CN103675408A - 石榴石型电流传感装置以及石榴石型电流传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石榴石型电流传感装置以及石榴石型电流传感系统，用于测量高压导线电流的变化，其特征在于，包括：石榴石部；光源部；以及探测部，其中，石榴石部设有：石榴石器件，依次包含接受光源入射后形成偏振光的输入单元、设置在偏振光的光路上用于改变偏振光的旋转角度的石榴石单元、以及设置在由石榴石单元射出的偏振光的光路上形成光纤光的输出单元；第一保护套，围绕套设在输入单元的外侧面上；第二保护套，围绕套设在石榴石单元的外侧面上；以及第三保护套，围绕套设在输出单元的外侧面上，第一保护套、第二保护套以及第三保护套依次扣合连接形成为在石榴石器件的外部整体构成起保护稳固作用的保护套。

Description

石榴石型电流传感装置以及石榴石型电流传感系统

技术领域

本发明涉及集成化石榴石型光电式电流传感器技术领域，具体涉及一种适用于高压系统环境下的对大电流进行测量的石榴石型电流传感装置。

背景技术

不仅仅在大电流测量领域，还同样在电能计量、继电保护、系统监测诊断、逆变器等领域，与传统的电磁式电流互感器相比，光电式电流传感器具有明显优势，作为其中一种光电式电流传感器，集成化石榴石型光电式电流传感器（Garnet type photoelectric integrated current sensor）是一种以法拉第效应为基础的，间接对大电流进行测量的器件。光电式电流传感器的明显优势就在于：不利用铁芯，无磁饱和及铁磁谐振，运行暂态响应好，稳定性高；绝缘性能好，不存在因低压侧开路而产生的危险；具有很宽的动态范围；频率响应范围宽；不存在因油而产生的易燃、易爆等危险；结构简单、造价低、体积小、重量轻、运输和安装方便。另外，与传统的有源型光电式电流传感器相比，石榴石型电流传感器耗能更低、体积更小、取样信号结构更简单。接着，与无源型光电式电流传感器相比，石榴石型电流传感器具有易加工、传感头耐用、成本低、精度高、稳定性好、温度影响小等优点。再接着，与全光纤型光电式电流传感器相比，石榴石型电流传感器具有测量精度高、稳定性好、安装方便等优点。

在专利申请为200610060605、200910056801.9、200910202165.6、200910202166.0、200910183929.1、201010168752.0、201010168763.9等这样的石榴石光电式电流传感器中，虽然在减小器件相对误差，提高灵敏度方面具有一定优势，但是，石榴石光电式电流传感器的整体结构设计有待提高，难以避免外界噪声包括振动、温度变化等易对系统产生的较大误差，尺寸有待进一步减小，成本有待进一步降低，电流测量器件的整体抗震性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗震性好、集成程度高、器件尺寸减小、器件成本降低的石榴石型电流传感装置以及石榴石型电流传感系统。

本发明提供了一种石榴石型电流传感装置，用于测量高压导线电流的变化，具有这样的特征，包括：石榴石部,靠近高压导线设置；光源部,位于石榴石部的一端将光源入射石榴石部后形成光纤光；以及探测部,位于石榴石部的另一端用于探测光纤光的强度,其中，石榴石部设有：石榴石器件,依次包含接受光源入射后形成偏振光的输入单元、设置在偏振光的光路上用于改变偏振光的旋转角度的石榴石单元、以及设置在由石榴石单元射出的偏振光的光路上形成光纤光的输出单元；第一保护套，围绕套设在输入单元的外侧面上；第二保护套，围绕套设在石榴石单元的外侧面上；以及第三保护套，围绕套设在输出单元的外侧面上，第一保护套、第二保护套以及第三保护套依次扣合连接形成为在石榴石器件的外部整体构成的保护套。

