專利名稱：光纖型電子互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將傳感裝置，特別是一種光纖型電子互感器。
背景技術(shù)：
光纖型傳感器是一種新型傳感器，其具有良好的絕緣性能、動態(tài)測量范圍 大、易于與數(shù)字系統(tǒng)接口等優(yōu)點，因而應(yīng)用前景十分廣闊。光纖環(huán)形腔衰蕩光 譜技術(shù)是一種新的用于光纖傳感器的技術(shù)原理，將光纖的法拉第效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣?纖環(huán)形腔中的脈沖衰蕩譜，工作原理是將脈沖光波入射到光纖環(huán)形腔中，入射 的光波可沿著環(huán)形腔繞行很多圏，每轉(zhuǎn)一圈都有極小部分光通過一光纖耦合器 輸出到光電探測器中，其余的光仍繼續(xù)在光纖中傳輸，由于光纖的光纖自身和 耦合器的損耗，還有傳感頭附加的損耗，光的強度隨著時間不斷減小，形成衰 蕩曲線，通過計算衰蕩時間便可知道電流的大小。
光纖傳感器包括有第一光源、由第一耦合器、第二耦合器和電子傳感頭組 成的環(huán)形腔以及光電探測器。如圖1所示，第一光源連接到第一耦合器的一輸 入端，第二耦合器的一輸出端連接到光電檢測器的輸入端。電子傳感頭連接待 測的設(shè)備或?qū)Ь€。第一耦合器用于將光源引入環(huán)形腔，第二耦合器用于輸出環(huán) 形腔中經(jīng)傳感頭影響后光波中的極小部分光，光電探測器則是將接收到的光信 號轉(zhuǎn)換為電信號，以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。由于光纖傳感器中，光波的傳播容 易受環(huán)境、特別是溫度的影響，導(dǎo)致其容易產(chǎn)生不穩(wěn)定和不夠精確的;f企測結(jié)果。 因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員曾采用雙光源法，引入第二光源作為參考光，利用兩 個不同光源同時受環(huán)境影響，利用相對光強值進行計算，從而得到電流值，然 而增加第二光源后，作為連續(xù)光在環(huán)形腔內(nèi)將發(fā)生第二光源光干涉，造成輸出 的參考光光強分布不穩(wěn)定，并直接影響最后的計算結(jié)果，因此直接采用雙波長消除溫度等環(huán)境因素影響是難以適用于光纖環(huán)形腔衰蕩光譜、技術(shù)當中。 發(fā)明構(gòu)成
本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種測量穩(wěn)定、精確、 且不受環(huán)境溫度影響的光纖型電子互感器。
本發(fā)明是通過以下途徑來實現(xiàn)的
光纖型電子互感器，包括有第一光源、第一耦合器、第二耦合器、電子傳 感頭以及第 一光電探測器，第 一耦合器的一輸出端通過電子傳感頭連接到第二 耦合器的輸入端，電子傳感頭連接被測電氣設(shè)備，其結(jié)構(gòu)要點在于，還包括第 二光源、波分復(fù)用器、第一波分解復(fù)用器、第二波分解復(fù)用器和第二光電探測 器，第一光源和第二光源的輸出端分別與波分復(fù)用器的兩輸入端連接，第一耦 合器、電子傳感頭、第二耦合器和第一波分解復(fù)用器依序連接，最后以第一波 分解復(fù)用器的輸出端連接到第一耦合器的一輸入端從而組成一閉合光纖環(huán)形 腔，波分復(fù)用器的輸出端與第一耦合器的另一輸入端連接，第二耦合器的一輸 出端與第二波分解復(fù)用器的輸入端連接，第二波分解復(fù)用器的兩輸出端分別連
接第一光電探測器和第二光電探測器，該第一光電探測器和第二光電探測器的 輸出端分別連接到數(shù)據(jù)處理裝置上，第一波分解復(fù)用器具有一光波引出端。
