CN105372477B - 干涉式精确电流传感器 - Google Patents
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Abstract
一种干涉式精确电流传感器，包括：激光器，光纤分束器，被测导线，光纤线圈，保偏光纤，光纤合束器，光探测器，信号处理器，其特征在于：激光器为线偏振激光器或者输出端具有偏振片，该激光器发射出的光经保偏光纤传输到光纤分束器，由光纤分束器分为四束相同的子光束，这四束子光束分别经过保偏光纤传输到一个光纤线圈内，这四个光纤线圈均缠绕在被测导线上，四个光纤线圈除位置错开之外，缠绕方式以及匝数均相同，其中一个光纤线圈的光纤外表面具有电磁屏蔽层，其中每两个光纤线圈的输出端连接到一个光纤合束器，每个光纤合束器的输出端分别通过光纤连接到一个光探测器，两个光探测器的输出端经由信号线连接到同一个信号处理器。
Description
技术领域
本发明涉及光纤电流传感器，尤其涉及一种测量准确的光纤电流传感器，属于电流测量领域。
背景技术
现代工业的高速发展，对电网的输送和检测提出了更高的要求，传统的高压大电流的测量手段将面临严峻的考验.随着光纤技术和材料科学的发展而发展起来的光纤电流传感系统，因具有很好的绝缘性和抗干扰能力，较高的测量精度，容易小型化，没有潜在的爆炸危险等一系列优越性，而受到人们的广泛重视.光纤电流传感器的主要原理是利用磁光晶体的法拉弟效应.根据of＝VBI，通过对法拉弟旋转角OF的测量，可得到电流所产生的磁场强度，从而可以计算出电流大小.由于光纤具有抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、信号衰减小的优点，因而在法拉弟电流传感器研究中，一般均采用光纤作为传输介质，其工作原理图1所示。
激光束通过光纤，并经起偏器产生偏振光，经自聚焦透镜入射到磁光晶体：在电流产生的外磁场作用下，偏振面旋转θF角度；经过检偏器、光纤，进人信号检测系统，通过对θF的测量得到电流值.
当设置系统中两偏振器透光主轴的夹角为45°，经过传感系统后的出射光强为：
I＝(lo/2)(1+sin2θF)
式中lo为入射光强.通过对出射光强的测量，就可以得出θF，从而可测出电流的大小。
但是，现有技术中的光纤电流传感器均存在一个问题，那就是精确度不高，稳定性较差，经过我们的分析，产生这些问题的原因主要在于外界的干扰较强。例如在野外进行测量时，由于测量环境的变化，例如刮风，会导致输电线和光纤圈的晃动，这些晃动，以及其他可能的震动等都可能导致光纤中线偏振光偏振态的变化，也即会发生偏振面的旋转，但是这样导致的偏振面的旋转并不是由于输电线内电流强度变化造成的，而是由于扰动造成的，但是在测量结果上却体现在了电流上，由此导致测量结果出现误差。
本发明就是针对上述问题提出来的，以解决现有技术中光纤电流传感器测量精度低，稳定性差的问题。
发明内容
本发明提供了一种全新的电流传感器，该传感器可精确的测量出导线内传输的电流量，能够完全克服现有技术中的缺陷，完全不受环境因素的影响。
根据本发明的一实施例，提供了一种干涉式精确电流传感器，包括：激光器，光纤分束器，被测导线，光纤线圈，保偏光纤，光纤合束器，光探测器，信号处理器，其特征在于：激光器为线偏振激光器或者输出端具有偏振片，该激光器发射出的光经保偏光纤传输到光纤分束器，由光纤分束器分为四束相同的子光束，这四束子光束分别经过保偏光纤传输到一个光纤线圈内，这四个光纤线圈均缠绕在被测导线上，四个光纤线圈除位置错开之外，缠绕方式以及匝数均相同，其中一个光纤线圈的光纤外表面具有电磁屏蔽层，其中每两个光纤线圈的输出端连接到一个光纤合束器，每个光纤合束器的输出端分别通过光纤连接到一个光探测器，两个光探测器的输出端经由信号线连接到同一个信号处理器。
根据本发明的另外一实施例，所述光纤分束器的数量为一个，该一个光纤分束器直接将入射光束分为均等的四份。
根据本发明的另外一实施例，所述光纤分束器的数量为三个。
根据本发明的另外一实施例，所述屏蔽层为金属涂覆层，厚度为几个微米。
根据本发明的另外一实施例，所述保偏光纤的长度为10cm以下。