在本发明的石榴石型电流传感装置中，还可以具有这样的特征：其中，输入单元包括：用于光源转换为平行光的输入光纤准直器、用于将平行光转换为偏振光的起偏器，光源部经由输入光纤准直器与起偏器相连接，第一保护套将输入光纤准直器和起偏器进行定位保护。

在本发明的石榴石型电流传感装置中，还可以具有这样的特征：其中，石榴石单元包括：依次设置在偏振光的光路上的玻璃片和石榴石，第二保护套将玻璃片和石榴石进行定位保护。

在本发明的石榴石型电流传感装置中，还可以具有这样的特征：其中，输出单元包括：用于检测入射的偏振光是否偏振的检偏器、用于将由检偏器出射的偏振光转化为平行光的输出光纤准直器，第三保护套将检偏器和输出光纤准直器进行定位保护。

在本发明的石榴石型电流传感装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一保护套的内周侧具有第一内螺纹，第三保护套的外周侧具有第三外螺纹，第二保护套在靠近第一保护套的一端的外周侧具有第二外螺纹，并且，在靠近第三保护套的一端的内周侧具有第二内螺纹，第一保护套、第二保护套以及第三保护套之间通过第一内螺纹、第三外螺纹、第二外螺纹以及第二内螺纹互相螺纹连接，互相组合形成了保护套。

在本发明的石榴石型电流传感装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一保护套、第二保护套以及第三保护套的形成的保护套的整体造型呈矩形体。

另外,本发明还提供了一种石榴石型电流传感系统，用于测量高压导线电流的变化，具有这样的特征，包括：石榴石型电流传感装置，和将石榴石型电流传感装置靠近定位在高压导线近旁的固定连接装置，其中，石榴石型电流传感装置是上述任意一项中的石榴石型电流传感装置。

在本发明的石榴石型电流传感系统中，还可以具有这样的特征：其中，固定连接装置包含至少一个双环连接件，该双环连接件设有两个端环，一个端环被待测电流的高压导线贯穿，另一个端环被石榴石型电流传感装置贯穿。

发明的作用和效果

根据本发明所涉及的石榴石型电流传感装置以及石榴石型电流传感系统,因为第一保护套、第二保护套以及第三保护套分别围绕套设保护输入单元、石榴石单元、以及输出单元外，第一保护套、第二保护套以及第三保护套为石榴石器件提供了一个整体的保护套，所以，本发明的石榴石型电流传感装置以及石榴石型电流传感系统提高了抗震性，优化了器件结构使得集成化程度高、减小了器件尺寸、降低了器件成本。

附图说明

图1是本发明的实施例中石榴石型电流传感系统的结构示意图；以及

图2是本发明的实施例中石榴石型电流传感装置中石榴石部的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的实施例中石榴石型电流传感系统的结构示意图。

如图1所示，在本实施例中,石榴石型电流传感系统100对高压导线1中电流的变化进行测量。

石榴石型电流传感系统100包括：石榴石型电流传感装置101和固定连接装置102。固定连接装置102将石榴石型电流传感装置101在高压导线1的近旁如图1中所示的互相平行进行靠近定位。

在本实施例中，固定连接装置102采用了两个双环连接件1021,每个双环连接件1021设有两个端环1021a和位于两个端环1021a之间的连接本体1021b。在两个双环连接件1021中，上侧的一个端环1021a都被待测电流的高压导线1所贯穿，下侧的另一个端环1021a都被石榴石型电流传感装置101所贯穿，使得石榴石型电流传感装置101相对平行的设置在了高压导线1的近旁。

如图1所示，可以得知，石榴石型电流传感装置101包括：石榴石部103、位于石榴石部103左边的输入侧的光源部104、以及位于石榴石部103右边的输出侧的的探测部105。石榴石部103、光源部104、以及探测部105之间达到较高的集成度。

