本發(fā)明屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電子式電流互感器正逐步走向成熟。與傳統(tǒng)電流互感器相比，基于法拉第磁光效應(yīng)和安培環(huán)路定理的全光纖電流互感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：不含油；尺寸小；絕緣結(jié)構(gòu)簡單；無磁飽和現(xiàn)象；測量帶寬和精度高；防電磁干擾；高壓側(cè)本征安全，安裝方式靈活。因此全光纖電流互感器被認(rèn)為是電力系統(tǒng)理想的電流測量裝置。

但是由于全光纖電流互感器內(nèi)部使用的光電器件以及特種光纖材料，與當(dāng)前普遍使用的傳統(tǒng)電流互感器存在相當(dāng)大的差異，導(dǎo)致傳統(tǒng)電流互感器的檢測手段不能充分反映全光纖電流互感器的壽命預(yù)期和工況性能。

完整的全光纖電流互感器測試系統(tǒng)應(yīng)包含高低溫循環(huán)箱、合并單元、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器及校驗(yàn)儀，組成這套測試系統(tǒng)所需的設(shè)備昂貴，需要較大占用面積，設(shè)備的功耗較大，安裝及操作復(fù)雜。在測試系統(tǒng)搭建初期，目前還沒有一種便捷直觀的方式對全光纖電流互感器的開環(huán)及閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行原理驗(yàn)證，同時設(shè)備運(yùn)行時也沒有直觀的方式來監(jiān)測系統(tǒng)光路及電路的運(yùn)行狀態(tài)，這些不便阻礙了全光纖電流互感器的進(jìn)一步的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)，本發(fā)明提供了一種全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)，在上位機(jī)上實(shí)時顯示需要關(guān)注的監(jiān)測信號，從而能夠更便捷的實(shí)現(xiàn)對全光纖電流互感器進(jìn)行原理驗(yàn)證及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)，包括全光纖電流互感器測試主機(jī)、傳感光纖環(huán)及上位機(jī)，其中：

所述全光纖電流互感器測試主機(jī)包括光路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)，其中所述光路系統(tǒng)包括光源、光源探測器、耦合器以及起偏器，所述光源、光源探測器與所述耦合器的輸入端相連，所述起偏器與所述耦合器的輸出端相連；所述電路系統(tǒng)包括相位調(diào)制器和信號處理系統(tǒng)，所述相位調(diào)制器與所述起偏器的輸出端相連，所述信號處理系統(tǒng)與所述光源探測器和所述相位調(diào)制器相連；

所述相位調(diào)制器的輸出端與延遲環(huán)相連，所述延遲環(huán)與所述傳感光纖環(huán)相連；

所述信號處理系統(tǒng)還與所述上位機(jī)相連，將從所述光源探測器獲得的監(jiān)測信號輸出到所述上位機(jī)，其中所述監(jiān)測信號包括如下一種或多種：解調(diào)波形、最小干涉光強(qiáng)、最大干涉光強(qiáng)以及溫度補(bǔ)償信號。

本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述信號處理系統(tǒng)包括前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FPGA處理模塊和外圍接口電路，其中所述前置放大電路用于對光源探測器輸出的原始模擬信號進(jìn)行放大；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；所述FPGA處理模塊用于對所述數(shù)字信號進(jìn)行處理，得到所需要的監(jiān)測信號；所述外圍接口電路用于將所述監(jiān)測信號輸出到上位機(jī)或其他監(jiān)測設(shè)備。

本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述FPGA處理模塊包括濾波模塊、解調(diào)模塊、FT3協(xié)議模塊以及方波調(diào)制模塊，其中：

從所述光源探測器輸出的原始模塊信號通過前置放大器放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換并經(jīng)過濾波模塊輸出至解調(diào)模塊，解調(diào)模塊解調(diào)出的信號一路與溫度補(bǔ)償信號疊加后通過FT3協(xié)議模塊打包輸出，另一路通過方波調(diào)制模塊累加積分后生成數(shù)字方波，然后驅(qū)動相位調(diào)制器來反饋抵消Faraday效應(yīng)相移；另一路通過階梯波反饋模塊生成階梯波信號疊加在相位調(diào)制器上，對光路中的信號進(jìn)行調(diào)制。

本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述外圍接口電路分為數(shù)字接口和模擬接口兩部分，其中所述數(shù)字接口包括串口和光口，解調(diào)波形、最小干涉光強(qiáng)、最大干涉光強(qiáng)以及溫度補(bǔ)償信號通過所述串口輸出；解調(diào)后信號疊加上溫度補(bǔ)償信號以FT3格式編碼通過所述光口輸出；干涉波形通過模擬接口輸出。

