CN101430347A - 一种集磁反馈型光纤电流传感器 - Google Patents

一种集磁反馈型光纤电流传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN101430347A
CN101430347A CNA2008101550408A CN200810155040A CN101430347A CN 101430347 A CN101430347 A CN 101430347A CN A2008101550408 A CNA2008101550408 A CN A2008101550408A CN 200810155040 A CN200810155040 A CN 200810155040A CN 101430347 A CN101430347 A CN 101430347A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
magneto
tickler
feedback
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2008101550408A
Other languages
English (en)
Inventor
鲍丙豪
张金卫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CNA2008101550408A priority Critical patent/CN101430347A/zh
Publication of CN101430347A publication Critical patent/CN101430347A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

本发明属于传感技术领域，涉及一种集磁反馈型光纤电流传感器及其制作方法。所说的集磁反馈型光纤电流传感器，包括光纤、自聚焦透镜、起偏器、磁光晶体、检偏器和集磁环。集磁环上设置有反馈线圈，反馈线圈与信号处理电路相连。本发明通过在集磁环上绕反馈线圈，使测量系统成为一个闭环系统，提高了传感器的线性测量范围、线性度、温度稳定性及动态特性指标，大大提高了光纤电流传感器的长期稳定性。

Description

一种集磁反馈型光纤电流传感器
技术领域
本发明涉及的是一种光纤电流传感器(OCT)，特别是集磁式磁光晶体光纤电流传感器(MOCT)的制作方法。属于传感技术领域。
技术背景
伴随着光导纤维和光纤通讯技术的发展，光纤电流传感器(OCT)出现了，它给高电压、大电流的测量带来了生机，人们称它们为电力测量领域中的更新换代的产品。它具有的优点有：抗电磁干扰、电绝缘性能好、体积小、测量频带宽等。国外OCT的发展比较早，有一些OCT已经挂网运行，并取得了较好的测量结果；国内该方面的研究起步较晚，但发展速度较快，有些种类的OCT已经处于挂网运行阶段，但大多数较复杂的OCT还处于研究开发阶段，目前的研究工作主要在高等院校和研究所。
对基于磁光晶体的光纤电流传感器近年来研究较多。近几年的有：西北工业大学的王美蓉等人(《用于光纤电流传感器的BGO晶体磁光特性研究》发表于《光子学报》，2006年1月第1期。)；电子科技大学的李立芳、刘永智等在2007年第10期《仪表技术与传感器》上报道了“集磁型光纤电流传感器”。然而，由于常规的光纤电流传感器的磁光晶体材料几何结构、磁光晶体材料的费尔德(Verdet)常数以及其内部线性双折射等对外界环境(如温度、振动等)的变化相当敏感，因此在很多恶劣的环境下，它的长期稳定性很难得到保证，这也阻碍了MOCT在电力系统中的普及与应用。从陈金玲，李红斌等于2006.11(21)发表在《电力系统自动化》杂志上的“.比较式光学电流互感器的信号解调”及李红斌，刘延冰.于2004.6(6)发表在《光子学报》上的“基于比较测量法的光学电流互感器”的论文来看，华中科技大学李红斌等在2004年和2006年曾提出过采用比较的方法来提高MOCT的长期稳定性，这种比较式的MOCT必须引入一个参考磁场，通常是永磁体产生的磁场，这就带来了一个新的问题，永磁体的磁场不够稳定，所以势必会影响传感器的最终性能。
本发明提出采用反馈型磁光晶体光纤电流检测传感器，目的在于提高解决传感器的稳定性问题，它是采用反馈线圈进行反馈补偿控制，从而形成闭环结构的光纤电流传感器。
发明内容
本发明公开一种带有集磁环且采用闭环控制的光纤电流传感器。该集磁反馈型光纤电流传感器是一个系统，包括集磁反馈型光纤电流传感器的传感头结构设计、对集磁反馈型光纤电流传感器的传感头输出信号的解调和对集磁反馈型光纤电流传感器进行反馈控制的方法。
本发明所述的集磁反馈型光纤电流传感器，基于Faraday原理，设计成常用的单光路检测方法，来实现对信号的调制，集磁型光纤电流传感器中集磁环的作用是汇聚磁场，这些是本发明和传统设计的共有结构。我们的传感器不同之处在于，引入的集磁环除了与传统设计所共有的汇聚磁场作用外，另一主要作用是利用它来引入反馈。通过在集磁环上绕反馈线圈，使之在磁光晶体处产生一个与被测电流产生的磁场方向相反的磁场，从而使传感器始终在偏置磁场附近的一个小区域内工作，避免了单一使用集磁环容易磁饱和等问题，同时提高了传感器的线性测量范围、线性度、温度稳定性及动态特性指标。