石榴石部103靠近高压导线1设置，完全贯穿套设在了两个双环连接件1021中靠近下侧的两个端环1021a中间。光源部104位于石榴石部103的左端侧，并通过光纤与石榴石部103相连，将初始的光源入射进入石榴石部103后，由石榴石部103出射后形成了光纤光。探测部105位于石榴石部103的右端，探测部105与石榴石部103相连接，用于探测由石榴石部103出射后所形成的光纤光的强度。

通过探测部105检测由石榴石部103输出的光纤光的强度的变化，从而获得法拉第旋转角，可以间接得到电流信息。

图2是本发明的实施例中石榴石型电流传感装置中石榴石部的结构示意图。

如图2所示，在本实施例中，石榴石部103设有：石榴石器件1031、第一保护套1032、第二保护套1033以及第三保护套1034。在图2中从左到右箭头所指的方向上，石榴石器件1031依次包含输入单元1035、石榴石单元1036以及输出单元1037。

输入单元1035的左侧端与图2中未显示的光源部104通过光纤相连接，输入单元1035接受来自光源部104的光源入射后，将该光源形成为了偏振光。

沿着光源的入射方向上，输入单元1035依次包括输入光纤准直器1035a和起偏器1035b。图2中未显示的光源部104经由输入光纤准直器1035a与起偏器1035b相连接。输入光纤准直器1035a用于入射光源转换为平行光。起偏器1035b用于将平行光转换为偏振光，该偏振光由输入单元1035出射。

第一保护套1032就围绕套设在输入单元1035的外侧面上，输入单元1035被套设在第一保护套1032内。第一保护套1032将输入单元1035中的输入光纤准直器1035a和起偏器1035b互相固定进行定位保护。

石榴石单元1036设置在由输入单元1035出射的偏振光的光路上，位于输入单元1035和输出单元1037之间，用于改变偏振光的旋转角度。

沿着由输入单元1035出射的偏振光的方向上，石榴石单元1036依次包括设置在该偏振光的光路上的玻璃片1036a和石榴石1036b。石榴石1036b是在外磁场的作用时对偏振光进行旋转角度，该外磁场的作用强弱与上述被测的高压导线1中流经的电流相关联，从而可基于该旋转角度对高压导线1中流经的电流进行测量。在本实施例中，石榴石1036b采用了具有较高费尔德常数和透过率，并且具有较低的温度系数以及良好的机械、物理光学性能的石榴石。

与第一保护套1032相类似的，第二保护套1033就围绕套设在石榴石单元的外侧面上，石榴石单元被套设在第二保护套1033内。第二保护套1033将石榴石单元中的玻璃片1036a和石榴石1036b互相固定从而进行定位保护。

输出单元1037设置在由石榴石单元射出的偏振光的光路上，将由石榴石单元射出的偏振光形成为光纤光，输出单元1037与图2中未显示的探测部105相连接。

输出单元1037依次包括检偏器1037a和输出光纤准直器1037b。检偏器1037a用于检测由石榴石单元入射的偏振光是否偏振。输出光纤准直器1037b将由检偏器1037a出射的偏振光转化为平行光。在本实施例中，起偏器1035b和检偏器1037a均采用平板型偏振器。输入光纤准直器1035a、输出光纤准直器1037b通过保偏光纤分别连接图2中未显示的光源部104和探测部105。探测部105通过保偏光纤与输出光纤准直器1037b相连接，能够测量由输出光纤准直器1037b输出的光纤光的法拉第旋转角、光强、椭圆率等一系列光学参数,从而间接获得电流参数。

输出光纤准直器1037b通过对由检偏器1037a出射的偏振光的光强度进行测量从而间接获得被测高压导线1中电流的信息。

其中，石榴石1036b是在高压导线1中电流所影响的外磁场下对偏振光进行旋转角度，法拉第旋转角计算公式θ=VBL，V是石榴石1036b的菲尔德常数，B是电流产生的磁场，L是偏振光在石榴石1036b中通过的长度。

