CN103698585A - 多量程式光学电流传感器 - Google Patents

Abstract

多量程式光学电流传感器，属于光学电流测量技术领域。本发明为了解决现有光学电流传感器仅仅适用于大电流的测量，用于测量小电流时，灵敏度和精度低的问题。它使光源发射的光束经第一偏振片获得偏振光束，该偏振光束经半透半反镜透射获得透射光束b，和反射光束a，光束a经全反镜后入射至低旋光系数光学玻璃，其出射光束入射至光束选择部，经选择后再经全反镜、半透半反镜和偏振片获得偏振光束被光电探测器的光敏面接收；光束b经高旋光系数光学玻璃后入射至光束选择部，经选择后入射至半透半反镜，透射获得光束经过偏振片获得偏振光束，该偏振光束被光电探测器的光敏面接收。本发明用于测量光学电流。

Description

多量程式光学电流传感器

技术领域

本发明涉及多量程式光学电流传感器，属于光学电流测量技术领域。

背景技术

现有的光学电流传感器的设置形式为：在传感头中设置一块旋光玻璃，当光束通过旋光玻璃时，待测电流产生的感应磁场会对光束产生作用，使光束发生偏振角旋转，其旋转角的大小与待测电流的大小有关，二者的相关系数称为旋光系数。由于光学传感头采用的为低旋光系数的材料，因此需要较大的待测电流值才能引起较为明显的光学物理量变化，这就导致了这种传感头仅仅适用于大电流测量，而在小电流测量时，测量结果的灵敏度和精度严重不足。

由于在电网监测中，需要观测的电流不仅仅是大电流，还包括小电流，这就对电网的光学测量设备提出了更高的要求。

发明内容

本发明目的是为了解决现有光学电流传感器仅仅适用于大电流的测量，用于测量小电流时，灵敏度和精度低的问题，提供了一种多量程式光学电流传感器。

本发明所述多量程式光学电流传感器，它包括光源、第一偏振片、第一半透半反镜、高旋光系数光学玻璃、第一全反镜、低旋光系数光学玻璃、光束选择部、第二全反镜、第二半透半反镜、第二偏振片和光电探测器，

光源发射的光束经第一偏振片透射后获得偏振光束，该偏振光束经第一半透半反镜透射后获得透射光束b，该偏振光束经第一半透半反镜反射后获得反射光束a，

反射光束a经第一全反镜反射后入射至低旋光系数光学玻璃，低旋光系数光学玻璃的出射光束入射至光束选择部，经光束选择部选择后入射至第二全反镜，该第二全反镜的反射光束经第二半透半反镜反射后，再经过第二偏振片获得偏振光束，该偏振光束被光电探测器的光敏面接收；

透射光束b经高旋光系数光学玻璃透射后入射至光束选择部，经光束选择部选择后入射至第二半透半反镜，经第二半透半反镜透射获得的透射光束经过第二偏振片获得偏振光束，该偏振光束被光电探测器的光敏面接收。

所述光源为半导体激光器，所述半导体激光器的波段为632nm。

所述光束选择部由绝缘且不透光的材料制成，光束选择部为长条板，长条板上设置两个通光孔，两个通光孔分别用于通过低旋光系数光学玻璃的出射光束和高旋光系数光学玻璃的出射光束，所述通光孔的直径为光源发射的光束的直径的1至5倍，两个通光孔的间距小于两块光学玻璃的出射光束的间距。

本发明的优点：本发明通过光束选择部对光束的选择通过，来实现对电流测量量程的改变，它能够同时满足对大电流和小电流的测量监测。本发明通过两块不同旋光系数的光学玻璃得到调制光束，再使光电探测器接收光束选择部选择的光束，获得发生了偏振角旋转的光束，并进一步获得待测电流值。本发明装置可广泛应用于光学测量领域。

本发明弥补了目前光学电流传感器仅适用于某一范围电流测量的短板，采用单一光源和光电探测器即可实现，减小了传感装置的体积并降低了成本。

附图说明

图1是本发明所述多量程式光学电流传感器，当低旋光系数光学玻璃的出射光束经光束选择部选择通过的光路原理图；

图2是本发明所述多量程式光学电流传感器，当高旋光系数光学玻璃的出射光束经光束选择部选择通过的光路原理图；；

图3是光束选择部的结构示意图；

图4是图3的侧视图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述多量程式光学电流传感器，它包括光源1、第一偏振片2、第一半透半反镜3、高旋光系数光学玻璃4、第一全反镜5、低旋光系数光学玻璃6、光束选择部7、第二全反镜8、第二半透半反镜9、第二偏振片10和光电探测器11，

光源1发射的光束经第一偏振片2透射后获得偏振光束，该偏振光束经第一半透半反镜3透射后获得透射光束b，该偏振光束经第一半透半反镜3反射后获得反射光束a，

反射光束a经第一全反镜5反射后入射至低旋光系数光学玻璃6，低旋光系数光学玻璃6的出射光束入射至光束选择部7，经光束选择部7选择后入射至第二全反镜8，该第二全反镜8的反射光束经第二半透半反镜9反射后，再经过第二偏振片10获得偏振光束，该偏振光束被光电探测器11的光敏面接收；

