一種采用分段式光路故障診斷的全光纖電流傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電流傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種采用分段式光路故障診斷的全 光纖電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電流傳感器在電網(wǎng)中起著精確快速測(cè)量電流的作用，是智能電網(wǎng)的核心設(shè)備。傳 統(tǒng)電磁式電流傳感器在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)擊穿危險(xiǎn)、易受電磁干擾影響等問(wèn)題。為解決 以上問(wèn)題，近年出現(xiàn)了光學(xué)電流傳感器技術(shù)，利用法拉第磁光效應(yīng)，使得全光纖電流傳感器 在靠近高壓側(cè)無(wú)源工作，且一次二次之間通過(guò)光纖隔離，有效的解決了傳統(tǒng)電磁式電流傳 感器的安全可靠性問(wèn)題。
[0003] 傳統(tǒng)的全光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括光源101、分光器102、相位調(diào)制 器103、傳感元件104、光電探測(cè)器105、AD采樣電路106、數(shù)字信號(hào)處理電路107和DA轉(zhuǎn)換 電路108等器件。其中，相位調(diào)制器103、分光器102、光電探測(cè)器105、AD采樣電路106、數(shù) 字信號(hào)處理電路107和DA轉(zhuǎn)換電路108形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)。光源101發(fā)出的光依次通過(guò)分光 器102和相位調(diào)制器103后生成兩束相互垂直的線偏光進(jìn)入傳感元件104,傳感元件104由 1/4波片1041、傳感光纖環(huán)1042和反射鏡1043組成，這兩束線偏振光經(jīng)過(guò)1/4波片1041 后分別變成左旋和右旋模式的圓偏光進(jìn)入傳感光纖環(huán)1042,受到導(dǎo)體中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作 用，左右旋圓偏光以不同的速度傳播，從而引起光波相位的變化，光在反射鏡1043面反射 后，這兩束圓偏光的偏振模式互換，通過(guò)傳感光纖環(huán)1042再次受到磁場(chǎng)作用，從而使受到 作用的效果加倍。這兩束圓偏光經(jīng)過(guò)1/4波片1041后恢復(fù)為線偏振光，再次經(jīng)過(guò)相位調(diào)制 器103和分光器102并發(fā)生干涉，通過(guò)測(cè)量干涉光強(qiáng)檢測(cè)出相位差，攜帶相位差的相位信息 的光由光電探測(cè)器105轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)后通過(guò)AD采樣電路106進(jìn)行采樣輸至數(shù)字信號(hào)處理 電路107,由于相位差與導(dǎo)體中的磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，而磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流強(qiáng)度成正比，從而數(shù) 字信號(hào)處理電路107可以計(jì)算得到被測(cè)電流的大小并輸出，同時(shí)控制DA轉(zhuǎn)換電路108把偏 置相位與電流補(bǔ)償相位施加至相位調(diào)制器103。
[0004] 傳統(tǒng)的全光纖電流傳感器通常還在分光器102和相位調(diào)制器103之間設(shè)置起偏 器，在相位調(diào)制器103和傳感元件104之間設(shè)置耦合器或分束器以及設(shè)置延遲線圈等，相較 于傳統(tǒng)電磁式電流傳感器，全光纖電流傳感器具有復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，器件繁多，使其故障率 較傳統(tǒng)電磁式電流傳感器高，特別是復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)（由各光學(xué)器件形成），工藝復(fù)雜、測(cè) 試手段受限，影響全光纖電流傳感器的可靠性。如圖1所示的普通全光纖電流傳感器方案， 當(dāng)其光學(xué)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確、及時(shí)的判斷出系統(tǒng)自身的異常狀態(tài)，導(dǎo)致閉環(huán)反饋控 制出錯(cuò)，輸出異常。