光源功率衰减对闭环光纤电流互感器变比影响研究

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1、第37卷第12期光子学报Vol

2、37No．122O08年l2月ACTAPHOTONICASINICADecember2OO8光源功率衰减对闭环光纤电流互感器变比影响研究张朝阳，张春熹，王夏霄，刘睛晴，马宗峰(北京航空航天大学仪器科学及光学工程学院，北京1Ooo83)摘要：通过分析光源功率、中心波长、传感光纤Verdet常量，以及闭环光纤电流互感器变比之间的关系，结合测试数据，证明了中心波长漂移是光源功率衰减引起闭环互感器变比变化的主要原因．提出了一种通过提取光路干涉结果中直流信息，修正闭环互感器数字输出的方法，实现光源功率衰减引起的互感器变比误差补偿．实验结果表明，在

3、出光功率衰减程度相同的情况下，闭环互感器变比变化量从补偿前的1．53％降低到了补偿后的O．45．关键词：光纤电流互感器；中心波长；Verdet常量；变比误差中图分类号：TM452+．94文献标识码：A文章编号：1()()4—4213(2O08)12—2458—40引言光源在光纤电流互感器中的作用是提供一定波长、一定谱宽、一定功率的光频载波．目前，超辐射发光二极管(SLD)由于其具有输出功率高、光谱宽度宽、短时间相干性和长空间相干性等特点，是光纤电流互感器研制中普遍采用的光源．一般通过温控和恒流驱动两种方法稳定控制SLD出纤功率口]．但是就目前SLD研制水平而言，在长期

4、运行过程中，图1光纤电流互感器原理其出纤功率衰减和中心波长漂移不可避免．一般认Fig．1SchematicDiagramofF0CT为，采用闭环信号检测方案的光纤电流互感器受光方波偏置调制结合阶梯波反馈技术，实现数字闭环源功率变化影响较小口．但是，在作者前期研究实验光纤电流互感器信号检测方案l{]．中，如果光源功率衰减严重，闭环光纤电流互感器变1．1闭环光纤电流互感器变比推导比变化量可达1．5以上，不再能满足电力输变电变比是互感器输出与输入的比值，其稳定性是系统计量或保护应用要求．表征互感器测量准确度的最主要指标．对于闭环互本文通过推导闭环光纤电流互感器变比表达感器系

5、统，光电探测器输出信号表达式为式，得出互感器变比与传感光纤Verdet常量成正Jd一0．5K·L··(1+cos(++s))(1)比．对SID光源参量测试，可知其功率衰减将引起式中：K。是探测器光电转换系数，L为光路损耗，，。中心波长漂移．而根据色散理论和Sel1meir公式，光是光源输出光强，=4NW是Faraday效应相位学介质的Verdet常量与其1二作波长的平方成反比．差(其中，N是传感光纤匝数，是传感光纤Verdet由此揭示了光源功率衰减造成闭环互感器变比变化常量，j是导线中传输电流值)，是反馈调制相移，的机理．在此基础上，提出了一种通过提取干涉结果是方波偏

6、置调制相移．中直流信息，以修正闭环互感器数字输出的光源误当方波偏置相移一±兀／2，且系统满足闭环差补偿方法．条件时，式(1)变为Id—O．5Kp·L·J0·(1+cos(+±兀／2))一1理论分析0．5Kp·L·Jo·(1干sin(十))≈0．5K·L·j。·(1干(+))(2)如图1，本文所述光纤电流互感器采用具有良可见，此时探测器输出包含一个直流分量O．5Kr·好互易性的反射式干涉型光路结构．在数字信号处L·工。，和一个叠加在直流分量上峰一峰为K·L·理单元，借鉴成熟的闭环光纤陀螺信号调理方法，以I。·(+)的方波交流分量．方波分量的周期为Te1：01O一8233

7、9278Email：xybzcy@aspe．buaa．edu．cn2r，r是光在互感器光路中的渡越时间]．经过高通收稿日期：2()07一O83O滤波器隔直后，仅保留交流分量，再经A／D转换器12期张朝阳，等：光源功率衰减对闭环光纤电流互感器变比影响研究送人数字信号处理单元．在数字信号处理单元中，应式中：是与C、C有关的常量，是入射光的波长．用相关解调技术]，以前后半周期相减结果作为交通常，折射率随波长的变化较小．所以上式流分量的解调信息△中的折射率可以近似看作常量，故Verdet常量与△一0．5K·L·0·(+R)一(一0．5K·L·波长的平方成反比．例如普通二氧化硅

8、光纤的Jo·(F+R))一K。L·o‘(F+R)(3)Verdet常量在633nm波长为4．65×10rad／A，对解调信息△作累加积分，得到反馈数字阶梯而在131Onm波长下约为1．10×1Orad／A．波台阶高度S。，S。经D／A转换及其辅助电路后1．3光源功率衰减对互感器变比的影响产生输出电压，以驱动集成光学相位调制SLD光源在长期工作过程中，出光功率衰减是器，产生反馈相移．由于D／A转换及其辅助电路不可避免的．就目前SLD研制水平，其出纤功率衰可看作一个比例环节，故S。和成线性关系．又减的同时，必然伴随着光源中心波长的漂移．表1是因为当系统满