專利名稱：一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器及溫度自動(dòng)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器及溫度自動(dòng)跟蹤方法，屬于光電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖電流互感器(Optical current transformer, OCT)是電流傳感與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的新技術(shù)，對(duì)于電力計(jì)量與保護(hù)具有重要的意義。光纖電流互感器所表現(xiàn)出的無爆炸、無磁飽和、無滯后、體小質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，得到了許多研究者的認(rèn)可和關(guān)注。目前廣泛被關(guān)注的光纖電流互感器主要是基于法拉第磁光效應(yīng)傳感方案，這種傳感方案受線性雙折射問題的影響，同時(shí)也受環(huán)境溫度因素的影響。光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)傳感技術(shù)是光纖傳感中可靠性最高、實(shí)用性最強(qiáng)并可波分復(fù)用的傳感技術(shù)?；诠饫w光柵和超磁致伸縮材料(GMM)制成的光纖光柵電流互感器，可能成為光學(xué)電流互感器的新選擇方案，光纖光柵和超磁致伸縮材料有較大的磁滯伸縮系數(shù)和較寬的頻率響應(yīng)范圍，而FBG僅對(duì)應(yīng)變和溫度敏感，由導(dǎo)磁回路將導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)入GMM中，GMM在磁場(chǎng)作用下的應(yīng)變由FBG感知并解調(diào)該信號(hào)將是該方案的技術(shù)路線。近年來，國內(nèi)外很多學(xué)者關(guān)注了基于GMM-FBG的光纖電流互感器，有文獻(xiàn)研究了直流磁場(chǎng)下，應(yīng)用蒙乃爾合金與GMM具有相同的熱膨脹系數(shù)這一事實(shí)消除溫度的影響。也有研究者應(yīng)用螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)研究了 GMM-FBG系統(tǒng)對(duì)磁場(chǎng)的強(qiáng)度響應(yīng)及溫度影響水平。 國內(nèi)也有應(yīng)用匹配光柵方法解調(diào)FBG，剔除溫度對(duì)FBG隨溫度漂移的影響。上述剔除溫度影響方法需要額外配置光纖光柵，同時(shí)增加了系統(tǒng)的成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有為剔除對(duì)FBG隨溫度漂移的影響，采用配置額外光纖光柵，這種方案增加了系統(tǒng)的成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性的問題，提供了一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器及溫度自動(dòng)跟蹤方法。本發(fā)明所述一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器，它包括DFB激光器、耦合器、光電放大器、FPGA采集調(diào)節(jié)模塊、D/A轉(zhuǎn)換器和激光器溫控電路，DFB激光器發(fā)射的激光經(jīng)耦合器入射至光纖光柵中，光纖光柵反射出來的光束經(jīng)耦合器輸出至光電放大器，光電放大器將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸出給FPGA采集調(diào)節(jié)模塊，F(xiàn)PGA采集調(diào)節(jié)模塊的反饋調(diào)節(jié)信號(hào)輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸入端相連，D/A轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸出端與激光器溫控電路的輸入端相連，激光器溫控電路的輸出端與DFB激光器的溫度控制端相連。FPGA采集調(diào)節(jié)模塊內(nèi)部構(gòu)建有數(shù)據(jù)采集卡、低通濾波器和PID調(diào)節(jié)模塊，數(shù)據(jù)采集卡采集光電放大器輸出的電信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與低通濾波器輸入端相連，低通濾波器的輸出端與PID調(diào)節(jié)模塊的輸入端相連，PID調(diào)節(jié)模塊輸出反饋調(diào)節(jié)信號(hào)?；谏鲜鲆环N具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器的溫度自動(dòng)跟蹤方法，該方法包括以下步驟步驟一、DFB激光器發(fā)射的激光經(jīng)耦合器入射至光纖光柵中，光纖光柵反射出來的光束經(jīng)耦合器輸出至光電放大器，由光電放大器將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并放大輸出；步驟二、FPGA采集調(diào)節(jié)模塊中的數(shù)據(jù)采集卡采集放大后的電信號(hào)，所述放大后的電信號(hào)包括交流分量和直流分量；步驟三、低通濾波器濾除所述放大后的電信號(hào)的交流分量，輸出直流分量；步驟四、PID調(diào)節(jié)模塊根據(jù)設(shè)定的靜態(tài)工作點(diǎn)電壓及步驟三獲取的直流分量獲得 DFB激光器的內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)的數(shù)字量控制電壓信號(hào)，上述PID調(diào)節(jié)模塊獲得數(shù)字量控制電壓信號(hào)的過程為按公式
