CN103995166A - 一种温度补偿的光学电流测量模块及光学电流互感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度补偿的光学电流测量模块及光学电流互感器，该光学电流测量模块包括用于与光源连接的入射光纤和用于与光信号解调器连接的出射光纤，入射光纤和出射光纤之间顺次布设有第一自聚焦透镜、起偏器、磁光玻璃、检偏器和第二自聚焦透镜；磁光玻璃表面设有用于测量其内部温度的温度传感器。本发明在测量光学元表面设置温度传感器，测量磁光玻璃的内部温度，感知其温度变化，从出射光信号E2中解调出磁光玻璃感受到的被测电流，再通过温度补偿的方式修正磁光玻璃的法拉第磁偏角的系数，实现精确测量电流的补偿。这种光学电流测量模块的结构稳定性好，测量精度高，具有测量动态范围大、无电磁饱和、测量频带宽、温度范围宽的特点。

Description

一种温度补偿的光学电流测量模块及光学电流互感器

技术领域

本发明涉及一种温度补偿的光学电流测量模块及光学电流互感器。

背景技术

由于传统的电磁式电流互感器存在的铁磁材料饱和、直流分量测量和高压绝缘等问题，随着我国智能电网的发展，就需要解决这些影响超高压和特高压发展的关键技术，为此，近年来发展了多种形式的新型电子式电流互感器，其中，基于法拉第磁光效应的光学电流互感器具有绝缘性能优良、无暂态磁饱和、动态测量范围大、频率响应宽、抗电磁干扰能力强、体积小重量轻、易与数字设备接口等优点，是最理想的电子式电流互感器，是电子式电流互感器发展的主要方向。

光学电流传感器相较于传统电流传感器具有安全性高、精度高、测量范围广等众多的优点，但是至今在实际应用中并未得到充分的推广，原因在于目前的光学电流传感器，受温度、时间、位置、外磁场等诸多因素的影响，

导致传感器精度难以满足要求，而大电流、超大电流的测量往往在十分恶劣的环境下进行，这就导致温度对传感器的影响尤为突出，由于温度对光学传感器件(磁光玻璃或传感光纤)的影响直接导致了测量精度降低和误差增大，严重影响电流测量的精度和准确性，很难满足0.2s级的测量精度要求。

光学电流传感器的原理：光束通过磁光晶体(一般为磁光玻璃)时，在磁场的影响下由于法拉第效应，光场的偏振态会发生旋转。将光束通过起偏器得到线偏振光；再通过磁光晶体，在磁场的影响下，光束偏振方向发生旋转；用检偏器检测偏振方向旋转角，即可测量出磁场的大小。由于电流的磁效应会产生磁场，通过测量磁场的大小可计算出相应的电流大小。但是因为磁光晶体的费尔德常数大小与温度成反比，所以在环境温度变化较大时，测量结果会有一定误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度补偿的光学电流测量模块，以解决现有光学电流传感器受温度影响无法精确测量电流的问题，同时提供一种使用该光学电流测量模块的光学电流互感器。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种温度补偿的光学电流测量模块，包括用于与光源连接的入射光纤和用于与光信号解调器连接的出射光纤，所述入射光纤和出射光纤之间顺次布设有第一自聚焦透镜、起偏器、磁光玻璃、检偏器和第二自聚焦透镜；所述磁光玻璃表面设有用于测量其内部温度的温度传感器。

该光学电流测量模块密封于密闭非磁性容器内。

所述温度传感器为光纤温度传感器，该光纤温度传感器的信号输出端通过光纤与光信号解调器连接。

所述光源为光信号解调器内设的光源。

本发明温度补偿的光学电流互感器所采用的技术方案是：一种温度补偿的光学电流互感器，包括光源和光信号解调器以及光学电流测量模块，所述光学电流测量模块包括用于与光源连接的入射光纤和用于与光信号解调器连接的出射光纤，所述入射光纤和出射光纤之间顺次布设有第一自聚焦透镜、起偏器、磁光玻璃、检偏器和第二自聚焦透镜；所述磁光玻璃表面设有用于测量其内部温度的温度传感器。

该光学电流测量模块密封于密闭非磁性容器内。

所述温度传感器为光纤温度传感器，该光纤温度传感器的信号输出端通过光纤与光信号解调器连接。

所述光源为光信号解调器内设的光源。

本发明的温度补偿的光学电流测量模块及光学电流互感器在测量光学元件——磁光玻璃表面设置温度传感器，用于测量磁光玻璃的内部温度，再通过接收出射光信号E2，从中解调出磁光玻璃感受到的被测电流，利用温度传感器感知磁光玻璃的内部温度变化，通过温度补偿的方式，修正磁光玻璃的法拉第磁偏角的系数，实现精确测量电流的补偿。这种光学电流测量模块的结构稳定性好，测量精度高，不仅具有测量动态范围大、无电磁饱和、测量频带宽、温度范围宽的特点，而且还具有环保和安全的优点。

