CN101893655B

CN101893655B - 一种数字光学电流传感器

Info

Publication number: CN101893655B
Application number: CN200910143232.1A
Authority: CN
Inventors: 徐启峰
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: CN101893655A

Abstract

本发明涉及一种数字光学电流传感器，基本原理是基于法拉第磁旋光效应使透过磁光晶体的线偏振光的偏振面在电流磁场的作用下旋转，旋转的角度与电流的大小成正比。从磁光晶体出射的线偏振光经会聚透镜、单轴晶体、准直透镜和检偏器调制后得到偏振光干涉图像，图像中正十字相交的消光轴与偏振面同步旋转、旋转的角度大小相同。经反光镜和扩束透镜的调整使部分干涉图像与CCD或CMOS图像传感器的面阵窗口或线阵窗口的大小相匹配，再经传像光纤束或扩束透镜将干涉图像传递到低电位的CMOS或CCD图像传感控制器，对干涉图像进行实时采样分析处理得出消光轴移动的位置，与该位置相对应的CMOS或CCD像素的编码，就是电流信号的实时数字量。本发明提出的电流测量方法是线性的，既适用于交流电流的测量，也适用于直流电流的测量。

Description

一种数字光学电流传感器

技术领域

涉及一种数字光学电流传感器，基本原理是基于法拉第磁旋光效应使透过磁光晶体的线偏振光的偏振面在电流磁场的作用下旋转，应用会聚偏振光干涉原理得到干涉图像，应用数字图像处理方法测量干涉图像中偏振面旋转的角度并得到实时数字电流信号。本发明提出的电流测量方法是线性的，适用于电力系统的交直流电流测量。

背景技术

目前电力系统中使用的电流互感器或电流传感器，是基于法拉第电磁感应原理的电磁式、基于法拉第磁旋光效应的模拟磁光式和利用罗哥夫斯基线圈实现的电子式。

模拟磁光式电流传感器已有60多年的发展历史，其原理是基于线偏振光的偏振面在电流磁场的作用下发生旋转，旋转的角度与电流的大小成正比，比例系数为费尔德常数。利用检偏器检出因偏振面旋转导致的光强变化，经光电转换得到模拟电流信号。其优点是利用光信号的传递实现了高低电位之间的光隔离；其缺点是光强测量的方法是非线性的，使测量的范围和准确度受到限制。另外，电磁式、模拟磁光式和电子式电流传感器是把一次模拟信号传变为二次模拟信号，需要借助于模数转换电路得到数字信号，在数字化变电站的应用中有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于法拉第磁旋光效应和会聚偏振光干涉原理并利用数字图像处理方法实现的电流测量方法，如图1所示。

本发明所述的方法是将激光信号经光纤从低电位传送到高电位的准直器，经起偏器得到线偏振光，并进入置于螺线管中的磁光晶体，螺线管电流分流了高压导线电流，产生的磁场与线偏振光行进的方向一致并使其偏振面发生旋转，旋转的角度θ与电流的大小成正比，比例系数为费尔德常数。从磁光晶体出射的线偏振光进入会聚透镜，聚焦后进入单轴晶体，再经准直透镜和检偏器形成如图2所示的偏振光干涉图像，正十字相交的消光轴A轴和D轴与透过磁光晶体的线偏振光的偏振面同步旋转、旋转的角度大小相同。电流磁场为零时的干涉图像如图2(a)所示，在直流电流磁场的作用下，由接入电流的正负极性不同，图2(a)中的A轴向C方向顺时针旋转或向B方向逆时针旋转，在交流电流磁场的作用下A轴随交流电流极性的变化向C方向顺时针旋转或向B方向逆时针旋转，如图2(b)所示。图像经反光镜和扩束透镜的调整使部分图像与CCD或CMOS图像传感器的面阵窗口或线阵窗口的大小相匹配如图3所示，再经传像光纤束或扩束透镜将图像传递到低电位的CMOS或CCD图像传感控制器，对偏振光干涉图像进行实时采样分析处理后得出窗口内消光轴移动的位置，与该位置相对应的CMOS或CCD像素的编码，就是电流信号的实时数字量。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是本发明的干涉图像示意图。

图3是本发明的图像窗口匹配示意图。

图4是本发明的具体实施方式。

其中，[1]是光源，[2]是传送光纤，[3]是准直器，[4]是起偏器，[5]是磁光晶体，[6]是螺线管，[7]是会聚透镜，[8]是单轴晶体，[9]是准直透镜，[10]是检偏器，[11]是反光镜，[12]是扩束透镜，[13]是传像光纤束，[14]是CMOS或CCD图像传感控制器，[15]是分流导线，[16]是高压导线，[17]是绝缘子。

具体实施方式

具体实施方式如图4所示，光源[1]经传送光纤[2]将激光信号从低电位传送到高电位的准直器[3]，准直后进入起偏器[4]得到线偏振光并进入置于螺线管[6]中的磁光晶体[5]，螺线管[6]经分流导线[15]分流了高压导线[16]的电流，流过[6]的电流产生的磁场与线偏振光行进的方向一致并使线偏振光的偏振面发生旋转，从[5]出射的线偏振光进入会聚透镜[7]，聚焦后进入单轴晶体[8]，再经准直透镜[9]和检偏器[10]形成如图2所示的偏振光干涉图像。该图像经反光镜[11]和扩束透镜[12]的调整使部分图像与CCD或CMOS图像传感器[14]的面阵窗口或线阵窗口的大小相匹配如图3所示，再经传像光纤束[13]或[12]将图像传递到低电位，经[14]对偏振光干涉图像进行实时采样分析处理得出窗口内消光轴移动的位置，与该位置相对应的CMOS或CCD像素的编码，就是电流信号的实时数字量。

Claims

1. 一种数字光学电流传感器，其特征是：将激光信号经光纤从低电位传送到高电位的准直器，经起偏器得到线偏振光，并进入置于螺线管中的磁光晶体，螺线管电流分流了高压导线电流，基于法拉第磁旋光效应使透过磁光晶体的线偏振光的偏振面在电流磁场的作用下发生旋转，旋转的角度与电流的大小成正比，从磁光晶体出射的线偏振光经会聚透镜、单轴晶体、准直透镜和检偏器调制后得到偏振光干涉图像，图像中正十字相交的消光轴与线偏振光的偏振面同步旋转、大小相同，经传像光纤束或扩束透镜将图像传递到低电位的CMOS或CCD图像传感控制器，对图像实时采样分析处理后得出消光轴移动的位置，与该位置对应的CMOS或CCD像素的编码，就是电流信号的实时数字量。

2. 根据权利要求1所述的数字光学电流传感器，其特征是：线偏振光经磁光晶体、会聚透镜、单轴晶体、准直透镜和检偏器的系列调制后得到偏振光干涉图像。

3. 根据权利要求1所述的数字光学电流传感器，其特征是：利用反光镜和扩束透镜调整图像使其一部分与CCD或CMOS图像传感器的面阵窗口或线阵窗口的大小相匹配，并利用传像光纤束或反光镜将偏振光干涉图像传递到低电位的CCD或CMOS图像传感控制器。

4. 根据权利要求1或2或3所述的数字光学电流传感器，其特征是：应用CCD或CMOS图像传感控制器对偏振光干涉图像实时采样分析处理后得出消光轴移动的位置，与该位置相对应的CMOS或CCD像素的编码，就是电流信号的实时数字量。

5. 根据权利要求1或2或3所述的数字光学电流传感器，其特征是：该电流测量的方法是线性的，既适用于交流电流的测量，也适用于直流电流的测量。