這對(duì)于全光纖電流傳感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，是非常致命的問(wèn)題。而 且，出現(xiàn)故障后，很難無(wú)法準(zhǔn)確定位問(wèn)題原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)的全光纖電流傳感器無(wú)法進(jìn)行故障檢測(cè)和定位的問(wèn)題，提供一種 采用分段式光路故障診斷的全光纖電流傳感器，可以對(duì)整個(gè)光路的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和診斷， 并能夠定位故障發(fā)生的位置。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種采用分段式光路故障診斷的全光纖電流傳感器，包括光源以及與光源相連的 第一分光器，所述第一分光器還設(shè)置在返回光路上，其特征在于，所述光源和第一分光器所 在光路為光源段，其它光路為非光源段；在返回光路上設(shè)置與第一分光器相連的第一光電 探測(cè)器，所述第一光電探測(cè)器依次連接第一 AD采樣電路和數(shù)字信號(hào)處理電路，在第一分光 器的空臂依次連接第二光電探測(cè)器和第二AD采樣電路；還包括分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理 電路，所述分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路設(shè)置在數(shù)字信號(hào)處理電路內(nèi)部或者單獨(dú)設(shè)置并與 數(shù)字信號(hào)處理電路相連，所述第一 AD采樣電路和第二AD采樣電路均與分段式光路狀態(tài)檢 測(cè)處理電路相連，通過(guò)第一 AD采樣電路和第二AD采樣電路進(jìn)行光路故障信息的采集后傳 輸至分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路進(jìn)行光源段和非光源段的光路狀態(tài)診斷處理，并直接輸 出或通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理電路輸出分段式光路狀態(tài)。
[0008] 還包括依次與第一分光器相連的相位調(diào)制器、第二分光器和傳感元件，所述第二 分光器、相位調(diào)制器和第一分光器還依次設(shè)置在返回光路上，所述非光源段包括調(diào)制器段 和傳感元件段，所述傳感元件段為傳感元件所在光路，所述調(diào)制器段為光源段和傳感元件 段之間的光路；在第二分光器的靠近傳感元件一側(cè)的空臂還依次連接第三光電探測(cè)器和第 三AD采樣電路，所述第三AD采樣電路與分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路相連，通過(guò)第一 AD 采樣電路、第二AD采樣電路和第三AD采樣電路進(jìn)行光路故障信息的采集后傳輸至分段式 光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路進(jìn)行光源段、調(diào)制器段和傳感元件段的光路狀態(tài)診斷處理，并直接 輸出或通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理電路輸出分段式光路狀態(tài)。
[0009] 在第二分光器的遠(yuǎn)離傳感元件一側(cè)的空臂還依次連接第四光電探測(cè)器和第四AD 采樣電路，所述第四AD采樣電路與分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路相連，通過(guò)各AD采樣電路 進(jìn)行光路故障信息的采集后傳輸至分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路進(jìn)行光源段、調(diào)制器段和 傳感元件段的光路狀態(tài)診斷處理，并直接輸出或通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理電路輸出分段式光路狀 〇
[0010] 所述第一分光器采用第一耦合器。
[0011] 所述相位調(diào)制器采用Υ波導(dǎo)相位調(diào)制器，所述第二分光器采用第二耦合器。
[0012] 所述相位調(diào)制器采用直波導(dǎo)相位調(diào)制器或壓電陶瓷相位調(diào)制器，第二分光器采用 第二耦合器或環(huán)形器或分束器。
[0013] 所述相位調(diào)制器采用直波導(dǎo)相位調(diào)制器或壓電陶瓷相位調(diào)制器，所述第二分光器 采用第二耦合器。
[0014] 所述第二光電探測(cè)器和第三光電探測(cè)器均采用具有抗反射功能的光電探測(cè)器件。
[0015] 所述第二光電探測(cè)器和第三光電探測(cè)器內(nèi)的感光面所對(duì)應(yīng)的耦合光纖末端均相 對(duì)于光傳輸方向呈斜角。