外磁场与高压导线1中电流的关系为：

其中μ0为真空磁导率，R为高压导线1与测量点之间的距离，I为电流大小。

使用上述的公式计算，即可获得由法拉第旋转角到电流大小的换算关系。

与第一保护套1032和第二保护套1033相类似的，第三保护套1034也是围绕套设了在输出单元1037的外侧面上，输出单元1037被套设在第三保护套1034内。第三保护套1034将输出单元1037中的检偏器1037a和输出光纤准直器1037b互相固定从而进行定位保护。

在图2中总体来看，第一保护套1032、第二保护套1033以及第三保护套1034依次扣合连接形成为一个整体的保护套，该保护套是在设有输入单元1035、石榴石单元1036以及输出单元1037的石榴石器件1031的外部整体进行包合而构成的。

那么，为了进一步使得由第一保护套1032、第二保护套1033以及第三保护套1034依次扣合连接形成的保护套可以更加紧密的保护石榴石器件1031，如图2所示，在本实施例中，第一保护套1032具有第一内螺纹1032a，第三保护套1034具有第三外螺纹1034a，第二保护套1033具有第二外螺纹1033a和第二内螺纹1033b。

具体来说，第一保护套1032在靠近的石榴石单元1036左侧的内周侧具有第一内螺纹1032a。如图2中剖面显示的，第一保护套1032位置的上内侧和下内侧显示出了该第一内螺纹1032a的一部分。

第三保护套1034在靠近的石榴石单元1036右侧的位置的外周侧具有第三外螺纹1034a。如图2中剖面显示的，第三保护套1034的上外侧和下外侧显示出了第三外螺纹1034a的一部分。

第二保护套1033在靠近第一保护套1032的一端的外周侧具有第二外螺纹1033a，并且，在靠近第三保护套1034的一端的内周侧具有第二内螺纹1033b。如图2中剖面显示的，第二保护套1033在左上外侧和左下外侧显示出了第二外螺纹1033a的一部分，在靠近第三保护套1034的右上内侧和右下内侧显示出了第二内螺纹1033b的一部分。

因此，第一保护套1032、第二保护套1033以及第三保护套1034之间通过第一内螺纹1032a、第三外螺纹1034a、第二外螺纹1033a以及第二内螺纹1033b互相螺纹连接，更加紧密稳固，互相组合形成了用于整体保护石榴石器件1031的保护套。

如图2所示，在本实施例中，第一保护套1032、第二保护套1033以及第三保护套1034的形成的保护套的整体造型呈矩形体，该矩形体保护套被完全贯穿套设在了图1中两个双环连接件1021中靠近下侧的两个端环1021a中间。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的石榴石型电流传感装置以及石榴石型电流传感系统,因为第一保护套、第二保护套以及第三保护套分别围绕套设保护输入单元、石榴石单元、以及输出单元外，为石榴石器件提供了一个整体的保护套，所以，本实施例的石榴石型电流传感装置以及石榴石型电流传感系统提高了抗震性，优化了器件结构使得集成化程度高、减小了器件尺寸、降低了器件成本。

本实施例中的石榴石型电流传感装置将石榴石器件通过利用保护套进行集成化，提高了传感器的稳定性及抗震性。保护套通过掏空设计，使得各种光学器件可以很方便固定。螺纹连接保证了器件的安全和稳定，便于长期使用，同时若是某一部分损坏，可以分段拆除，不必拆换整个石榴石型电流传感装置。

另外，若使用带有检偏装置的接收器，可以将石榴石单元1036与输出单元相结合，使得整体更加简约，减少石榴石部中单元之间的连接，可以使得石榴石型电流传感装置中的石榴石部更加稳定。

