温度干扰下光纤电流互感器中电流解调公式修正

陈春艳

摘 要：由考虑相位延迟的光纤四分之一波片以及存在双折射的传感光纤的琼斯矩阵分别推导出二者单独以及同时受温度影响的光纤电流互感器的理论输出模型，对比传统的电流解调公式，得到单独以及同时针对四分之一波片相位延迟和传感光纤双折射的修正的电流解调公式，理论上修正后的电流解调公式可以减小系统测量精度的温度漂移问题。

关键词：传感光纤；四分之一波片；双折射；温度效应

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

1 引言

光纤电流互感器具有众多优点，然而它却迟迟未能广泛商用的一个重要原因便是测量温度漂移以及其导致的不能长期稳定运行的问题， 1995年，西门子的Peter Menke 和Thomas Bosselmann [1]通过理论分析传感头双折射对系统的影响，提出采用低双折射材料来降低系统的温度漂移。北京航空航天大学的姜中英、张春熹等人[2]研究了影响光纤电流互感器测量精度的两个关键器件，利用琼斯矩阵推导出系统检测的信号强度与波片的相位延迟角度以及传感光纤中线性双折射对系统输出的影响，通过改善波片的材料与减小传感光纤的线性双折射并加入大量的圆双折射，从而改善系统的温度特性；光纤电流互感器作为一个系统，该系统光路中的主要误差来源有起偏器、相位调制器、光纤四分之一波片以及传感光纤，其中光学四分之一波片与传感光纤受温度影响最大[3]，也是导致系统测量温度漂移的主要因素，所以我们重点研究光纤四分之一波片和传感光纤非理想情况下对系统输出的影响。

2 光纤电流互感器的数学模型

对于光纤电流互感器，我们利用琼斯矩阵来分析整个系统的输出，在理想的情况下，系统中各个器件的利用琼斯矩阵来表达，且假设输入光的琼斯矩阵为：则由输入光依次经过的系统中各个部分的顺

傳统的电流解调公式并未考虑温度变化引起的四分之一波片相位延迟与传感光纤内双折射变化对系统精度造成的影响，因此在不同的温度下由其解调出来的电流大小和实际电流大小有一定的偏差，导致了系统测量精度的温度漂移问题。

4.2 针对光纤四分之一波片的解调公式修正

由于传统电流解调公式导致的系统测量精度的温度漂移问题，因此，我们考虑不同温度下的四分之一波片相位延迟与传感光纤双折射，以此来对传统的电流解调公式进行修正。首先我们单独考虑光纤四分之一波片相位延迟受到温度变化的影响从而使得系统输出光强变化，因此将（3）式进行贝塞尔展开，得到：

由式（26）可以看出通过实时的光纤四分之一波片相位延迟值算出α-β的大小，再根据ω、δ随温度变化的实时值就可以得到待测电流的实时值I了。

参考文献：

[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，张春熹，冯丽爽，王夏霄.光纤电流互感器的温度特性研究[C].全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集， 2005

[3] 姜中英，张春熹，徐宏杰，王夏霄.线性双折射对光纤电流互感器影响的研究[J]. 光学技术，2006，8（32）：218-220.

[4]裴焕斗.全光纤电流互感器信号处理系统研究[D].中北大学，2010.