透射光束b经高旋光系数光学玻璃4透射后入射至光束选择部7，经光束选择部7选择后入射至第二半透半反镜9，经第二半透半反镜9透射获得的透射光束经过第二偏振片10获得偏振光束，该偏振光束被光电探测器11的光敏面接收。

本实施方式用于测量电流时，需使两块光学玻璃的通光方向与待测导线12的电流方向垂直，并且待测导线12居中位于两块光学玻璃之间，两块光学玻璃均在待测导线12的电流产生的感应磁场作用下发生磁光效应，并被调制。移动光束选择部7，分别使两块光学玻璃中一块的出射光束通过，另一块的出射光束被挡住。光电探测器11始终在动态的接收反射光束a或透射光束b被调制后最终输出的光束，最后再通过处理器对光电探测器11的接收数据进行处理，来进一步判断待测导线12的电流为大电流或小电流，低旋光系数玻璃由于对光的调制效果较弱，当待测电流大于500A时，则取通过低旋光系数光学玻璃6的出射光束对应的值为测量值，当待测电流小于500A时，则取通过高旋光系数光学玻璃4的出射光束对应的值为测量值。通常，将旋光系数在10～20rad/T·m范围内的光学玻璃称为低旋光系数光学玻璃，高旋光系数光学玻璃的旋光系数可达95.9rad/T·m。

光束选择部7可通过调整自身位移来选择可通过光束，两束光最终都被光电探测器11接收。反射光束a和透射光束b是完全相同的偏振光，具有相同的频率、强度及偏振态。反射光束a和透射光束b最终入射到第二偏振片10和光电探测器11的角度相同。

具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述光源1为半导体激光器，所述半导体激光器的波段为632nm。

具体实施方式三：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，本实施方式所述光束选择部7由绝缘且不透光的材料制成，光束选择部7为长条板，长条板上设置两个通光孔，两个通光孔分别用于通过低旋光系数光学玻璃6的出射光束和高旋光系数光学玻璃4的出射光束，所述通光孔的直径为光源1发射的光束的直径的1至5倍，两个通光孔的间距小于两块光学玻璃的出射光束的间距。

本实施方式所述的光束选择部7的结构示意图如图3和图4所示，其通光孔的直径为R1，当光学电流传感器测量大电流时，工作方式如图1所示，当光学电流传感器测量小电流时，工作方式如图2所示。

工作原理：本发明基于法拉第磁光效应，当一束线偏振光通过磁光材料时，在沿着光传播方向的外加磁场作用下，光的偏振面发生旋转。偏振面的旋转角大小与外加磁场大小有关，而由于外加磁场大小直接取决于待测电流，因而可通过测得的偏振光的旋转角大小获得待测电流值。待测电流值与偏振光的旋转角大小的关联系数称为旋光系数，由于不同种类玻璃的旋光系数不同，因而可采用高旋光系数的光学玻璃测量小电流，而采用低旋光系数的玻璃测量大电流。

Claims (3)

1.一种多量程式光学电流传感器，其特征在于，它包括光源（1）、第一偏振片（2）、第一半透半反镜（3）、高旋光系数光学玻璃（4）、第一全反镜（5）、低旋光系数光学玻璃（6）、光束选择部（7）、第二全反镜（8）、第二半透半反镜（9）、第二偏振片（10）和光电探测器（11），

光源（1）发射的光束经第一偏振片（2）透射后获得偏振光束，该偏振光束经第一半透半反镜（3）透射后获得透射光束b，该偏振光束经第一半透半反镜（3）反射后获得反射光束a，

反射光束a经第一全反镜（5）反射后入射至低旋光系数光学玻璃（6），低旋光系数光学玻璃（6）的出射光束入射至光束选择部（7），经光束选择部（7）选择后入射至第二全反镜（8），该第二全反镜（8）的反射光束经第二半透半反镜（9）反射后，再经过第二偏振片（10）获得偏振光束，该偏振光束被光电探测器（11）的光敏面接收；

透射光束b经高旋光系数光学玻璃（4）透射后入射至光束选择部（7），经光束选择部（7）选择后入射至第二半透半反镜（9），经第二半透半反镜（9）透射获得的透射光束经过第二偏振片（10）获得偏振光束，该偏振光束被光电探测器（11）的光敏面接收。

2.根据权利要求1所述的多量程式光学电流传感器，其特征在于，所述光源（1）为半导体激光器，所述半导体激光器的波段为632nm。

3.根据权利要求1或2所述的多量程式光学电流传感器，其特征在于，所述光束选择部（7）由绝缘且不透光的材料制成，光束选择部（7）为长条板，长条板上设置两个通光孔，两个通光孔分别用于通过低旋光系数光学玻璃（6）的出射光束和高旋光系数光学玻璃（4）的出射光束，所述通光孔的直径为光源（1）发射的光束的直径的1至5倍，两个通光孔的间距小于两块光学玻璃的出射光束的间距。

Images