[0016] 所述第二光電探測(cè)器和第三光電探測(cè)器內(nèi)的感光面所對(duì)應(yīng)的耦合光纖末端均鍍 有增透膜。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)效果如下：
[0018] 本發(fā)明提供的采用分段式光路故障診斷的全光纖電流傳感器，將光路劃分為光源 段和非光源段，通過(guò)設(shè)置第一光電探測(cè)器和第一 AD采樣電路以及第二光電探測(cè)器和第二 AD采樣電路，第一光電探測(cè)器接收第一分光器干涉后的攜帶相位差的相位信息后轉(zhuǎn)化為電 壓信號(hào)，由第一 AD采樣電路采集相位信息傳輸至數(shù)字信號(hào)處理電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到被 測(cè)電流大小并輸出，同時(shí)第一 AD采樣電路還采集第一光電探測(cè)器的光功率狀態(tài)即實(shí)現(xiàn)了 第一光電探測(cè)器處的故障信息的采集，故第一光電探測(cè)器和第一 AD采樣電路在實(shí)現(xiàn)原有 功能的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了光路故障信息采集；第二AD采樣電路采集第二光電探測(cè)器的光功率 狀態(tài)即實(shí)現(xiàn)了第二光電探測(cè)器處的故障信息的采集，第一 AD采樣電路和第二AD采樣電路 分別將采集的光路故障信息（第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器的光功率狀態(tài)）均傳輸至 分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路，分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路進(jìn)行光源段和非光源段的光 路狀態(tài)診斷處理，采集的第二光電探測(cè)器的光功率狀態(tài)反映光源段的光路的狀態(tài)，當(dāng)?shù)诙?光電探測(cè)器的光功率狀態(tài)異常時(shí)即光源段光路有故障，反之當(dāng)?shù)诙怆娞綔y(cè)器的光功率狀 態(tài)正常而第一光電探測(cè)器的光功率狀態(tài)異常時(shí)即非光源段光路有故障，本發(fā)明可以發(fā)揮全 光纖電流傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)的全光纖電流傳感器的優(yōu)勢(shì)，并且在增加少量成本的情況下， 解決傳統(tǒng)的全光纖電流傳感器光路系統(tǒng)復(fù)雜、故障定位困難甚至無(wú)法進(jìn)行故障檢測(cè)的問(wèn) 題，通過(guò)設(shè)置相互配合工作的第一光電探測(cè)器、第一 AD采樣電路、第二光電探測(cè)器、第二AD 采樣電路和分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路，形成一個(gè)分段式光路狀態(tài)檢測(cè)功能的全光纖電 流傳感器，能夠?qū)Ψ侄问焦饴窢顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，即時(shí)判斷出光路是否出現(xiàn)故障，快速定位 故障發(fā)生的分段式光路的位置，出現(xiàn)問(wèn)題提前報(bào)警，提高了全光纖電流傳感器的安全性、穩(wěn) 定性和可靠性。
[0019] 優(yōu)選將整個(gè)光路劃分為光源段、調(diào)制器段和傳感元件段，在第二分光器的靠近傳 感元件一側(cè)的空臂還依次連接第三光電探測(cè)器和第三AD采樣電路，設(shè)置的第三AD采樣電 路采集第三光電探測(cè)器的光功率狀態(tài)即實(shí)現(xiàn)了第三光電探測(cè)器處的故障信息的采集，并將 采集的光路故障信息傳輸至分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路，分段式光路狀態(tài)檢測(cè)處理電路 通過(guò)三個(gè)AD采樣電路各自采集的光路故障信息進(jìn)行光源段、調(diào)制器段和傳感單元段的光 路狀態(tài)診斷處理，當(dāng)?shù)诙怆娞綔y(cè)器的光功率狀態(tài)正常同時(shí)第三光電探測(cè)器的光功率狀態(tài) 異常時(shí)則調(diào)制器段光路有故障，通過(guò)設(shè)置相互配合工作的第一光電探測(cè)器、第一 AD采樣電 路、第二光電探測(cè)器、第二AD采樣電路、第三光電探測(cè)器、第三AD采樣電路和分段式光路狀 態(tài)檢測(cè)處理電路，形成一個(gè)更精細(xì)分段式光路狀態(tài)檢測(cè)功能的全光纖電