基于LTC1068光纤电流互感器的二次侧信号处理

摘要 介绍了基于法拉第效应的光纤电流互感器的基本原理，并利用开关电容滤波器LTC1068进行光纤电流互感器二次侧信号处理的设计方法。给出的测试结果表明，利用LTC1068进行二次侧信号的处理方法实用有效，完全满足测量要求。
关键词 LTC1068；光纤电流互感器；法拉第效应；FilterCAD

电流互感器是电力系统不可缺少的部件，随着输电电压和电流等级的不断提高，对电力系统运行的可靠性和测量精确度要求越来越高，传统的电磁式电流互感器由于存在磁滞、磁饱和、绝缘性差、充油易爆炸、质量重等缺点已难以满足测量要求。光纤电流互感器(Fiber Opt ic Current Transducer，FOCT)因其不充油、绝缘性能好、精度高，将成为传统电磁式互感器的替代产品，受到广泛的重视。然而，光纤电流互感器具有光纤陀螺仪等光学传感器所共同面临的随机噪声问题，该问题成为限制光纤电流互感器在电能计量应用的主要要素之一。光纤电流互感器随机噪声来源于光源相干噪声、光源强度噪声、光电探测器散粒噪声、电子器件热噪声、环境噪声、器件老化等各种因素所导致的时变噪声。因此，噪声的抑制成为光纤电流互感器研究最大的问题。目前在光纤电流互感器中抑制噪声的方法主要有：(1)在光路上用退火光纤绕制传感头来降低线性双折射引起的噪声，这种方法的缺点是退火光纤使用寿命较短，不适合长期工作。(2)光电转换后使用传统的运放、电阻及电容搭建高阶滤波器，这种设计方法的缺陷是电路结构复杂，且截止频率的精度完全依赖运放外部的电容及电阻的精度。文中提出一种使用新型开关电容滤波器设计光纤电流互感器滤波电路，这种方法设计简单，且截至频率精度主要取决于外部时钟，容易设计高精度滤波器。

1 法拉第效应的光纤电流互感器原理
基于法拉第效应的光纤电流互感器原理图如图1所示。

法拉第旋光效应的实质是线性偏振光在介质中传播时，光的偏振面在外磁场作用下发生旋转，旋转的角度与磁场强度的大小和在介质中光与磁场发生作用的长度及材料的性质有关。
法拉第磁光效应可描述为

式中，θF为线偏振光的法拉第旋转角；V是费尔德常数；H为电流在光路方向上产生的磁场强度；L为磁光材料中通光路径；μ0为磁导率；N为绕载流导体的光纤圈数，当光路围绕导体一周的闭合路径时N=1。
图1是单光路检测法的原理图。在这种光的检测方案里，光源发出的单色光经起偏器变成线偏振光后进入磁光介质，再经过检偏器进入光电探测器。设检偏器的透光轴与起偏器的透光轴夹角为φ，法拉第旋转角为θF，则探测器接收到的光强J为

根据式(3)可以求得φ±45°。它表明检偏器的方位角为45°时，探测器θF对有最大灵敏度。所以式(2)变成

当转角θF较小时，sin2θF≈2θF。显然，通过探测器测出J即可由式(4)求出旋转角θF，进而得出被测电流的大小。