本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述光源、起偏器與相位調(diào)制器封裝在一起，形成一體化的光路盒。

本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述光源為可調(diào)節(jié)超輻射半導(dǎo)體激光器，中心波長1310nm，帶寬40nm，功率可調(diào)范圍0～1mw。

本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述傳感光纖環(huán)包括λ/4波片、保圓光纖及反射鏡，其中λ/4波片采用橢圓芯光纖，且波片的輸入端與延遲環(huán)輸出端成45°熔接，所述保圓光纖采用高折射率旋轉(zhuǎn)光纖，所述反射鏡的反射率大于95％。

本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述串口還用于接收上位機(jī)的指令，通過調(diào)整反饋階梯波的生成與否對相位調(diào)制器進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)的切換。

本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述全光纖電流互感器測試主機(jī)還包括有外延保偏延遲環(huán)測試平臺，方便將不同長度延遲環(huán)接入所述全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述相位調(diào)制器為鈮酸鋰相位調(diào)制器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明通過在全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)中增加信號處理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r系統(tǒng)數(shù)字量輸出、溫度補(bǔ)償數(shù)字量、最小干涉光強(qiáng)和最大干涉光強(qiáng)輸出到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對全光纖電流互感器的原理驗(yàn)證及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測；

(2)、通過本發(fā)明提供的全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)，不需要合并單元、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器及校驗(yàn)儀就可驗(yàn)證全光纖電流互感器的原理并監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，簡化了測試系統(tǒng)的搭建及操作，節(jié)約了測試成本；

(3)本發(fā)明全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)中，從所述光源探測器輸出的原始模塊信號通過前置放大器放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換并經(jīng)過濾波模塊輸出至解調(diào)模塊，解調(diào)模塊解調(diào)出的信號一路與溫度補(bǔ)償信號疊加后通過FT3協(xié)議模塊打包輸出，另一路通過方波調(diào)制模塊累加積分后生成數(shù)字方波，然后驅(qū)動相位調(diào)制器來反饋抵消Faraday效應(yīng)相移；另一路通過階梯波反饋模塊生成階梯波信號疊加在相位調(diào)制器上，從而對光路中的信號進(jìn)行調(diào)制；

(4)本發(fā)明能夠通過串口向所述全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)下達(dá)指令，通過調(diào)整反饋階梯波的生成與否對相位調(diào)制器進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)的切換；

(5)通過在本發(fā)明測試主機(jī)中附帶延遲環(huán)測試平臺，能方便的將不同長度的延遲環(huán)接入系統(tǒng)進(jìn)行測試。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)的原理示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中FPGA處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中延遲環(huán)測試平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、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，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。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發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(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。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，如圖1所示，本發(fā)明提供了一種全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)，包括全光纖電流互感器測試主機(jī)、傳感光纖環(huán)及上位機(jī)，其中：

所述全光纖電流互感器測試主機(jī)包括光路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)，其中如圖2所示，所述光路系統(tǒng)包括光源、光源探測器、耦合器以及起偏器，所述光源、光源探測器與所述耦合器的輸入端相連，所述起偏器與所述耦合器的輸出端相連；所述電路系統(tǒng)包括相位調(diào)制器和信號處理系統(tǒng)，所述相位調(diào)制器與所述起偏器的輸出端相連，所述信號處理系統(tǒng)與所述光源探測器和所述相位調(diào)制器相連；

所述相位調(diào)制器的輸出端與延遲環(huán)相連，所述延遲環(huán)與所述傳感光纖環(huán)相連；

所述信號處理系統(tǒng)還與所述上位機(jī)相連，將從所述光源探測器獲得的監(jiān)測信號輸出到所述上位機(jī)，其中所述監(jiān)測信號包括如下一種或多種：解調(diào)波形、最小干涉光強(qiáng)、最大干涉光強(qiáng)以及溫度補(bǔ)償信號。

其中，所述相位調(diào)制器可以為為鈮酸鋰相位調(diào)制器。

如圖2所示，上述全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理如下：光源發(fā)出的光經(jīng)過耦合器后由起偏器起偏，經(jīng)調(diào)制器完成相位調(diào)制并分成兩束偏振方向相互垂直的光，通過延遲光纖后進(jìn)入傳感光纖。在傳感光纖末端兩束光波經(jīng)反射鏡后返回，最終回到光電探測器處并發(fā)生相干疊加，經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號。經(jīng)電路系統(tǒng)解調(diào)后的數(shù)字量輸出給上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控。