本发明所述的集磁反馈型光纤电流传感器，包括光纤、自聚焦透镜、起偏器、磁光晶体、检偏器和集磁环，其特征在于，集磁环上设置有反馈线圈，反馈线圈与信号处理电路相连。由于设置了反馈线圈，在磁光晶体处有两个方向相反的磁场，一个是被测电流产生的磁场H1，另一个是反馈线圈产生的磁场H2。测量时，被测电流I1穿过传感器集磁环的中心。通电后，被测电流I1会在磁光晶体处产生一个磁场H1，而反馈线圈通过集磁环的作用，将会在磁光晶体处产生另一个磁场H2。
本发明所述的集磁反馈型光纤电流传感器，反馈线圈中的电流由一个电压/电流转换电路得到，信号处理步骤是这样的：
(1)接收与信号调理单元
从磁光晶体出来的被调制后的光束经检偏器检偏后，经一个光电转换电路，转换成电压信号。为了使被测电流为零时，电路输出为零，设计了一个差动放大电路，去除本底失调电压。
(2)反馈单元
信号调理单元的输出信号，经电压/电流转换电路，把电压信号转换成电流信号I2送入反馈线圈，使之产生一个反馈磁场H2，通过调节电流I2的流向来控制这个反馈磁场H2的方向，使之与H1的方向相反，它会根据设计的反馈系数大小产生与H1相互抵消的一部分磁场，从而使传感器始终工作在零磁场附近，实现了对传感器的闭环控制。
(3)信号输出单元
传感器的输出通过在反馈线圈部分接一个取样电阻，从而得到反馈电流在该取样电阻上的电压，作为传感器的输出电压。
本发明具体制作方法的步骤：
1.把所有光学元件包括光纤、自聚焦透镜、起偏器、磁光玻璃和检偏器用胶水粘接，其方法如下：把光纤固定于自聚焦透镜的一端，自聚焦透镜的另一端耦合至起偏器；将带有光纤的起偏器的另一侧粘贴于与磁光玻璃轴向垂直的其中一侧面；另一个与磁光玻璃轴向相垂直的侧面粘接一个检偏器；检偏器的另一侧面和第二个自聚焦透镜相连；将输出光纤固定于第二个自聚焦透镜的输出端。按附图1中的结构粘好。
2.用漆包线在集磁环上绕反馈线圈
3.将绕有反馈线圈的集磁环安放在磁光玻璃一侧，并与磁光玻璃处于同一个水平面，以便使磁光玻璃处的磁场延期轴线方向。
4.把反馈线圈的两端接入预先搭建的信号处理电路中去(需注意：反馈线圈产生的磁场要与被测电流产生的磁场方向相反)。
检测时，将装载被测电流的导线穿于集磁环中间。
本发明与现有技术相比具有如下优点：与现有的集磁型磁光晶体式光纤电流传感器相比，不容易发生磁饱和；不易受外界环境的干扰；线性度高，线性测量范围大；结构简单；无需用除法器，信号解调方便；传感器的长期稳定性好。
说明书附图
图1是集磁反馈型光纤电流传感器的传感头结构。图中1光源，2光纤，3自聚焦透镜，4起偏器，5磁光玻璃，6检偏器，7自聚焦透镜，8光纤，9光电探测器，10被测电流，11反馈线圈，12集磁环。
附图2集磁反馈型光纤电流传感器的系统框图
附图3本发明具体实施例子得到的实验结果。
具体实施方式
实施例1：
按以下步骤制作集磁反馈型光纤电流传感器：
(1)把光纤、自聚焦透镜、起偏器、磁光玻璃和检偏器用胶水粘接，具体是：把光纤2固定于自聚焦透镜3的一端，自聚焦透镜3的另一端耦合至起偏器4；将带有光纤的起偏器4的另一侧粘贴于与磁光玻璃5轴向垂直的其中一侧面；另一个与磁光玻璃5轴向相垂直的侧面粘接一个检偏器6；检偏器6的另一侧面和第二个自聚焦透镜7相连；将输出光纤8固定于第二个自聚焦透镜7的输出端；
(2)用漆包线在集磁环12上绕反馈线圈11
(3)将绕有反馈线圈11的集磁环12安放在磁光玻璃5一侧，并与磁光玻璃5处于同一个水平面；
(4)把反馈线圈11的两端接入预先搭建的信号处理电路中去。
传感器的传感头结构如图1，光纤2、自聚焦透镜3、起偏器4、磁光晶体5、检偏器6、自聚焦透镜7、光纤8依次相连，绕有反馈线圈11的集磁环12安放在磁光玻璃5一侧，并与磁光玻璃5处于同一个水平面。工作时，被测电流10穿过集磁环12的中间，光源1从光纤2输入，从光纤8输出到接收与信号调理单元的光电探测器9。
大电流的测量：集磁反馈型光纤电流传感器测量大电流的具体实施例子。传感头中的详细参数：选用磁光材料Bi4Ge3O12，它的费尔德常数较大，尺寸为13mm×5mm×5mm；光源是工作波长655nm的半导体激光器；集磁环选用坡莫合金材料，外径40mm，内径30mm。集磁反馈型光纤电流传感器的系统框图如图2所示。从磁光晶体出来的被调制后的光束经检偏器检偏后，经一个光电转换电路，转换成电压信号；信号调理单元的输出信号，经电压/电流转换电路，把电压信号转换成电流信号I2送入反馈线圈，使之产生一个反馈磁场H2，通过调节电流I2的流向来控制这个反馈磁场H2的方向，使之与H1的方向相反，它会根据设计的反馈系数大小产生与H1相互抵消的一部分磁场，从而使传感器始终工作在零磁场附近，实现了对传感器的闭环控制；传感器的输出通过在反馈线圈部分接一个取样电阻，从而得到反馈电流在该取样电阻上的电压，作为传感器的输出电压。测量结果如图3。