第一光源和第二光源分別采用不同波長的光波作為傳播光波，該兩束不同 波長的光波經(jīng)過波分復(fù)用器時，該波分復(fù)用器將該兩束不同波長的光波合而為 一形成組合光波，然后經(jīng)過第一耦合器進入光纖環(huán)形腔，組合光波經(jīng)過電子傳 感頭后，由于受被測電信號(電壓、電流等)大小的影響導(dǎo)致組合光波受到一 定程度衰減，衰減后的組合光波經(jīng)由第二耦合器進行分化， 一小部分的組合光 波傳輸?shù)降诙ǚ纸鈴?fù)用器，其余組合光波由第二耦合器輸出到第一波分解復(fù) 用器；第二波解分復(fù)用器將接收到的組合光波進行分解，復(fù)原為原兩種不同波 長的光波，該兩不同波長的光波分別對應(yīng)傳輸?shù)降谝还怆娞綔y器和第二光電探 測器，光電探測器用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并通過數(shù)據(jù)處理裝置對所接收到的信號進行處理和計算，從而得到被測電氣設(shè)備的電參數(shù)大小。
經(jīng)過第二耦合器分化后的組合光波在環(huán)形腔中傳輸?shù)降?一波分解復(fù)用器， 第一波分解復(fù)用器將該組合光波進行分解，還原為原兩種不同波長的光波，其 中一種光波繼續(xù)沿著環(huán)形腔傳播，另一種光波則沿著該第一波分解復(fù)用器的引 出端向外傳播，這樣將保持只有同一種光波在環(huán)形腔內(nèi)循環(huán)，另一種光波在經(jīng) 過電子傳感頭和第二耦合器采集信號后即通過第一波分解復(fù)用器引出環(huán)形腔， 這樣既引用了參考光源，消除了溫度對傳播光波的影響，另一方面，雙光波不 再同時在光纖環(huán)形腔中循環(huán)傳播，因此不會發(fā)生雙光波干涉的問題。因此該電 子互感器測量精確，穩(wěn)定，且不受環(huán)境，特別是溫度的影響，具有很高的創(chuàng)造 性。
本發(fā)明可以進一步具體為
第一光源輸出檢測光波，為一種脈沖光源，第二光源輸出參考光波，為一 種連續(xù)光波，該兩種光源提供的是不同波長，但兩光波波長相差為相對長的長
波波長的1%~10%。
作為優(yōu)選，該兩種光源所輸出的光波波長相近，最好兩光波波長相差為相 對長的長波波長的越小比例越好。光波波長相近將有利于各個設(shè)備，如耦合器、 波分解復(fù)用器和波分復(fù)用器對光波的處理，如波分解復(fù)用器對光波的分解將更
為徹底。
第一耦合器和第二耦合器均為一種光纖耦合器。
光纖耦合器是用于將光波進行分路或合并傳輸?shù)鸟詈掀鳎枪獠▊鬏斶^程 的一種節(jié)點設(shè)備，如同電路中的節(jié)點，作為光流的合并輸入節(jié)點或者分路傳輸 節(jié)點，與波分復(fù)用器或波分解復(fù)用器不同的是，光纖耦合器是用于合并和分解 同一波長的光波，類似物理分解，而波分復(fù)用器和波分解復(fù)用器則是用于合并 和分解不同波長的光波，類似化學(xué)分解。
電子傳感頭由光纖和被測電氣設(shè)備的電導(dǎo)體組成，光纖以靠觸或纏繞在電 導(dǎo)體上實現(xiàn)二者的感應(yīng)連接。靠觸或纏繞在電導(dǎo)體上的光纖表面上鍍有一層超磁致伸縮材料。 超磁致伸縮材料在受到磁場作用時，其形態(tài)參數(shù)發(fā)生相應(yīng)作用，這樣將引 起光纖環(huán)形腔的衰減系數(shù)的變化，即引起了光脈沖衰蕩時間的變化，通過測量 光脈沖的衰蕩時間即可測量得到電流值，使測量更為精準、正確。采用超磁致 伸縮材料也將使光纖電子傳感頭的構(gòu)造變得更簡單，由于磁致伸縮材料的效應(yīng)， 使得該傳感頭不需要采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)就可以準確獲得感應(yīng)參數(shù)，大大減小了傳 感頭的體積與重量。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點在于，提供了一種光纖型電子互感器，其引用了 第二光源作為參考光源，解決了溫度和環(huán)境對光波在光纖中進行傳播時的影響， 另外引用了波分解復(fù)用器對環(huán)形腔中的二重組合光波進行分解，將參考光源在 完成近一圏的傳播后，引出環(huán)形腔外，這樣也解決了雙光波同時在環(huán)形腔內(nèi)循 環(huán)傳播所帶來的光干涉問題，這樣，本發(fā)明所述的光纖型電子互感器達到了測 量精確、問題的技術(shù)效果。


