全光纤电流互感器本征频率及光纤长度测量的方法和装置与流程

本发明涉及光纤测量，尤其涉及一种全光纤电流互感器本征频率及光纤长度测量的方法和装置。

背景技术：

1、随着国内智能化变电站的全面建设，光学电流互感器替代传统的电磁式电流互感器是必然的趋势，其中，全光纤电流互感器的应用是必不可少的，其具有动态范围大、测量精度高、线性度好等优点，但是，全光纤电流互感器作为新技术下的革命性产品，其工程应用的精度可靠性的要求越来越高。

2、根据全光纤电流互感器工作原理，调制频率和本征频率不相等时，会产生调制误差，造成干涉信号中产生寄生相位偏置，引起零偏绝对值增加及零偏重复性的劣化。

3、目前在生产中普遍采用的是人工手动利用示波器等设备实现对本征频率的观测，不仅操作复杂、测量效率低下，而且测量精准度较低，受全光纤电流互感器的生产工艺的影响，无法实现对光纤长度的测量，进一步影响了全光纤互感器的工程应用。

技术实现思路

1、本发明提供了一种全光纤电流互感器本征频率及光纤长度测量的方法和装置，以解决现有技术对本征频率的测量时，存在的操作复杂，测量精准度较低，且无法实现对光纤长度测量的问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种全光纤电流互感器本征频率及光纤长度测量的方法，该方法由全光纤电流互感器本征频率及光纤长度测量的装置执行，所述装置包括：上位机、一次系统和二次系统；

3、所述一次系统包括：延迟线和光纤传感环；

4、所述二次系统包括：电气采集模块和光学模块，所述电气采集模块包括：数字信号处理器和可编程逻辑器；所述光学模块包括：sld光源、光纤耦合器、起偏器、相位调制器和光电探测器；

5、所述可编程逻辑器与所述相位调制器、所述sld光源以及所述探测器连接，用于控制所述相位调制器产生相位差；控制所述sld光源发射光信号；

6、所述探测器以及所述sld光源均与所述光纤耦合器连接；所述光纤探测器用于对所述具有初始调制状态的光信号进行测量和探测；

7、所述光纤耦合器与所述起偏器连接，所述起偏器用于将所述光信号形成线偏振光；

8、所述起偏器与所述相位调制器连接，所述相位调制器用于对所述光信号进行调制；

9、所述延迟线连接于所述相位调制器和所述光线传感环之间，所述延迟线用于提供所述光信号传播的路径和延迟时间；

10、所述方法包括：

11、所述上位机发送本征频率测量命令至所述数字信号处理器；

12、所述数字信号处理器初始化参数，并将所述初始化参数发送至可编程逻辑器；所述初始化参数包括：调制周期起点、调制周期结束点、步进和初始光强；

13、所述可编程逻辑器根据所述初始化参数进行n点采样，并将采样值累加求和发送至所述数字信号处理器；

14、所述数字信号处理器进行极值计算并基于所述极值确定本征频率及光纤长度。

15、可选的，在所述数字信号处理器初始化参数，并将所述初始化参数发送至可编程逻辑器之后，还包括：

16、所述可编程逻辑器未接收到初始化参数，则所述上位机重新发送本征频率测量命令至所述数字信号处理器。

17、可选的，所述数字信号处理器初始化参数，并将所述初始化参数发送至可编程逻辑器包括：以预估渡越时间的0.2倍为初始调制周期，以预估渡越时间的1.25倍为结束调制周期，以预估渡越时间的0.01倍为步进，进行调制周期扫描。

18、可选的，所述可编程逻辑器根据所述初始化参数进行n点采样，并将采样值累加求和包括：采用以下公式设定调制周期t＝t+δt,其中，t为调制周期，δt为步进；采用以下公式累加求和其中n为采样点数，pi采样点值，mj为求和值。

