全光纤电流互感器传感部件的双折射偏振误差分析.DOCVIP

全光纤电流互感器偏振误差分析 王晓琪1，汪本进1，程 虎2 （1.中国电力科学研究院高电压研究所，武汉 430074； 2.华中科技大学光学与电子信息学院，武汉 430074） 摘要：借助琼斯矩阵方法分析并对比了两套具有不同反射镜结构的全光纤电流互感器（AFOCT）系统，计算讨论了系统各传感部件主要参量对零漂、测量准确度的影响。最后，验证了通过对传感光纤引入圆双折射以改善系统输出的方法，并定量给出了为满足IEC60044－8标准中0.2S级测量互感器极限误差而加载的圆双折射具体值。 关键词：全光纤电流互感器；电流误差；零漂；偏振分析 中图分类号: TM452 文献标识码：A 文章编号：1001-1390（2015）00-0000-00 Polarization error analysis of the all fiber optic current Wang Xiaoqi 1，Wang Benjin 1，Cheng Hu 2 （1. High Voltage Department，China Electric Power Research Institute, Wuhan 430074, China；2. School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China） A: We computed and discussed the impact on the all-fiber optic current transformer’s (AFOCT) output characteristic of the sensing components. The zero-drift and measurement deviation of two AFOCT systems with different reflecting mirror are studied. At last, we verify the rationality of a method to eliminate the interference of linear birefringence by applying circular birefringence on the sensing fiber. The retardation of the circular birefringence applied on the 0.2s class sensing fiber to meet the requirement of of IEC60044-8 standard is given. Keywords: all fiber optic current transformer, current deviation, zero-drift, polarization analysis 0 引 言 随着电力系统的电压等级不断升高，传统电磁式电流互感器表现出体积大，重量重，且绝缘性能，动态检测范围难以满足现今需求等问题。相比传统电磁式电流互感器，全光纤电流互感器（AFOCT）测量范围大、精度高、抗干扰性能好，因而在电力工业具有广泛的应用前景。反射式AFOCT通过在传感光纤末端置一反射镜，使信号光往返传输，两次通过光纤环，因而获得成倍的响应度，并避免了机械振动应力致双折射及Sagnac效应[1]。然而光学器件的不完备性会引起偏振光之间的串扰，对系统的测量准确度造成影响。已有的研究结果指出[2]，起偏器消光比、相位调制器误差、波片的非理想特性、传感光纤双折射以及反射镜对轴精度等均会对信号光偏振特性产生磁光效应以外的调制，引起测量结果的零漂和电流误差。此外，采用不同反射元件的反射式AFOCT系统输出干涉表达式不同，所受偏振误差影响的程度也不尽相同。现有的研究往往局限于响应度系数SF（变比）[3-4]，目前尚未有论文分别讨论无信号电流时测量系统的表现，即系统零漂。通常反射式AFOCT系统采用平面反射镜构成直接反射式（Direct Reflection，DR）或采用法拉第旋光反射镜构成正交共轭反射式（Orthoconjugate Reflection，OCR）[5]。本文即针对两种系统，借助琼斯矩阵方法直观地考查系统内传感光纤和反射镜组成的传感模块引入的偏振误差对输出特性的影响，分别讨论偏振误差所引起的零漂和测量准确度，并分析其原因。此方法有效估计不同光路结构AFOCT偏振误差，适当扩展可定量给出消除偏振误差的方法。 1 反射式AFOCT偏振态计算模型