光，避免信號(hào)衰落，消偏器損耗需優(yōu)于0.7dB,出纖光串音需優(yōu)于0.ldB，使光波在傳輸中功率損耗更小，信噪比更高。
[0009]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述的消偏器尾纖與偏振器尾纖熔接，偏振器對(duì)消偏光進(jìn)行起偏，變成偏振光波，偏振器損耗需優(yōu)于2.5dB,出纖光串音需優(yōu)于30dB,全溫穩(wěn)定性需優(yōu)于3.5dB,以獲得穩(wěn)定的較高功率的偏振光。
[0010]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述的偏振器尾纖與相位調(diào)制器尾纖45°對(duì)軸熔接，相位調(diào)制器對(duì)返回光波進(jìn)行相位調(diào)制，光波并發(fā)生干涉，相位調(diào)制器損耗需優(yōu)于3dB，偏振相關(guān)損耗PDL需優(yōu)于2dB，出纖光串音需優(yōu)于26dB，全溫穩(wěn)定性需優(yōu)于3dB，以減少偏振噪聲，在全溫條件下獲得更高信噪比和穩(wěn)定的光干涉信號(hào)。
[0011]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述的相位調(diào)制器尾纖與延遲光纖尾纖對(duì)軸熔接，延遲光纖用來(lái)降低光纖電流互感器的調(diào)制頻率，并實(shí)現(xiàn)干涉信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸；
[0012]所述延遲光纖采用熊貓型保偏光纖，長(zhǎng)度應(yīng)與相位調(diào)制器的最佳工作頻率相匹配，越短越好；
[0013]延遲光纖采用互易性對(duì)稱(chēng)繞法，以減小溫度場(chǎng)和溫度梯度對(duì)傳輸光波的影響。
[0014]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述的延遲光纖尾纖與傳輸光纜對(duì)軸熔接，傳輸光纜采用保偏野戰(zhàn)光纜，長(zhǎng)度需滿(mǎn)足戶(hù)外安裝要求。
[0015]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述的光纖傳感頭組件與傳輸光纜對(duì)軸熔接，光波敏感母線電流磁場(chǎng)并發(fā)生反射。
[0016]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述的光電探測(cè)器尾纖與分束器尾纖熔接，對(duì)返回的干涉光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；光電探測(cè)器響應(yīng)度需優(yōu)于0.8A/W，噪聲電壓需優(yōu)于lmV，使干涉光波信號(hào)在光電轉(zhuǎn)換時(shí)引入的噪聲更小，信噪比更高。
[0017]本實(shí)用新型采用純光學(xué)固態(tài)結(jié)構(gòu)器件實(shí)現(xiàn)光信號(hào)傳輸功能，光學(xué)器件體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，光學(xué)系統(tǒng)集成度高，絕緣性好，并且經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，在(-40?+70) °C溫度范圍內(nèi)，光學(xué)系統(tǒng)全溫漂移量低至±0.05%以下，遠(yuǎn)小于GB/T20840.8中0.2級(jí)準(zhǔn)確度要求的±0.2%，大大提高了戶(hù)外電流測(cè)試的靈敏度和準(zhǔn)確性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型提供的光纖電流互感器光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0020]本實(shí)用新型針對(duì)目前的光纖電流互感器光學(xué)系統(tǒng)溫度性能差，抗電磁干擾能力弱的問(wèn)題，以提高其溫度性能為指導(dǎo)思想，設(shè)計(jì)了一種抑制光纖電流互感器全溫漂移的光學(xué)系統(tǒng)。
[0021]本實(shí)用新型提供了一種抑制光纖電流互感器全溫漂移的光學(xué)系統(tǒng)，如圖1所示，該光學(xué)系統(tǒng)包括依次熔接的光源、分束器、消偏器、偏振器、相位調(diào)制器、延遲光纖、傳輸光纜、光電探測(cè)器(不包含光纖傳感頭組件)；工作時(shí)，光源發(fā)出光波，經(jīng)分束器分束、消偏器消偏、偏振器起偏后，經(jīng)相位調(diào)制器、延遲光纖和傳輸光纜后到達(dá)光纖傳感頭組件，返回光波在相位調(diào)制器處發(fā)生干涉，然后經(jīng)過(guò)偏振器、消偏器、分束器后到達(dá)光電探測(cè)器處進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