19、可选的，所述数字信号处理器进行极值计算并基于所述极值确定本征频率及光纤长度包括：

20、计算光信号第一次经过所述相位调制器叠加的调制信号以及光信号通过反射镜后第二次经过相位调制器后叠加的调制信号；

21、计算不同扫描周期下的所述相位调制器产生的相位差；

22、根据所述相位差计算光功率；

23、根据所述光功率计算极值；

24、根据所述极值计算本征频率及光纤长度。

25、可选的，所述计算光信号第一次经过相位调制器叠加的调制信号以及光信号通过反射镜后第二次经过相位调制器后叠加的调制信号包括：

26、采用以下公式计算光信号第一次经过相位调制器叠加的调制信号：

27、

28、采用以下公式计算光信号通过反射镜后第二次经过相位调制器后叠加的调制信号：

29、

30、其中，t为扫描调制周期，τ为渡越时间，t为时间；

31、所述计算不同扫描周期下的相位调制器产生的相位差包括：采用以下公式计算不同扫描周期下的相位调制器产生的相位差：

32、

33、可选的，所述计算光功率包括：采用以下公式计算光功率：其中，i0为常量，φ为固定相位，也是一个常量，δφ(t)为相位差。

34、可选的，所述计算极值包括：采用以下公式计算极值；

35、当时有最大值，则

36、

37、即

38、其中k0为整数；

39、由本征调制周期t0＝2τ，可得极大值：

40、t0＝2τ＝2k0×t，

41、当时有最小值，则

42、

43、即

44、由本征调制周期t0＝2τ，可得极小值：

45、t0＝2τ＝(2k0+1)×t

46、可选的，所述计算本征频率及光纤长度包括：采用以下公式计算本征频率及光纤长度：

47、由光纤渡越周期频率和周期关系可得本征频率f0大小为：

48、

49、光纤长度l大小为：

50、

51、其中，n为折射率，其值取1.55，c为光在真空中传播速度，其值取2.998×108m/s

52、根据本发明的另一方面，提供了一种全光纤电流互感器本征频率及光纤长度测量的装置，该装置用于执行本发明任意一项所述的全光纤电流互感器本征频率及光纤长度测量的方法，所述装置包括：上位机、一次系统和二次系统；

53、所述一次系统包括：延迟线和光纤传感环；

54、所述二次系统包括：电气采集模块和光学模块，所述电气采集模块包括：光源控制接口、相位调制接口、光电探测接口、数字信号处理器、可编程逻辑器、rj45网络接口和ft3光串口；所述光学模块包括：sld光源、光纤耦合器、起偏器、相位调制器和光电探测器；

55、所述上位机与所述rj45网络接口连接，所述rj45网络接口与所述数字信号处理器连接，所述上位机用于发送本征频率测量命令至数字信号处理器；

56、所述数字信号处理器用于初始化参数，并将所述初始化参数发送至可编程逻辑器；

57、所述可编程逻辑器分别与所述光源控制接口、所述光电探测接口和所述相位调制接口连接，所述可编程逻辑器根据所述初始化参数进行n点采样，并将采样值累加求和发送至所述数字信号处理器；所述光电探测接口用于将所述光信号转换为电信号；所述相位调制接口与所述相位调制器连接，所述相位调制接口用于控制所述相位调制器产生相位差；

58、所述光源控制接口与所述sld光源连接，所述光源控制接口用于控制所述sld光源发射光信号；

59、所述sld光源与所述光纤耦合器连接，所述光纤耦合器用于将所述光源发射的光信号进行耦合；

60、所述光纤耦合器与所述起偏器连接，所述起偏器用于将所述光信号形成线偏振光；

61、所述起偏器与所述相位调制器连接，所述相位调制器用于对所述光信号进行调制；

62、所述相位调制器与所述延迟线连接，所述延迟线用于提供所述光信号传播的路径和延迟时间；

63、所述延迟线与所述光纤传感环连接，所述光纤传感环用于形成具有初始调制状态的光信号；

64、所述光电探测器与所述光电探测接口连接，所述光纤探测器用于对所述具有初始调制状态的光信号进行测量和探测；

65、所述数字信号处理器还用于根据所述采样值累加求和结果进行极值计算，并基于所述极值确定本征频率及光纤长度。

66、本发明实施例提供的技术方案，通过上位机发送本征频率测量命令至数字信号处理器，数字信号处理器初始化参数，并将初始化参数发送至可编程逻辑器，可编程逻辑器根据设定的调制周期起点、调制周期结束点、步进和初始光强启动调制周期扫描，并同时对光强信号进行采集，利用数字信号处理器自动计算光路本征频率及光纤长度。本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比，基于现有的全光纤电流互感器硬件设备，不需要增加辅助测量设备，通过上位机发送本征频率测量命令实现对本征频率的自动测量，无需人工手动利用示波器等设备实现对本征频率的观测，操作简单且有效提升了测量效率，可编程逻辑器根据设定的调制周期起点、调制周期结束点、步进和初始光强启动调制周期扫描，进而实现对光纤本征频率的精准测量，有效提升了测量精度。

67、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。