Claims (4)

1、一种集磁反馈型光纤电流传感器，包括光纤、自聚焦透镜、起偏器、磁光晶体、检偏器和集磁环，其特征在于，集磁环上设置有反馈线圈，反馈线圈与信号处理电路相连。
2、根据权利要求1所说的集磁反馈型光纤电流传感器，其特征在于，所说的信号处理电路由接收与信号调理单元、反馈单元和信号输出单元构成；
接收与信号调理单元：通过光电探测器接收从磁光晶体出来的经检偏器检偏后的光束，经一个光电转换电路，转换成电压信号；
反馈单元：信号调理单元的输出信号，经电压/电流转换电路，把电压信号转换成电流信号I2送入反馈线圈，使之产生一个反馈磁场H2，通过调节电流I2的流向来控制这个反馈磁场H2的方向，使之与H1的方向相反，它会根据设计的反馈系数大小产生与H1相互抵消的一部分磁场，从而使传感器始终工作在零磁场附近，实现了对传感器的闭环控制；
信号输出单元：传感器的输出通过在反馈线圈部分接一个取样电阻，从而得到反馈电流在该取样电阻上的电压，作为传感器的输出电压。
3、根据权利要求1所说的集磁反馈型光纤电流传感器，其特征在于，所说的磁光晶体是Bi4Ge3O12。
4、一种制备权利要求1所述的集磁反馈型光纤电流传感器方法，其特征在于：
(1)把光纤、自聚焦透镜、起偏器、磁光玻璃和检偏器进行粘接，具体是：把光纤固定于自聚焦透镜的一端，自聚焦透镜的另一端耦合至起偏器；将带有光纤的起偏器的另一侧粘贴于与磁光玻璃轴向垂直的其中一侧面；另一个与磁光玻璃轴向相垂直的侧面粘接一个检偏器；检偏器的另一侧面和第二个自聚焦透镜相连；将输出光纤固定于第二个自聚焦透镜的输出端；
(2)采用集磁环，并在集磁环上制作反馈线圈
(3)将绕有反馈线圈的集磁环安放在磁光玻璃一侧，并与磁光玻璃处于同一个水平面；
(4)把反馈线圈的两端接入信号处理电路中。
CNA2008101550408A 2008-10-24 2008-10-24 一种集磁反馈型光纤电流传感器 Pending CN101430347A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2008101550408A CN101430347A (zh) 2008-10-24 2008-10-24 一种集磁反馈型光纤电流传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2008101550408A CN101430347A (zh) 2008-10-24 2008-10-24 一种集磁反馈型光纤电流传感器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101430347A true CN101430347A (zh) 2009-05-13

Family

ID=40645860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2008101550408A Pending CN101430347A (zh) 2008-10-24 2008-10-24 一种集磁反馈型光纤电流传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101430347A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102156210A (zh) * 2011-03-28 2011-08-17 哈尔滨工业大学 基于集磁环结构的全光纤差流监测装置
CN102162820A (zh) * 2010-02-12 2011-08-24 阿尔卑斯绿色器件株式会社 电流传感器及具备该电流传感器的蓄电池
CN102539873A (zh) * 2012-01-10 2012-07-04 中国科学院西安光学精密机械研究所 光纤电流传感器线圈及光纤电流传感器
CN103163352A (zh) * 2013-03-21 2013-06-19 哈尔滨工业大学 一种混合式光学电流互感器及其实现自校正测量的方法
WO2014014495A1 (en) * 2012-07-19 2014-01-23 Optisense Network, Llc Optical sensor assembly for installation on a current carrying cable
US9134344B2 (en) 2009-10-28 2015-09-15 Gridview Optical Solutions, Llc. Optical sensor assembly for installation on a current carrying cable
US9146358B2 (en) 2013-07-16 2015-09-29 Gridview Optical Solutions, Llc Collimator holder for electro-optical sensor
US9535097B2 (en) 2012-07-19 2017-01-03 Gridview Optical Solutions, Llc. Electro-optic current sensor with high dynamic range and accuracy
CN106706992A (zh) * 2016-11-30 2017-05-24 哈尔滨理工大学 采用偏振检测法的闭环反馈式全光纤电路互感器
CN115524520A (zh) * 2022-10-31 2022-12-27 南方电网数字电网研究院有限公司 磁屏蔽装置和电流传感器

