科创中国
三相共用超荧光光纤光源的光纤电流互感器
成果类型：: 新技术
发布时间: 2022-08-12 09:35:35
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”智能技术体系化应用专业科技服务团| 毕光元 | 2022-11-08 09:40:33
电流互感器是电力系统中最重要的高压设备之一。随着电力系统电压等级的不断提高，传统的电磁式电流互感器在绝缘、带宽、动态范围、输出接口、安全性、重量、体积等方面暴露出了固有的缺点， 而基于法拉第(Faraday) 效应的萨格奈克(Sagnac) 型光纤电流互感器在这些方面却有着突出的优势，是高电压大电流测量中最有前景的方案。Sagnac型光纤电流互感器充分利用Faraday效应的非互易性和外界干扰的互易性，通过检测两束圆偏光之间的相位差来检测电流，结合非互易的相位调制技术，能够在干涉测量时达到很高的精度，其主要光路方案包括环形干涉仪结构和反射式结构。其中， 基于Sagnac环形干涉仪的光纤电流互感器通过检测两束反向传输的旋向相同的圆偏光之间的相位差来检测电流。该方案存在工程应用中存在的主要问题是：需要保证两个1/4波片的一致性， 工艺上存在一定的难度， 且受振动、Shupe效应影响比较严重；受Sagnac效应影响， 对旋转敏感；电流灵敏度也仅是反射式光纤电流互感器的一半。而反射式Sagnac型光纤电流互感器采用共光路设计， 通过检测两束同向传输的旋向正交的圆偏光之间的相位差来检测电流。
本项目开发的三相共用超荧光光纤光源的光纤电流互感器，电流互感器包括超荧光光源SFS、1×3单模耦合器、三端口单模环形器、Y波导集成光学相位调制器、偏振分束器、保偏延迟线、1/4波片、传感光纤、反射镜、光电探测器、光源驱动电路和信号处理单元。本项目研发的三相共用超荧光光纤光源的光纤电流互感器，能够降低光源中心波长漂移所造成的互感器变比误差及对光源温控精度的要求，且光路损耗小，信号光利用率高，在相同信噪比要求下对光源输出功率的要求更低；同时，提出的三相共用光源的混偏方案，有利于抑制双折射引起的偏振非互易误差，有效提高了信号光的利用率，简化了光路结构，降低了光路损耗，提高了系统的信噪比。
本发明实施例提供了一种三相共用超荧光光纤光源SFS的光纤电流互感器,该电流互感器包括超荧光光纤光源SFS,1×3单模耦合器,三端口单模环形器,Y波导集成光学相位调制器,偏振分束器,保偏延迟线,1/4波片,传感光纤,反射镜,光电探测器,光源驱动电路和信号处理单元,其中所述超荧光光纤光源SFS发出的光经1×3单模耦合器均分为3份后,分别为每一相互感器提供光功率输入,且采用三端口单模环形器,Y波导集成光学相位调制器,偏振分束器的组合来实现光路的低损耗设计.通过该电流互感器能够减小光源中心波长漂移所造成的互感器变比误差,降低对光源温控精度的要求,提高互感器的使用寿命,且光路损耗小,信号光利用率高,在相同信噪比要求下对光源输出功率的要求更低.
北航工研院相关研发团队，本项目已申请国家发明专利。
一种三相共用超荧光光纤光源的光纤电流互感器,其特征在于,所述电流互感器包括超荧光光纤光源SFS、1×3单模耦合器、三端口单模环形器、Y波导集成光学相位调制器、偏振分束器、保偏延迟线、1/4波片、传感光纤、反射镜、光电探测器和信号处理单元,其中：所述超荧光光纤光源SFS发出的光经1×3单模耦合器均分为3份后,分别为每一相互感器提供光功率输入；采用三端口单模环形器、Y波导集成光学相位调制器、偏振分束器的组合来实现光路的低损耗设计；所述三端口单模环形器用于提供一个非互易端口,连接所述光电探测器完成干涉信号的光电转换；所述Y波导集成光学相位调制器用于实现起偏、分光和相位调制功能；所述偏振分束器用于完成正交线偏光的分光和合光。
本成果可支持：技术合作，技术咨询，技术转让等相关合作模式。
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