在本实施例中，通过对光路的优化设计、光学元件少、系统设计简便，可靠性高，光学通道为直线型，各光学器件固定牢靠，使用前不需要调整光路。

在本实施例中，降低了器件的尺寸及制作成本；整个石榴石模块只有几厘米大小，保护套可由铝、不锈钢、聚四氟乙烯等材料制作。

在本实施例中的石榴石型电流传感装置的光路简单，使用方便，一定程度上克服了现有的光学电流传感器存在的缺陷。在电力系统的电流检测中该集成化石榴石型光电式电流传感器是相对比较理想的选择。

另外，本发明的集成化高的石榴石型电流传感装置在零电位监测器、磁化强度光栅、光学磁场传感器、光隔离器等领域的应用前景同样可以被看好。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种石榴石型电流传感装置，用于测量高压导线电流的变化，其特征在于，包括：

石榴石部,靠近所述高压导线设置；

光源部,位于所述石榴石部的一端将光源入射所述石榴石部后形成光纤光；以及

探测部,位于所述石榴石部的另一端用于探测所述光纤光的强度,

其中，所述石榴石部设有：

石榴石器件,依次包含接受所述光源入射后形成偏振光的输入单元、设置在所述偏振光的光路上用于改变所述偏振光的旋转角度的石榴石单元、以及设置在由所述石榴石单元射出的所述偏振光的光路上形成所述光纤光的输出单元；

第一保护套，围绕套设在所述输入单元的外侧面上；

第二保护套，围绕套设在所述石榴石单元的外侧面上；以及

第三保护套，围绕套设在所述输出单元的外侧面上，

所述第一保护套、所述第二保护套以及所述第三保护套依次扣合连接形成为在所述石榴石器件的外部整体构成的保护套。

2.根据权利要求1所述的石榴石型电流传感装置，其特征在于：

其中，所述输入单元包括：用于所述光源转换为平行光的输入光纤准直器、用于将所述平行光转换为所述偏振光的起偏器，

所述光源部经由所述输入光纤准直器与所述起偏器相连接，

所述第一保护套将所述输入光纤准直器和所述起偏器进行定位保护。

3.根据权利要求1所述的石榴石型电流传感装置，其特征在于：

其中，所述石榴石单元包括：依次设置在所述偏振光的光路上的玻璃片和石榴石，

所述第二保护套将所述玻璃片和所述石榴石进行定位保护。

4.根据权利要求1所述的石榴石型电流传感装置，其特征在于：

其中，所述输出单元包括：用于检测入射的所述偏振光是否偏振的检偏器、用于将由所述检偏器出射的所述偏振光转化为平行光的输出光纤准直器，

所述第三保护套将所述检偏器和所述输出光纤准直器进行定位保护。

5.根据权利要求1所述的石榴石型电流传感装置，其特征在于：

其中，所述第一保护套的内周侧具有第一内螺纹，

所述第三保护套的外周侧具有第三外螺纹，

所述第二保护套在靠近所述第一保护套的一端的外周侧具有第二外螺纹，并且，在靠近所述第三保护套的一端的内周侧具有第二内螺纹，

所述第一保护套、所述第二保护套以及所述第三保护套之间通过所述第一内螺纹、所述第三外螺纹、所述第二外螺纹以及所述第二内螺纹互相螺纹连接，互相组合形成了所述保护套。

6.根据权利要求1所述的石榴石型电流传感装置，其特征在于：

其中，所述第一保护套、所述第二保护套以及所述第三保护套的形成的所述保护套的整体造型呈矩形体。

7.一种石榴石型电流传感系统，用于测量高压导线电流的变化，其特征在于，包括：

石榴石型电流传感装置，和将所述石榴石型电流传感装置靠近定位在所述高压导线近旁的固定连接装置，

其中，所述石榴石型电流传感装置是上述权利要求1至权利要求6中任意一项中所述的石榴石型电流传感装置。

8.根据权利要求1所述的石榴石型电流传感系统，其特征在于：

其中，所述固定连接装置包含至少一个双环连接件，该双环连接件设有两个端环，一个端环被待测电流的所述高压导线贯穿，另一个端环被所述石榴石型电流传感装置贯穿。

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