【CN109696577A】一种集成温度监测的光纤电流传感器及其测量方法【专利】

所述光纤温度传感模块集成在光纤电流传感模块之上，并且与光纤电流传感模块共用 光源模块，用于采集光纤工作温度信息，同时将温度信息传送至信号处理模块；
所述信号处理模块包括电流信号处理子模块和温度信号处理子模块，所述电流信号处 理子模块连接光纤电流传感模块，接收并处理待测导线电流信息，获得待测导线电流初值， 温度信号处理子模块连接光纤温度传感模块，接收并处理工作温度信息，获得工作温度值， 输出温度监测结果；所述电流信号处理子模块同步接收温度信号处理子模块输出的工作温 度值，对待测导线电流初值进行补偿运算后输出精确的电流值。
2 .根据权利要求1所述的一种集成温度监测的光纤电流传感器，其特征在于：所述光源 模块包括宽带光源(1)。
3 .根据权利要求1所述的一种集成温度监测的光纤电流传感器，其特征在于：所述光纤 电流传感模块采用反射式Sagnac干涉型电流传感器。
4 .根据权利要求3所述的一种集成温度监测的光纤电流传感器，其特征在于：所述光纤 温度传感模块采 用光纤光栅温度传感器 ，集成于所述光纤电 流传感器上 ，并且共 用光源模 块。
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CN 109696577 A
说 明 书
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一种集成温度监测的光纤电流传感器及其测量方法
技术领域 [0001] 本发明涉及光纤电流传感器技术领域，具体涉及一种集成温度监测的光纤电流传 感器及其测量方法。
背景技术 [0002] 在电力系统中，需要测定电流、温度等参数，由于传统的电磁式传感器易受电磁场 的干扰，无法在这类场合中使用，而光纤传感器普遍具有体积小、重量轻、可绕性好、绝缘性 好、抗电 磁干扰能 力强等优点 ，在高压、高温 、腐蚀 、电 气噪 声等环境下也有着不错的效果 ， 所以光纤传感器倍受电力行业的青睐。 [0003] 光纤电流传感器是采用光纤作为敏感元件进行传感的一种电流传感器。其工作原 理是将传感光纤缠绕 在待测导线上 ，根据法拉 第磁光效应 ，导线中电 流产生的 磁场将使光 纤对左旋和右旋偏振光的折射率不同 ，通过传感光纤后产生相位差 ，从而实现对电 流的 测 量。 [0004] 在1996年J .Blake教授等人发表的《In-Line Sagnac Interferometer Current Sensor》一文中 ，介绍了一种从Sagnac环结构中演变出来的反射式Sagnac干涉型电 流传感 器。这种光纤电 流传感器对振动和转动不敏感 ，同时 消除 了大部分因温度变化 和光纤附 加 线性双折射带来的相位误差，简化了系统的结构，提高了系统的精确性，使光纤电流传感器 具有了更强的实 用性。但是在实际的 应 用中 ，光纤线路布置在室外 ，四季、昼夜温度的起伏 会对传感线圈部分的温度特性有着一定程度的影响。在现有的光纤制备工艺和安装操作条 件下 ，光纤中本就含有附 加线性双折射 ，当温 度变化时 ，光纤中的 线性双折射又会随之变 化，使得本就微小难测的法拉第相移会因为温度的变化而变得更加难以准确测量。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910001721 .7
(22)申请日 2019 .01 .02
(71)申请人 国网江苏省电力有限公司 地址 210024 江苏省南京市鼓楼区上海路 215号 申请人 国网江苏省电力有限公司检修分公 司 南京大学
CN 109696577 A
CN 109696577 A种集成温度监测的光纤电流传感器，其特征在于：包括光源模块、光纤电流传感模 块、光纤温度传感模块以及信号处理模块；
所述光源模块 与光纤电 流传感模块光连接 ，提供光源 ，所述光纤电 流传感器 测量待 测 导线电流信息，并将电流信息传送至信号处理模块；
(74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249
代理人 陈建和
权利要求书1页 说明书4页 附图3页
( 54 )发明 名称 一 种集成温 度监 测的 光纤电 流 传感器 及其
测量方法 ( 57 )摘要
本发明公开了一种集成温度监测的光纤电 流传感器及其 测量方法 ，装置包括光源模块 、光 纤电流传感模块、光纤温度传感模块以及信号处 理模块 ，所述光源模块提供 测试光源 ；所述光纤 电 流传感模块 和光纤温 度传感模块分 别采集并 处理待测导线的电流信息和温度信息，并传输至 信号处理模块；所述信号处理模块包括电流信号 处理子模块和温度信号处理子模块，分别接收并 处理待测导线电流信息及工作温度信息，电流信 号处理子模块同步接收工作温度信息，对电流初 值进行补偿计算后输出精确的电流值。本发明提 供的测量方法完全基于上述装置，解决了由于忽 略 温 度波 动导致的 光纤电 流 传感器 测量精度及 可靠性差的 难题 ，同时可以 达到节省制作成本 ， 故障报警的目的。
5 .一种采用权利要求1所述的一种集成温度监测的光纤电流传感器测量电流的方法， 其特征在于，包括以下步骤：
1)光纤电流传感模块采集待测导线电流信息，光纤温度传感模块采集工作温度信息； 2)电 流 信号处理子模块接收并处理待 测导线电 流 信息 ，获得电 流初值 ，温 度信号处理 子模块接收并处理工作温度信息，获得并输出工作温度值； 3)电流信号处理子模块同步接收工作温度值，对电流初值进行补偿计算后输出精确的 电流值。 6 .根据权利要求5所述的一种测量电流的方法，其特征在于：所述步骤2)中温度信号处 理子模块获得工作温度值采用的函数表达式为： ΔλB＝CTΔT (1) 式(1)中，ΔλB为光纤光栅中心波长变化值，CT为温度系数，ΔT为温度变化值。 7 .根据权利要求5所述的一种测量电流的方法，其特征在于：所述步骤2)中电流信号处 理子模块获得电流初值采用的函数表达式为：
(10)申请公布号 CN 109696577 A (43)申请公布日 2019.04.30
(51)Int .Cl . G01R 15/24(2006 .01) G01K 11/32(2006 .01)
(72)发明人 邓洁清 汤晓峥 宋跃江 方乐 魏旭 范忠 喻春雷 张祥 施琳 施纪栋 刘一丹 张亚飞 李然 何茂慧 张靖宁 冯轩 王瑶 徐伟弘
其中，I为待测导线中电流初值， 为法拉第相移，V是Verdet常数，N是传感光纤线圈的 匝数。
8 .根据权利要求5所述的一种测量电流的方法，其特征在于：所述步骤3)中电流信号处 理子模块对电流初值进行补偿计算的表达式为：
1/V·ΔV/ΔT＝0 .7×10-4/℃ (3)
其中，V是室温状态下的Verdet常数，ΔV是Verdet常数变化量，ΔT是温度变化量。