延迟线长度对全光纤光学电流互感器的影响

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法拉第效应是一种磁致圆双折射效应,它反映出磁场对光波进行的调制。全光纤光学电流互感器正是利用电流产生磁场会对光的偏振平面进行旋转这一效应,通过光电转换检测偏振干涉的光强,并从中解调出法拉第相移,最终得到电流大小。尽管这种互感器尚存在长期运行测量值漂移、挂网运行时间较少等缺点,但是其体积小、质量轻、无饱和现象、准确性高、动态范围大、安全性高等特点使人们依然像几十年前一样以极大的兴趣关注并投入精力研究。  在典型的串联型全光纤光学电流互感器结构中,延迟线是连接四分之一波片、光纤传感头、反射镜等元件的光学模块与光源、光电检测器与相位调制器等元件的电气模块的保偏光纤连接线。一方面,从光源出射并被起偏的偏振光需要通过延迟线进入传感环一侧;另一方面,受到电流激发的磁场作用、携带法拉第相移的光束需要利用延迟线返回电气模块一侧,因此延迟线是维持光路正常运行的重要基本光学元件。在变电站应用实例中,光学模块往往需要安装在绝缘柱上端,位于高处与高压环境;电气模块则可能处于监控室或较低位置且均为低压环境。对于互感器一类的电站设备,由于现场安装条件、工作环境有着极大的不同,因此可能需要不同长度的延迟线以满足特定需求。但是不同的延迟线长度会使得传输其中光波的光程发生改变,从而经历正弦相位调制的时刻会有所不同,在采用一次谐波除以峰值(Peak-Divide)解调法时,尺度因子将发生变化,最终产生解调误差。  本文将首先利用琼斯矩阵法推导出典型反射式光学电流互感器结构的理想系统输出光强,再利用一次谐波除以峰值光强算法计算解调相移,最后利用不同延迟线长度、所处温度带来的变化进行仿真,并对得出结果进行分析。仿真结果表明:当延迟线长度与调制圆频率不匹配时将使得尺度因子发生变化,其峰值变化量随延迟线长度偏移量增加而增加,因此延迟线长度变化量最好限制在与调制圆频率匹配长度的50m范围内,否则尺度因子的变化将超过0.2%;此外,环境温度变化也会引起光束在延迟线中光程发生改变,但对尺度因子的影响不明显。
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