一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统及测量方法与流程

本发明涉及电流测量，更具体的说是涉及一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统及测量方法。

背景技术：

1、在冶金工业中，电解铝厂的生产过程中，直流电解电流普遍高达300ka。直流单耗作为评价电解铝产品质量和生产企业节能减排水平的重要指标，对企业的生产效率和经济效益具有重大影响。因此，准确测量电解电流对于提高生产效率和降低成本具有重要意义。

2、目前，电解冶金工业中普遍采用的电流测量方法主要有等距压降方法和霍尔传感器方法。然而，这两种方法存在以下局限性：

3、（1）测量精度差：等距压降方法易受线路电阻、接触电阻等因素影响，导致测量精度不高；霍尔传感器方法受外界磁场干扰较大，同样影响测量精度；

4、（2）实时监测能力不足：传统测量方法无法对电解槽状态进行有效实时监测，不利于及时调整工艺过程。

5、因此，如何解决上述问题，满足电解冶金等工业直流电流测量的需，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统及测量方法，用于保证测量精度的同时，有效降低测量成本，减小体积和功耗，提高实时监测能力。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一方面，本申请提供了一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统，该系统包括光纤电流敏感环阵列，阵列中各光纤电流敏感环共同通过1×n路光开关连接至光电信号处理单元；

4、光电信号处理单元，用于产生正交线偏振光，通过偏振转换和反射机制解调敏感环单元测量电流的信号，以及产生时序控制信号，以驱动光开关分时依次连通不同光纤电流敏感环的测量回路，实现n个测量回路的轮询测量。

5、作为优选，1×n路光开关与光电信号处理单元以及光纤电流敏感环阵列之间通过光纤熔接或跳线方式连接。

6、作为优选，1×n路光开关为机械式光开关、电光式光开关或热光式光开关。

7、作为优选，1×n路光开关的路数为4、8、16、32、64或128路。

8、作为优选，光电信号处理单元包括sld光源、分光器、探测器、相位调制器、延迟光纤环，以及信号检测电路板；其中，

9、sld光源与分光器相连，分光器的另一端通过相位调制器连接延迟光纤环，以及通过探测器和信号检测电路板连接相位调制器。

10、作为优选，分光器和相位调制器之间连接有光纤起偏器，相位调制器和延迟光纤环之间连接有保偏耦合器。

11、作为优选，光纤电流敏感环包括依次相连的波片、传感光纤和反射镜组件，反射镜组件与波片柔性对接或固定封装。

12、作为优选，反射镜组件与波片柔性对接时，波片固定于对接盒中，反射镜可拆卸式安装于对接盒中，其中，对接盒中有与反射镜外形匹配的安装槽，用于实现反射镜与波片的对准。

13、作为优选，波片上方设有波片盖板，波片与波片盖板之间有密封垫；对接盒上方设有盒盖板，盒盖板一端与对接盒盒体通过可旋转结构相连，盒盖板与盒体闭合时，通过螺钉固定。

14、另一方面，本申请公开了一种基于光开关的分布式光纤电流测量方法，该方法应用如上任一项所述的基于光开关的分布式光纤电流测量系统，测量步骤包括：

15、s1、将多个光纤电流敏感环通过1×n路光开关共同连接至光电信号处理单元；

16、s2、通过光电信号处理单元产生正交线偏振光和时序控制信号；

17、利用正交线偏振光，通过偏振转换和反射机制解调敏感环单元测量电流的信号，以及通过时序控制信号，驱动光开关分时依次连通不同光纤电流敏感环的测量回路，实现n个测量回路的轮询测量。

18、经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统及测量方法，可有效解决电解冶金等工业场景多点位直流电流准确测量的问题。与现有技术相比，通过引入分光器件，实现了分时复用技术，测量多路电流信号时，可以将光电检测单元的数量从n个降低为1个，在保证电流测量精度的同时，有效降低了测量成本；

19、分光器件可以选择不同的路数，对应不同测量需求，结构灵活，同时也大大减小了测量系统的体积和功耗；

20、同时，本申请柔性连接的光纤电流敏感环具有快拆快装、快速自对准的优点，相对于现有光纤电流敏感单元更加轻便小巧，同时可实现不切断被检测线路的情况下进行测量。

技术特征：

1.一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统，其特征在于，包括光纤电流敏感环阵列，阵列中各光纤电流敏感环共同通过1×n路光开关连接至光电信号处理单元；

2.根据权利要求1所述的一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统，其特征在于，1×n路光开关与光电信号处理单元以及光纤电流敏感环阵列之间通过光纤熔接或跳线方式连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统，其特征在于，1×n路光开关为机械式光开关、电光式光开关或热光式光开关。

4.根据权利要求1所述的一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统，其特征在于，1×n路光开关的路数为4、8、16、32、64或128路。

5.根据权利要求1所述的一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统，其特征在于，光电信号处理单元包括sld光源、分光器、探测器、相位调制器、延迟光纤环，以及信号检测电路板；其中，

6.根据权利要求5所述的一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统，其特征在于，分光器和相位调制器之间连接有光纤起偏器，相位调制器和延迟光纤环之间连接有保偏耦合器。

7.根据权利要求1所述的一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统，其特征在于，光纤电流敏感环包括依次相连的波片、传感光纤和反射镜组件，反射镜组件与波片柔性对接或固定封装。

8.根据权利要求7所述的一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统，其特征在于，反射镜组件与波片柔性对接时，波片固定于对接盒中，反射镜可拆卸式安装于对接盒中，其中，对接盒中有与反射镜外形匹配的安装槽，用于实现反射镜与波片的对准。

9.根据权利要求8所述的一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统，其特征在于，波片上方设有波片盖板，波片与波片盖板之间有密封垫；对接盒上方设有盒盖板，盒盖板一端与对接盒盒体通过可旋转结构相连，盒盖板与盒体闭合时，通过螺钉固定。

10.一种基于光开关的分布式光纤电流测量方法，其特征在于，应用权利要求1-9任一项所述的基于光开关的分布式光纤电流测量系统，测量步骤包括：

技术总结
本发明公开了一种基于光开关的分布式光纤电流测量系统及测量方法，主要通过1×N路光开关连接光电信号处理单元和包含多个光纤电流敏感环形成的阵列，其中光电信号处理单元，用于产生正交线偏振光，通过偏振转换和反射机制解调敏感环单元测量电流的信号，以及产生时序控制信号，以驱动光开关分时依次连通不同光纤电流敏感环的测量回路，实现N个测量回路的轮询测量。本发明通过引入分光器件，可将光电检测单元的数量从N个降低为1个，在保证电流测量精度的同时，有效降低了测量成本。

技术研发人员：张春熹,于佳,许博,陈浩,金彪
受保护的技术使用者：北京率为机电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/26