CN102053199B

CN102053199B - 一种数字光纤电流传感器

Info

Publication number: CN102053199B
Application number: CN2009102095289A
Authority: CN
Inventors: 徐启峰; 陈冲
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: CN102053199A

Abstract

本发明涉及一种数字光纤电流传感器，是基于法拉第磁光效应、光纤陀螺工作原理、衍射光栅干涉方法和数字图像处理技术实现的。一束敏感光纤环绕载流导线，从两端分别通过敏感光纤的左旋偏振光和右旋偏振光在电流磁场的作用下产生相位差，相位差的大小是导线电流的线性函数。应用衍射光栅干涉的方法使两束线偏振光产生平行的干涉条纹，条纹移动的距离是两束线偏振光之间相位差的线性函数，即导线电流的线性函数，应用数字图像处理方法测量条纹移动的距离得到实时数字电流信号。本发明的测量方法是线性的，适用于电力系统交直流电流的测量。

Description

一种数字光纤电流传感器

技术领域

涉及一种数字光纤电流传感器，是基于法拉第磁光效应、光纤陀螺工作原理、衍射光栅干涉方法和数字图像处理技术实现的。一束敏感光纤环绕载流导线，从两端分别通过敏感光纤的左旋偏振光和右旋偏振光在电流磁场的作用下产生相位差，相位差的大小是导线电流的线性函数。应用衍射光栅干涉的方法使两束线偏振光产生平行的干涉条纹，条纹移动的距离是相位差的线性函数，即导线电流的线性函数，应用数字图像处理方法测量条纹移动的距离得到实时数字电流信号。本发明的测量方法是线性的，适用于电力系统交直流电流的测量。

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光电式和利用罗哥夫斯基线圈实现的电子式。基于光纤陀螺原理的光纤电流传感器在国外已有成熟的产品，在国内已开始试运行。

现有的光纤陀螺式电流传感器，其特点是利用检偏器和闭环控制的方法检出反应两束线偏振光相差的光强变化，经光电转换得到模拟电流信号，再经模数转换得到数字电流信号。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，测量的范围和准确度受到限制，尤其是限制了对谐波分量的有效测量，难以真实地反映系统的一次电流。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，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光效应、光纤陀螺工作原理、衍射光栅干涉方法和数字图像处理技术实现的线性数字式电流传感器，如图1所示。

本发明所述的方法是将激光信号从光源[1]经光纤传送到光纤起偏器[2]得到线偏振光，经光纤分光器[3]分光后得到两束线偏振光并通过光隔离器[4]传送到3db耦合器[5]，经光纤延迟线[6]后到达1/4波片[8]，[6]的作用是使光纤的长度为线偏振光波拍长度的整数倍以便消除光纤的线性双折射，通过保偏光纤[7]的线偏振光分别以4 5°角进入1/4波片[8]得到左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，并分别从两端进入敏感光纤[9]，[9]环绕在载流导线[10]上，两束圆偏振光经[10]的电流磁场调制后产生相位差，相位差的大小是导线电流的线性函数。两束圆偏振光经[8]后恢复为线偏振光，再经光纤延迟线[6]后回到3db耦合器[5]，并分别传送到准直扩束器[11]，经准直扩束后发射到衍射光栅[12]产生平行的干涉条纹，条纹移动的距离是两束线偏振光之间相位差的线性函数，即导线电流的线性函数，应用CCD或CMOS图像传感器[13]测量干涉条纹移动的距离，与条纹相对应的CMOS或CCD像素的地址编码，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是本发明的具体实施方式。

其中，[1]是光源，[2]是光纤起偏器，[3]是光纤分光器，[4]是光隔离器，[5]是3db耦合器，[6]是光纤延迟线，[7]是保偏光纤，[8]是1/4波片，[9]是敏感光纤，[10]是载流导线，[11]是准直扩束器，[12]是衍射光栅，[13]是CMOS或CCD图像传感器，[14]是绝缘子。

具体实施方式

具体实施方式如图2所示，激光信号从光源[1]经光纤传送到光纤起偏器[2]得到线偏振光，经光纤分光器[3]分光后得到两束线偏振光并经光隔离器[4]分别传送到3db耦合器[5]，经光纤延迟线[6]后到达1/4波片[8]，通过保偏光纤[7]的线偏振光分别以45°角进入1/4波片[8]得到圆偏振光，并分别从两端进入敏感光纤[9]，[9]环绕在载流导线[10]上，从两端离开敏感光纤的圆偏振光经[10]的电流磁场调制后产生相位差，相位差的大小是导线电流的线性函数。两束圆偏振光经[8]后恢复为线偏振光，再经光纤延迟线[6]后回到3db耦合器[5]，并分别传送到准直扩束器[11]，经准直扩束后发射到衍射光栅[12]产生平行的干涉条纹，条纹移动的距离是两束线偏振光之间相位差的线性函数，即导线电流的线性函数。应用CCD或CMOS图像传感器[13]测量干涉条纹移动的距离，与条纹相对应的CMOS或CCD像素的地址编码就是电流信号的实时数字量。其中[1]，[2]，[3]，[4]，[5]，[6]，[7]，[8]，[9]，[11]，[12]，[13]均置于[14]之中，[10]置于[14]的顶部。

Claims

1. 一种数字光纤电流传感器，其特征是：将一束敏感光纤环绕一载流导线，从两端分别通过敏感光纤的左旋偏振光和右旋偏振光在电流磁场的作用下产生相位差，应用衍射光栅干涉的方法使两束线偏振光产生平行的干涉条纹，条纹移动的距离与两束线偏振光之间的相位差即导线电流成正比，应用数字图像处理方法测量条纹移动的距离得到实时数字电流信号。

2. 根据权利要求1所述的数字光纤电流传感器，其特征是：将激光信号从光源经光纤传送到光纤起偏器得到线偏振光，经光纤分光器分光后得到两束线偏振光并经光隔离器分别传送到3db耦合器，经光纤延迟线后到达1/4波片，经保偏光纤分别以45°角注入1/4波片得到圆偏振光，并从两端进入环绕在载流导线上的敏感光纤，离开敏感光纤的两束圆偏振光经1/4波片后恢复为线偏振光，再经光纤延迟线后回到3db耦合器，并分别传送到准直扩束器，经准直扩束后发射到衍射光栅产生平行的干涉条纹，应用CCD或CMOS图像传感器测量干涉条纹移动的距离。

3. 根据权利要求2所述的数字光纤电流传感器，其特征是：应用准直扩束器调整光束的大小使之与CCD或CMOS图像传感器的面阵或线阵窗口相匹配，应用衍射光栅干涉的方法使两束线偏振光产生平行的干涉条纹。

4. 根据权利要求1或2或3所述的数字光纤电流传感器，其特征是：应用CCD或CMOS图像传感控制器对衍射光栅干涉图像实时采样处理后得出干涉条纹移动的距离，与条纹位置相对应的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所述的数字光纤电流传感器，其特征是：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。