溫度干擾下光纖電流互感器中電流解調(diào)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(dǎo)出二者單獨(dú)以及同時(shí)受溫度影響的光纖電流互感器的理論輸出模型，對比傳統(tǒng)的電流解調(diào)公式，得到單獨(dú)以及同時(shí)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(diào)公式，理論上修正后的電流解調(diào)公式可以減小系統(tǒng)測量精度的溫度漂移問題。

關(guān)鍵詞：傳感光纖；四分之一波片；雙折射；溫度效應(yīng)

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(yōu)點(diǎn)，然而它卻遲遲未能廣泛商用的一個(gè)重要原因便是測量溫度漂移以及其導(dǎo)致的不能長期穩(wěn)定運(yùn)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(tǒng)的影響，提出采用低雙折射材料來降低系統(tǒng)的溫度漂移。北京航空航天大學(xué)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(gè)關(guān)鍵器件，利用瓊斯矩陣推導(dǎo)出系統(tǒng)檢測的信號強(qiáng)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(tǒng)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(tǒng)的溫度特性；光纖電流互感器作為一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)光路中的主要誤差來源有起偏器、相位調(diào)制器、光纖四分之一波片以及傳感光纖，其中光學(xué)四分之一波片與傳感光纖受溫度影響最大[3]，也是導(dǎo)致系統(tǒng)測量溫度漂移的主要因素，所以我們重點(diǎn)研究光纖四分之一波片和傳感光纖非理想情況下對系統(tǒng)輸出的影響。

2 光纖電流互感器的數(shù)學(xué)模型

對于光纖電流互感器，我們利用瓊斯矩陣來分析整個(gè)系統(tǒng)的輸出，在理想的情況下，系統(tǒng)中各個(gè)器件的利用瓊斯矩陣來表達(dá)，且假設(shè)輸入光的瓊斯矩陣為：則由輸入光依次經(jīng)過的系統(tǒng)中各個(gè)部分的順

傳統(tǒng)的電流解調(diào)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(nèi)雙折射變化對系統(tǒng)精度造成的影響，因此在不同的溫度下由其解調(diào)出來的電流大小和實(shí)際電流大小有一定的偏差，導(dǎo)致了系統(tǒng)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(diào)公式修正

由于傳統(tǒng)電流解調(diào)公式導(dǎo)致的系統(tǒng)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(tǒng)的電流解調(diào)公式進(jìn)行修正。首先我們單獨(dú)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(tǒng)輸出光強(qiáng)變化，因此將（3）式進(jìn)行貝塞爾展開，得到：

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

參考文獻(xiàn)：

[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(xué)學(xué)術(shù)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(xué)技術(shù)，2006，8（32）：218-220.

[4]裴煥斗.全光纖電流互感器信號處理系統(tǒng)研究[D].中北大學(xué)，2010.