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9134344B2 (en) 2009-10-28 2015-09-15 Gridview Optical Solutions, Llc. Optical sensor assembly for installation on a current carrying cable
CN102162820A (zh) * 2010-02-12 2011-08-24 阿尔卑斯绿色器件株式会社 电流传感器及具备该电流传感器的蓄电池
CN102156210A (zh) * 2011-03-28 2011-08-17 哈尔滨工业大学 基于集磁环结构的全光纤差流监测装置
CN102539873A (zh) * 2012-01-10 2012-07-04 中国科学院西安光学精密机械研究所 光纤电流传感器线圈及光纤电流传感器
CN102539873B (zh) * 2012-01-10 2013-12-25 中国科学院西安光学精密机械研究所 光纤电流传感器线圈及光纤电流传感器
US9535097B2 (en) 2012-07-19 2017-01-03 Gridview Optical Solutions, Llc. Electro-optic current sensor with high dynamic range and accuracy
WO2014014495A1 (en) * 2012-07-19 2014-01-23 Optisense Network, Llc Optical sensor assembly for installation on a current carrying cable
US9817038B2 (en) 2012-07-19 2017-11-14 Gridview Optical Solutions, Llc. Electro-optic current sensor with high dynamic range and accuracy
CN103163352A (zh) * 2013-03-21 2013-06-19 哈尔滨工业大学 一种混合式光学电流互感器及其实现自校正测量的方法
CN103163352B (zh) * 2013-03-21 2015-06-10 哈尔滨工业大学 一种混合式光学电流互感器及其实现自校正测量的方法
US9146358B2 (en) 2013-07-16 2015-09-29 Gridview Optical Solutions, Llc Collimator holder for electro-optical sensor
CN106706992A (zh) * 2016-11-30 2017-05-24 哈尔滨理工大学 采用偏振检测法的闭环反馈式全光纤电路互感器
CN106706992B (zh) * 2016-11-30 2019-01-29 哈尔滨理工大学 采用偏振检测法的闭环反馈式全光纤电路互感器
CN115524520A (zh) * 2022-10-31 2022-12-27 南方电网数字电网研究院有限公司 磁屏蔽装置和电流传感器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101430347A (zh) 一种集磁反馈型光纤电流传感器
CN102721847B (zh) 混合式光栅在线测温型全光纤电流互感器及其电流检测方法
CN103592495A (zh) 基于磁流体和多模干涉的全光纤电流传感器及检测方法
CN113945744B (zh) 一种全光纤直流电流互感器温度补偿系统及方法
CN103163352B (zh) 一种混合式光学电流互感器及其实现自校正测量的方法
CN105628174B (zh) 基于偏振切换的光纤f-p传感器振动解调系统和方法
CN203838218U (zh) 一种电子式电流互感器
CN101231311A (zh) 宽频高压智能电阻式电流传感器
CN103163351B (zh) 一种三相共用光源的光学电压传感器
CN113203889B (zh) 一种基于磁致伸缩效应的高压线路电流光学测量装置
CN1540355A (zh) 反射式萨格奈克干涉仪型全光纤电流互感器
CN101285853A (zh) 宽频高压智能电阻分压式电压传感器
CN102269802B (zh) 一种光纤干涉型磁传感器探头
CN102156214A (zh) 一种双光路泄漏电流光纤传感器装置
CN103344812A (zh) 温度补偿的磁光电流传感器
CN102156212B (zh) 磁力耦合式光纤光栅大电流测量方法及装置
CN2638071Y (zh) 反射式萨格奈克干涉仪型全光纤电流互感器
CN203299254U (zh) 反馈平衡式光纤电流互感器
CN103245815A (zh) 反馈平衡式光纤电流互感器
CN102608380B (zh) 自感应光电混合式电流互感器
CN109946511B (zh) 一种集成光波导电功率传感芯片及其构建的测量系统
CN102436995A (zh) 应用于行波管程控高压电源的霍尔高压检测控制方法
CN113063983B (zh) 一种基于磁致伸缩效应的三相高压线路电流光学测量装置
CN111562422A (zh) 无源电子式电流互感器
CN108828493A (zh) 消除温度和其它相电场对光学电压互感器精度影响的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090513