[0022]本實(shí)用新型提供的抑制光纖電流互感器全溫漂移的光學(xué)系統(tǒng)采用了最少的光學(xué)器件，改善了溫度性能，提高了可靠性。
[0023]在本實(shí)用新型中，光源為超輻射發(fā)光二極管光源(SLD)，提供較高的穩(wěn)定的尾纖輸出光功率，來(lái)獲得較高信噪比的干涉信號(hào)和穩(wěn)定的平均波長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)度因數(shù)的穩(wěn)定性。在輸出光功率大于ImW時(shí)，需采用恒流源驅(qū)動(dòng)電路和溫度控制電路，確保光源在全溫范圍內(nèi)工作穩(wěn)定。
[0024]在本實(shí)用新型中，光源尾纖與分束器(一般用耦合器)尾纖熔接，并進(jìn)行50:50的分束，分束器F1DL(偏振相關(guān)損耗)需優(yōu)于0.2dB,全溫穩(wěn)定性需優(yōu)于3%,在全溫條件下使光波傳輸?shù)墓β矢臃€(wěn)定和可靠；
[0025]分束器尾纖與消偏器尾纖熔接，光波經(jīng)消偏器消偏，形成消偏光，避免信號(hào)衰落。消偏器損耗需優(yōu)于0.7dB,出纖光串音需優(yōu)于0.1dB,使光波在傳輸中功率損耗更小,信噪比更聞；
[0026]消偏器尾纖與偏振器尾纖熔接，偏振器對(duì)消偏光進(jìn)行起偏，變成偏振光波，偏振器損耗需優(yōu)于2.5dB,出纖光串音需優(yōu)于30dB，全溫穩(wěn)定性需優(yōu)于3.5dB,以獲得穩(wěn)定的較高功率的偏振光；
[0027]偏振器尾纖與相位調(diào)制器(一般用波導(dǎo)器件)尾纖45°對(duì)軸熔接，相位調(diào)制器對(duì)返回光波進(jìn)行相位調(diào)制，光波并發(fā)生干涉。
[0028]相位調(diào)制器損耗需優(yōu)于3dB,PDL(偏振相關(guān)損耗)需優(yōu)于2dB,出纖光串音需優(yōu)于26dB，全溫穩(wěn)定性需優(yōu)于3dB，以減少偏振噪聲，在全溫條件下獲得更高信噪比和穩(wěn)定的光干涉信號(hào)；
[0029]在本實(shí)用新型中，相位調(diào)制器尾纖與延遲光纖尾纖對(duì)軸熔接，延遲光纖降低光纖電流互感器調(diào)制頻率，并且實(shí)現(xiàn)干涉信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。
[0030]延遲光纖采用熊貓型保偏光纖，長(zhǎng)度應(yīng)與相位調(diào)制器的最佳工作頻率相匹配，且越短越好。延遲光纖采用互易性對(duì)稱(chēng)繞法，以減小溫度場(chǎng)和溫度梯度對(duì)傳輸光波的影響；
[0031]延遲光纖尾纖與傳輸光纜對(duì)軸熔接，傳輸光纜采用保偏野戰(zhàn)光纜，長(zhǎng)度滿(mǎn)足戶(hù)外安裝需求即可，一般小于30米。
[0032]在本實(shí)用新型中，所述的光纖傳感頭組件與傳輸光纜對(duì)軸熔接，光波敏感母線電流磁場(chǎng)并發(fā)生反射。
[0033]在本實(shí)用新型中，光電探測(cè)器尾纖與分束器尾纖熔接，對(duì)返回的干涉光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
[0034]光電探測(cè)器響應(yīng)度需優(yōu)于0.8A/W，噪聲電壓需優(yōu)于ImV ;光學(xué)系統(tǒng)光路總損耗需優(yōu)于28dB，到達(dá)光電探測(cè)器處的干涉光功率大于2 μ W，使干涉光波信號(hào)在光電轉(zhuǎn)換時(shí)引入的噪聲更小，信噪比更高。
[0035]該光纖電流互感器光學(xué)系統(tǒng)溫控電路采用采用純光學(xué)固態(tài)結(jié)構(gòu)器件實(shí)現(xiàn)光信號(hào)傳輸功能，器件簡(jiǎn)單，絕緣性好，并且經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，在(-40?+70) °C溫度范圍內(nèi)，光學(xué)系統(tǒng)全溫漂移量低至±0.05%以下，遠(yuǎn)小于GB/T20840.8中0.2級(jí)準(zhǔn)確度要求的±0.2%，大大提高了電流測(cè)試的靈敏度和準(zhǔn)確性。