圖1所示為本發(fā)明所述光纖型電子互感器的電路構(gòu)架原理示意圖；圖中實 線表示^^測光的流向圖，空心線表示參考光的流向圖，實心線和空心線交疊表 示經(jīng)由波分復(fù)用器組合的組合光波。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步描述。
具體實施例
最佳實施例
參照附圖l，光纖型電子互感器，包括有如下組成部件
1、第一光源和第二光源，均為1550nm附近半導(dǎo)體激光器，也可以選擇 850nm附近半導(dǎo)體激光器，選擇1550nm的半導(dǎo)體激光器更好些，1550nm 是通信波長，技術(shù)成熟，器件比較多，性能也比較穩(wěn)定，更重要的是可以采用單模光纖作為傳輸線路，比較穩(wěn)定，損耗比較?。坏谝还庠摧敵?的是脈沖光波，為檢測光波，第二光源輸出的是連續(xù)光波，為參考光波， 二者采用波長相近的光波，分別為1480nm波長與1550nm波長的近紅 外光，波長相差70,為相對長光波——波長為1550nm光波的4.5%;
2、 第一耦合器和第二耦合器，為1: 99的分光比，接口類型為FC/APC, 第 一耦合器是一種二乘一光纖耦合器，具有兩個輸入端和一個輸出端， 第二耦合器是一種一乘二光纖耦合器，具有一個輸入端和兩個輸出端； 二者作為光路的一種節(jié)點，用于合并和分路光波傳輸；
3、 波分復(fù)用器、第一波分解復(fù)用器和第二波分解復(fù)用器，均為接口類型為 FC/APC ， 1480nm與1550nm雙波長的波分復(fù)用器/波分解復(fù)用器，上 述設(shè)備是用于合并或者分解光波，波分復(fù)用器將二種光波合并成為組合 光波，波分解復(fù)用器將組合光波還原為兩種光波，分別輸出；
4、 電子傳感器，可以感應(yīng)多種電參數(shù)，如電壓、電流等，由光纖和^皮測電 氣設(shè)備的電導(dǎo)體組成，光纖以靠觸或纏繞在電導(dǎo)體上實現(xiàn)二者的感應(yīng)連 接，同時靠觸或纏繞在電導(dǎo)體上的光纖表面上鍍有一層超磁致伸縮材料；
5、 第一光電探測器和第二光電探測器，采用APD類型的光電探測器，將檢 測到的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號；
6、 數(shù)據(jù)處理裝置，采用PC計算機或者單片機，用于計算檢測信號，并計 算出最終的電參數(shù)結(jié)果；
7、 光纖，傳輸導(dǎo)體，單模光纖，相對多模光纖穩(wěn)定，損耗小。 第一耦合器、電子傳感頭、第二耦合器和第一波分解復(fù)用器依序傳輸連接，
即前一個設(shè)備的輸出端連接后一設(shè)備的輸入端，最后以第 一波分解復(fù)用器的一 輸出端連接到第一耦合器的一輸入端從而組成一閉合光纖環(huán)形腔，第一光源和 第二光源的輸出端分別與波分復(fù)用器的兩輸入端連接，波分復(fù)用器的輸出端與 第 一耦合器的另 一輸入端連接，第二耦合器的另 一輸出端與第二波分解復(fù)用器 的輸入端連接，第二波分解復(fù)用器的兩輸出端分別連接第一光電探測器和第二光電探測器，該第 一光電探測器和第二光電探測器的輸出端分別連接到數(shù)據(jù)處 理裝置上，第一波分解復(fù)用器的另一輸出端為光波引出端。
第一光源和第二光源分別對應(yīng)輸出的脈沖檢測光和連續(xù)參考光，二者進入 波分復(fù)用器，該波分復(fù)用器將該兩束光波合并形成組合光波，然后經(jīng)過第一耦 合器進入光纖環(huán)形腔，組合光波經(jīng)過電子傳感頭后，由于受被測電信號(電壓、 電流等)大小的影響導(dǎo)致組合光波受到一定程度衰減，衰減后的組合光波經(jīng)由 第二耦合器進行分路， 一小部分的組合光波傳輸?shù)降诙ǚ纸鈴?fù)用器，其余組
合光波由第二耦合器輸出到第一波分解復(fù)用器(下面一段進一步描述)；第二波
解分復(fù)用器將接收到的組合光波進行分解，復(fù)原為原兩種光波一一脈沖檢測光 和連續(xù)參考光，分別對應(yīng)傳輸?shù)降谝还怆娞綔y器和第二光電探測器，光電探測 器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置對所接收到的信 號進行處理和計算，從而得到被測電氣設(shè)備的電參數(shù)大小。