附图说明

图1为本发明光学电流测量模块结构示意图；

图2为本发明光学电流互感器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明温度补偿的光学电流测量模块实施例的结构原理图，由图可知，该测量模块包括用于与光源连接的入射光纤和用于与光信号解调器连接的出射光纤，入射光纤和出射光纤之间顺次布设有第一自聚焦透镜11、起偏器2、磁光玻璃3、检偏器4和第二自聚焦透镜12；该磁光玻璃表面设有用于测量其内部温度的温度传感器5。

本实施例的温度传感器为光纤温度传感器，该光纤温度传感器的输出信号通过温度信号光纤与光信号解调器的温度信号光接收器连接；出射光纤与光信号解调器的光信号接收器连接。采用光纤温度传感器可以使其应用于各种高压环境，适应性较强，对环境要求较低。

另外，该光学电流测量模块密封于密闭非磁性容器6内，对相应的元件起到了保护作用，避免了对元件的损坏，并且也排除了温度变化时水分等(比如温度降低时出现的水分凝结现象)对测量精度的影响，外部环境温度变化较大时，容器内部的密闭环境变化较为缓慢，营造了一个比较稳定的测量环境。

本实施例的光源采用光信号解调器自身内设的光源，形成一个闭环测量回路，根据测量需要进行调节，更为方便可靠。当然，此处的光源也可以采用一个恒定的外部光源。

如图2所示，本发明还提供了一种温度补偿的光学电流互感器，包括光源和光信号解调器以及与光源和光信号解调器连接的光学电流测量模块，所述光学电流测量模块的结构如上所述。

本发明的工作原理如下：光强为E1的入射光经第一自聚焦透镜11传导至起偏器2产生偏振光E0，再经磁光玻璃3和检偏器4传导至第二自聚焦透镜12出射后，出射光的光强为E2；光纤温度传感器5固定于磁光玻璃表面用于测量温度模块的内部温度。通过光信号解调器接收出射光信号E2，从中解调出磁光玻璃感受到的被测电流，利用光纤温度传感器感知磁光玻璃的内部温度变化，通过温度补偿的方式，修正磁光玻璃的法拉第磁偏角的系数，达到精确测量电流的目的。

本发明光信号与温度信号分别为独立的测量信号，将其转换为电流信号后进行处理，数据处理较为简单方便，实用性强，可操作性高。该光学电流测量模块电流精确测量的原理及过程如下：根据法拉第磁旋光效应表述，当电流i产生的磁场方向与通过磁光玻璃的线偏振光的传播方向平行时，其线偏振光的偏振角将发生变化，偏振角θ＝V(α)·K·i

式中V(α)——磁光材料的菲尔德常数，是温度的函数；

i——被测电流；

K——磁场积分与被测电流的倍数关系。

当考虑到温度因素时，经检偏器后的输出光强E₂= $\frac{E_0}{2}*(1-\sin \left(2\mathrm{\θ}\right)+F\left(\mathrm{\α}\right)),$

式中E₀为入射线偏振光的强度；

F(α)是由温度引起的磁光玻璃的光强变化；

θ被测电流产生的线偏振光偏振面的旋转角。

因2θ≈0时，sin(2θ)≈2θ，因此，只要测出磁光玻璃的温度，就可以实现对电流精确测量。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种温度补偿的光学电流测量模块，其特征在于：包括用于与光源连接的入射光纤和用于与光信号解调器连接的出射光纤，所述入射光纤和出射光纤之间顺次布设有第一自聚焦透镜、起偏器、磁光玻璃、检偏器和第二自聚焦透镜；所述磁光玻璃表面设有用于测量其内部温度的温度传感器。

2.根据权利要求1所述的温度补偿的光学电流测量模块，其特征在于：该光学电流测量模块密封于密闭非磁性容器内。

3.根据权利要求1所述的温度补偿的光学电流测量模块，其特征在于：所述温度传感器为光纤温度传感器，该光纤温度传感器的信号输出端通过光纤与光信号解调器连接。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的温度补偿的光学电流测量模块，其特征在于：所述光源为光信号解调器内设的光源。

5.一种温度补偿的光学电流互感器，包括光源和光信号解调器以及光学电流测量模块，其特征在于：所述光学电流测量模块包括用于与光源连接的入射光纤和用于与光信号解调器连接的出射光纤，所述入射光纤和出射光纤之间顺次布设有第一自聚焦透镜、起偏器、磁光玻璃、检偏器和第二自聚焦透镜；所述磁光玻璃表面设有用于测量其内部温度的温度传感器。

6.根据权利要求5所述的温度补偿的光学电流互感器，其特征在于：该光学电流测量模块密封于密闭非磁性容器内。

7.根据权利要求5所述的温度补偿的光学电流互感器，其特征在于：所述温度传感器为光纤温度传感器，该光纤温度传感器的信号输出端通过光纤与光信号解调器连接。

8.根据权利要求5～7任意一项所述的温度补偿的光学电流互感器，其特征在于：所述光源为光信号解调器内设的光源。