[0036]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種抑制光纖電流互感器全溫漂移的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括依次熔接的光源、分束器、消偏器、偏振器、相位調(diào)制器、延遲光纖、傳輸光纜以及光纖傳感頭組件，上述每一個(gè)器件的輸出端與后一個(gè)與其相連的器件的輸入端熔接，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括光電探測(cè)器，其中光電探測(cè)器的輸入端與所述分束器的另一輸入端熔接；工作時(shí)，光源發(fā)出光波，經(jīng)分束器分束、消偏器消偏、偏振器起偏后，經(jīng)相位調(diào)制器、延遲光纖和傳輸光纜后到達(dá)光纖傳感頭組件敏感母線電流磁場(chǎng)并發(fā)生反射，返回光波在相位調(diào)制器處發(fā)生干涉，然后經(jīng)偏振器、消偏器、分束器后到達(dá)光電探測(cè)器處進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為超輻射發(fā)光二極管光源SLD，用于提供較高的穩(wěn)定的尾纖輸出光功率，以獲得較高信噪比的干涉信號(hào)，穩(wěn)定的平均波長(zhǎng)以實(shí)現(xiàn)標(biāo)度因數(shù)的穩(wěn)定性； 在輸出光功率大于ImW時(shí)，需采用恒流源驅(qū)動(dòng)電路和溫度控制電路，確保光源在全溫范圍內(nèi)工作穩(wěn)定。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源尾纖與分束器尾纖熔接，并進(jìn)行50:50的分束，分束器偏振相關(guān)損耗PDL需優(yōu)于0.2dB，全溫穩(wěn)定性需優(yōu)于3%。
4.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述分束器尾纖與消偏器尾纖熔接，光波經(jīng)消偏器消偏，形成消偏光，避免信號(hào)衰落，消偏器損耗需優(yōu)于0.7dB,出纖光串音需優(yōu)于0.1dB0
5.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述消偏器尾纖與偏振器尾纖熔接，偏振器對(duì)消偏光進(jìn)行起偏，變成偏振光波，偏振器損耗需優(yōu)于2.5dB,出纖光串音需優(yōu)于30dB，全溫穩(wěn)定性需優(yōu)于3.5dB。
6.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振器尾纖與相位調(diào)制器尾纖45°對(duì)軸熔接，相位調(diào)制器對(duì)返回光波進(jìn)行相位調(diào)制，光波并發(fā)生干涉，相位調(diào)制器損耗需優(yōu)于3dB，偏振相關(guān)損耗PDL需優(yōu)于2dB，出纖光串音需優(yōu)于26dB，全溫穩(wěn)定性需優(yōu)于3dB。
7.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述相位調(diào)制器尾纖與延遲光纖尾纖對(duì)軸熔接，延遲光纖用來(lái)降低光纖電流互感器的調(diào)制頻率，并實(shí)現(xiàn)干涉信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸; 所述延遲光纖采用熊貓型保偏光纖，長(zhǎng)度應(yīng)與相位調(diào)制器的最佳工作頻率相匹配，越短越好； 延遲光纖采用互易性對(duì)稱(chēng)繞法，以減小溫度場(chǎng)和溫度梯度對(duì)傳輸光波的影響。
8.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述延遲光纖尾纖與傳輸光纜對(duì)軸熔接，傳輸光纜采用保偏野戰(zhàn)光纜，長(zhǎng)度需滿(mǎn)足戶(hù)外安裝要求。
9.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖傳感頭組件與傳輸光纜對(duì)軸熔接，光波敏感母線電流磁場(chǎng)并發(fā)生反射。
10.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光電探測(cè)器尾纖與分束器尾纖熔接，對(duì)返回的干涉光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；光電探測(cè)器響應(yīng)度需優(yōu)于0.8A/W，噪聲電壓優(yōu)需于lmV。
【文檔編號(hào)】G01R15/24GK204028193SQ201420422126
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】徐知芳, 車(chē)偉偉, 卜興華, 高楓, 潘靜, 薛東峽 申請(qǐng)人:湖北三江航天紅峰控制有限公司