經(jīng)過第二耦合器分路后的組合光波在環(huán)形腔中傳輸?shù)降谝徊ǚ纸鈴?fù)用器，第 一波分解復(fù)用器將該組合光波進行分解，還原為原兩種光波，其中脈沖檢測光 波繼續(xù)沿著環(huán)形腔傳播，連續(xù)參考光波則沿著該第一波分解復(fù)用器的引出端向 外傳播，這樣將保持只有脈沖檢測光波在環(huán)形腔內(nèi)循環(huán)，連續(xù)參考光波在經(jīng)過 電子傳感頭和第二耦合器釆集光信號后即通過第一波分解復(fù)用器的引出端引出 環(huán)形腔。
本發(fā)明未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求
1、光纖型電子互感器，包括有第一光源、第一耦合器、第二耦合器、電子傳感頭以及第一光電探測器，第一耦合器的一輸出端通過電子傳感頭連接到第二耦合器的輸入端，電子傳感頭連接被測電氣設(shè)備，其特征在于，還包括第二光源、波分復(fù)用器、第一波分解復(fù)用器、第二波分解復(fù)用器和第二光電探測器，第一光源和第二光源的輸出端分別與波分復(fù)用器的兩輸入端連接，第一耦合器、電子傳感頭、第二耦合器和第一波分解復(fù)用器依序連接，最后以第一波分解復(fù)用器的輸出端連接到第一耦合器的一輸入端從而組成一閉合光纖環(huán)形腔，波分復(fù)用器的輸出端與第一耦合器的另一輸入端連接，第二耦合器的一輸出端與第二波分解復(fù)用器的輸入端連接，第二波分解復(fù)用器的兩輸出端分別連接第一光電探測器和第二光電探測器，該第一光電探測器和第二光電探測器的輸出端分別連接到數(shù)據(jù)處理裝置上，第一波分解復(fù)用器的另一輸出端為一光波引出端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖型電子互感器，其特征在于，第一光源輸出斥企 測光波，為一種脈沖光源，第二光源輸出參考光波，為一種連續(xù)光波。
3、 4艮據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖型電子互感器，其特征在于，該兩種光源所輸 出的光波波長相差為相對長光波波長的1%~10%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖型電子互感器，其特征在于，第一耦合器和第 二耦合器均為一種光纖耦合器。
5、 4艮據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖型電子互感器，其特征在于，第一耦合器為一 種二乘一耦合器，第二耦合器為一種一乘二耦合器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖型電子互感器，其特征在于，電子傳感頭由光 纖和被測電氣設(shè)備的電導(dǎo)體組成，光纖以靠觸或纏繞在電導(dǎo)體上實現(xiàn)二者 的感應(yīng)連接。
7、 才艮據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖型電子互感器，其特征在于，靠觸或纏繞在電 導(dǎo)體上的光纖表面上具有一層超磁致伸縮材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳感裝置，特別是一種光纖型電子互感器。本發(fā)明的優(yōu)點在于，提供了一種光纖型電子互感器，其引用了第二光源作為參考光源，解決了溫度和環(huán)境對光波在光纖中進行傳播時的影響，另外引用了波分解復(fù)用器對環(huán)形腔中的二重組合光波進行分解，將參考光源在完成近一圈的傳播后，引出環(huán)形腔外，這樣也解決了雙光波同時在環(huán)形腔內(nèi)循環(huán)傳播所帶來的光干涉問題，這樣，本發(fā)明所述的光纖型電子互感器達到了測量精確、問題的技術(shù)效果。
文檔編號G01R15/24GK101294988SQ20081007125
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
發(fā)明者張榕林, 李高明, 邱怡申, 強 陳, 陳曉如, 陳曦曜 申請人:福建省電力試驗研究院;福建師范大學(xué);福建省電力試驗研究院勞動服務(wù)公司