如圖3所示，所述信號處理系統(tǒng)包括前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)處理模塊和外圍接口電路，其中所述前置放大電路用于對光源探測器輸出的原始模擬信號進(jìn)行放大；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；所述FPGA處理模塊用于對所述數(shù)字信號進(jìn)行處理，得到所需要的監(jiān)測信號；所述外圍接口電路用于將所述監(jiān)測信號輸出到上位機(jī)或其他監(jiān)測設(shè)備。

進(jìn)一步地，如圖3所示，所述FPGA處理模塊包括濾波模塊、解調(diào)模塊、FT3協(xié)議模塊以及方波調(diào)制模塊，其中：

從所述光源探測器輸出的原始模塊信號通過前置放大器放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換并經(jīng)過濾波模塊輸出至解調(diào)模塊，解調(diào)模塊解調(diào)出的信號一路與溫度補(bǔ)償信號疊加后通過FT3協(xié)議模塊打包輸出，另一路通過方波調(diào)制模塊累加積分后生成數(shù)字方波，然后驅(qū)動相位調(diào)制器來反饋抵消Faraday效應(yīng)相移；另一路通過階梯波反饋模塊生成階梯波信號疊加在相位調(diào)制器上，對光路中的信號進(jìn)行±π/2的調(diào)制。

進(jìn)一步地，如圖3所示，所述外圍接口電路分為數(shù)字接口和模擬接口兩部分，其中所述數(shù)字接口包括串口和光口，解調(diào)波形、最小干涉光強(qiáng)、最大干涉光強(qiáng)以及溫度補(bǔ)償信號通過所述串口輸出；解調(diào)后信號疊加上溫度補(bǔ)償信號以FT3格式編碼通過所述光口輸出；干涉波形通過模擬接口輸出。

利用本發(fā)明全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測各信號的具體方式為：

從所述光源探測器輸出的原始模塊信號通過前置放大器放大后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器提取干涉信號的最大值和最小值并經(jīng)過模塊轉(zhuǎn)換后通過串口輸出；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量經(jīng)過濾波模塊和解調(diào)模塊后，由階梯波反饋模塊依據(jù)一定控制算法形成反饋數(shù)字階梯波信號，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號加到鈮酸鋰調(diào)制器上，來抵消Faraday效應(yīng)相位差。同時階梯波的臺階高度值與當(dāng)前測試電流的大小成正比，因此將該值作為整個系統(tǒng)的數(shù)字量輸出給上位機(jī)。

方波調(diào)制模塊用于生成數(shù)字方波疊加在鈮酸鋰調(diào)制器上，對光路中的信號進(jìn)行±π/2的調(diào)制。

溫補(bǔ)信號一路通過FT3協(xié)議模塊疊加至原始數(shù)字量用于補(bǔ)償溫度對系統(tǒng)精度帶來誤差，另一路通過串口輸出至上位機(jī)用于實(shí)時監(jiān)測高低溫區(qū)域系統(tǒng)的補(bǔ)償效果。

串口將最大干涉信號，最小干涉信號，系統(tǒng)數(shù)字量輸出，溫度補(bǔ)償值依次傳輸至上位機(jī)，用于實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)光路及電路系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。串口還可以接收上位機(jī)的指令，通過調(diào)整反饋階梯波的生成與否對系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)的切換。

進(jìn)一步地，所述光源、起偏器與相位調(diào)制器可以封裝在一起，形成一體化的光路盒。其中所述光源可以為可調(diào)節(jié)超輻射半導(dǎo)體激光器，中心波長1310nm，帶寬40nm，功率可調(diào)范圍0～1mw。

進(jìn)一步地如圖3所示，所述傳感光纖環(huán)包括λ/4波片、保圓光纖及反射鏡，其中λ/4波片采用橢圓芯光纖，且波片的輸入端與延遲環(huán)輸出端成45°熔接，所述保圓光纖采用高折射率旋轉(zhuǎn)光纖，所述反射鏡的反射率大于95％。

進(jìn)一步地如圖4所示，所述全光纖電流互感器測試主機(jī)還包括有外延保偏延遲環(huán)測試平臺，方便將不同長度延遲環(huán)接入所述全光纖電流互感器監(jiān)測系統(tǒng)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。