溫度干擾下光纖電流互感器中電流解調公式修正

陳春艷

摘 要：由考慮相位延遲的光纖四分之一波片以及存在雙折射的傳感光纖的瓊斯矩陣分別推導出二者單獨以及同時受溫度影響的光纖電流互感器的理論輸出模型，對比傳統的電流解調公式，得到單獨以及同時針對四分之一波片相位延遲和傳感光纖雙折射的修正的電流解調公式，理論上修正后的電流解調公式可以減小系統測量精度的溫度漂移問題。

關鍵詞：傳感光纖；四分之一波片；雙折射；溫度效應

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.147

1 引言

光纖電流互感器具有眾多優點，然而它卻遲遲未能廣泛商用的一個重要原因便是測量溫度漂移以及其導致的不能長期穩定運行的問題， 1995年，西門子的Peter Menke 和Thomas Bosselmann [1]通過理論分析傳感頭雙折射對系統的影響，提出采用低雙折射材料來降低系統的溫度漂移。北京航空航天大學的姜中英、張春熹等人[2]研究了影響光纖電流互感器測量精度的兩個關鍵器件，利用瓊斯矩陣推導出系統檢測的信號強度與波片的相位延遲角度以及傳感光纖中線性雙折射對系統輸出的影響，通過改善波片的材料與減小傳感光纖的線性雙折射并加入大量的圓雙折射，從而改善系統的溫度特性；光纖電流互感器作為一個系統，該系統光路中的主要誤差來源有起偏器、相位調制器、光纖四分之一波片以及傳感光纖，其中光學四分之一波片與傳感光纖受溫度影響最大[3]，也是導致系統測量溫度漂移的主要因素，所以我們重點研究光纖四分之一波片和傳感光纖非理想情況下對系統輸出的影響。

2 光纖電流互感器的數學模型

對于光纖電流互感器，我們利用瓊斯矩陣來分析整個系統的輸出，在理想的情況下，系統中各個器件的利用瓊斯矩陣來表達，且假設輸入光的瓊斯矩陣為：則由輸入光依次經過的系統中各個部分的順

傳統的電流解調公式并未考慮溫度變化引起的四分之一波片相位延遲與傳感光纖內雙折射變化對系統精度造成的影響，因此在不同的溫度下由其解調出來的電流大小和實際電流大小有一定的偏差，導致了系統測量精度的溫度漂移問題。

4.2 針對光纖四分之一波片的解調公式修正

由于傳統電流解調公式導致的系統測量精度的溫度漂移問題，因此，我們考慮不同溫度下的四分之一波片相位延遲與傳感光纖雙折射，以此來對傳統的電流解調公式進行修正。首先我們單獨考慮光纖四分之一波片相位延遲受到溫度變化的影響從而使得系統輸出光強變化，因此將（3）式進行貝塞爾展開，得到：

由式（26）可以看出通過實時的光纖四分之一波片相位延遲值算出α-β的大小，再根據ω、δ隨溫度變化的實時值就可以得到待測電流的實時值I了。

參考文獻：

[1]Peter Menke，Thomas Bosselmann. Temperature compensation in magnetooptic AC current sensors using an intelligent AC-DC signal evaluation[J]. Lightwave Technology， Journal of，1995，13（07）：1362-1370

[2]姜中英，張春熹，馮麗爽，王夏霄.光纖電流互感器的溫度特性研究[C].全國第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學學術會議論文集， 2005

[3] 姜中英，張春熹，徐宏杰，王夏霄.線性雙折射對光纖電流互感器影響的研究[J]. 光學技術，2006，8（32）：218-220.

[4]裴煥斗.全光纖電流互感器信號處理系統研究[D].中北大學，2010.