權(quán)利要求
1.一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器，其特征在于，它包括DFB激光器(1)、耦合器O)、光電放大器(3)、FPGA采集調(diào)節(jié)模塊(4)、D/A轉(zhuǎn)換器(5)和激光器溫控電路(6)，DFB激光器(1)發(fā)射的激光經(jīng)耦合器( 入射至光纖光柵中，光纖光柵反射出來的光束經(jīng)耦合器( 輸出至光電放大器(3)，光電放大器C3)將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸出給FPGA采集調(diào)節(jié)模塊G)，F(xiàn)PGA采集調(diào)節(jié)模塊(4)的反饋調(diào)節(jié)信號(hào)輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器 (5)的數(shù)字信號(hào)輸入端相連，D/A轉(zhuǎn)換器(5)的模擬信號(hào)輸出端與激光器溫控電路(6)的輸入端相連，激光器溫控電路(6)的輸出端與DFB激光器(1)的溫度控制端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器，其特征在于，它還包括激光器驅(qū)動(dòng)電路(7)，激光器驅(qū)動(dòng)電路(7)用于驅(qū)動(dòng)DFB激光器(1)工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器，其特征在于，它還包括示波器(8)，光電放大器C3)顯示輸出端與示波器(8)的顯示輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器，其特征在于，激光器溫控電路(6)選用LTC1923專用溫度控制芯片來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器，其特征在于，F(xiàn)PGA采集調(diào)節(jié)模塊內(nèi)部構(gòu)建有數(shù)據(jù)采集卡G-1)、低通濾波器(4- 和PID調(diào)節(jié)模塊(4-3)，數(shù)據(jù)采集卡采集光電放大器⑶輸出的電信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與低通濾波器(4- 輸入端相連，低通濾波器G-2)的輸出端與PID調(diào)節(jié)模塊G-3)的輸入端相連，PID調(diào)節(jié)模塊(4-3)輸出反饋調(diào)節(jié)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器，數(shù)據(jù)采集卡選用型號(hào)為AD7202的數(shù)據(jù)采集卡。
7.基于權(quán)利要求5所述一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器的溫度自動(dòng)跟蹤方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、DFB激光器(1)發(fā)射的激光經(jīng)耦合器( 入射至光纖光柵中，光纖光柵反射出來的光束經(jīng)耦合器( 輸出至光電放大器C3)，由光電放大器C3)將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并放大輸出；步驟二、FPGA采集調(diào)節(jié)模塊(4)中的數(shù)據(jù)采集卡(4-1)采集放大后的電信號(hào)，所述放大后的電信號(hào)包括交流分量和直流分量；步驟三、低通濾波器(4- 濾除所述放大后的電信號(hào)的交流分量，輸出直流分量；步驟四、PID調(diào)節(jié)模塊(4- 根據(jù)設(shè)定的靜態(tài)工作點(diǎn)電壓及步驟三獲取的直流分量獲得DFB激光器(1)的內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)的數(shù)字量控制電壓信號(hào)，上述PID調(diào)節(jié)模塊(4- 獲得數(shù)字量控制電壓信號(hào)的過程為按公式
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述光纖光柵電流互感器的溫度自動(dòng)跟蹤方法，其特征在于，步驟四中設(shè)定的靜態(tài)工作點(diǎn)電壓Ut = 5V。
全文摘要
一種具有溫度自動(dòng)跟蹤功能的光纖光柵電流互感器及溫度自動(dòng)跟蹤方法，屬于光電領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有為剔除對(duì)FBG隨溫度漂移的影響，采用配置額外光纖光柵，這種方案增加了系統(tǒng)的成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性的問題。本發(fā)明包括DFB激光器、耦合器、光電放大器、FPGA采集調(diào)節(jié)模塊、D/A轉(zhuǎn)換器和激光器溫控電路，DFB激光器發(fā)射的激光經(jīng)耦合器入射至光纖光柵中，光纖光柵反射出來的光束經(jīng)光電放大器放大后，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)給FPGA采集調(diào)節(jié)模塊，F(xiàn)PGA采集調(diào)節(jié)模塊對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，輸出控制電壓命令，通過激光器溫控電路控制DFB激光器的內(nèi)部溫度，使DFB激光器的中心波長隨光纖光柵的波長同步漂移。
文檔編號(hào)G01R15/24GK102539874SQ201210015929
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者劉杰, 張偉超, 蔣亮, 趙洪 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)