根据本发明的一实施例，提供了一种利用电流传感器进行电流测量的方法，其特征在于包括以下步骤：激光器发出的激光束经由光纤分束器之后变为四束完全相同的线偏振激光束，这四束线偏振激光束分别经过保偏光纤进入到一个光纤线圈上，其中每两个光纤线圈出射的光束进行干涉，然后再对干涉后的光强进行检测，从而得到两个检测结果，四个光纤线圈中的一个的光纤上包覆有电磁屏蔽层，使得被测导线中的电磁场不能对该光纤线圈内的线偏振光产生影响，能够对偏振态产生影响的只是环境的因素，将该光纤线圈输出的光束与另外一个光纤线圈输出的光束进行相干作用即可在由光探测器所探测的结果中得到体现，干涉以后光强的变化仅是由电流引起的改变，然后将该光强测量结果与另外两个光纤线圈输出光的干涉结果进行对比，另外两个线圈干涉后产生的光强为基准值，根根据对比结果即可得出偏振面旋转的角度，进而得到导线内的电流值。
根据本发明的一实施例，所述光纤线圈的匝数为30圈。
根据本发明的一实施例，所述信号处理器为PC机或单片机。
根据本发明的一实施例，所述屏蔽层的厚度为2微米。
附图说明
附图1是现有技术中电流传感器的示意图；
附图2是本发明中精确的干涉式电流传感器的示意图。
在上述的附图中，1表示激光器，2和10表示光纤分束器，3表示被测导线，4表示光纤线圈，5表示保偏光纤，6表示屏蔽层，7表述光纤合束器，8表示光强探测器，9表示信号处理器。
具体实施方式
下面将在结合附图2的基础上详细描述本发明的实施例，在该实施例中，本发明的电流传感器包括激光器1，该激光器发射出线偏振激光束，发出的光经保偏光纤传输到第一光纤分束器10，被第一光纤分束器分为相同的两束光，分别为第一束光和第二束光，然后这两束光分别经保偏光纤5传输到一个1∶1的第二光纤分束器2，其中第一束光经由第二光纤分束器2分束之后变为相同的两束光，分别为第三束光和第四束光，第三束光和第四束光中的每一束均经过保偏光纤5分别传输到第一光纤线圈和第二光纤线圈4内，其中每个光纤线圈的数量为至少一圈，两个光纤线圈以完全相同的但是位置错开的方式缠绕在被测导线上。其中第一光纤线圈和第二光纤线圈4中的一个光纤外包覆有电磁屏蔽层6，例如金属层，第一光纤线圈和第二光纤线圈的输出端分别经由保偏光纤连接到光纤合束器7上，光纤合束器7经由光纤连接到光探测器8上。所述第二束光由另外一个第二光纤分束器2分束之后也变为相同的两束光，分别为第五束光和第六束光。第五束光和第六束光中的每一束均经过保偏光纤5分别传输到第三光纤线圈和第四光纤线圈4内，其中每个光纤线圈的数量为至少一圈，两个光纤线圈以与第一和第二光纤线圈完全相同的但是位置错开的方式缠绕在被测导线上，也即四个光纤线圈除位置错开之外，缠绕方式相同，并且这四个光纤线圈的圈数也是一样的。第三光纤线圈和第四光纤线圈的输出端分别经由保偏光纤连接到另外一个光纤合束器7上，该光纤合束器7经由光纤连接到另外一个光探测器8上。两个光探测器分别经由信号线连接到信号处理器9上，由信号处理器9来处理由两个光探测器传输来的光强信号。
下面来说明本发明的电流传感器的测量方法及所取得的效果，根据本发明的电流传感器，激光器发出的线偏振激光束经由第一光纤分束器和第二光纤分束器之后变为四束完全相同的线偏振激光束，这四束线偏振激光束分别经过保偏光纤进入到一个缠绕到被测导线上、圈数相同的光纤线圈上，其中每两个光纤线圈出射的光束进行干涉，然后再对干涉后的光强进行检测，从而得到两个检测结果，然后对这两个检测结果进行比对即可得出导线中电流的大小。这四个光纤线圈中的一个的光纤上包覆有电磁屏蔽层，例如金属层，由于该光纤线圈的光纤包覆有电磁屏蔽层，使得被测导线中的电磁场不能对该光纤线圈内的线偏振光产生影响，能够产生影响的只是环境的因素，这样，将该光纤线圈输出的光束与另外一个光纤线圈输出的光束进行相干作用即可在由光探测器所探测的结果中得到体现，也即干涉以后光强的变化仅是由电流引起的改变，而环境因素所造成的变化由于对于两个光纤线圈来说是一样的，所以在两束光干涉之后该因素就得到了消除，然后将该光强测量结果与另外两个光纤线圈输出光的干涉结果进行对比，由于另外两个光纤线圈均没有设置电磁屏蔽层，所以另外两个线圈干涉后产生的光强为基准值，所以根据简单的对比即可得出偏振面旋转的角度，进而得到导线内的电流值。
其中，为了使得测量结果尽可能准确，所使用的其中每两个器件之间的保偏光纤的长度要尽可能短，例如可设置在10cm以下，更短的可设置为5cm以下。
综上所述，通过本发明的方法即可简单的消除环境因素的影响，从而得到准确的测量结果。
其中的电磁屏蔽层可为简单涂覆的一层金属层，例如铝层或铜层，只要能实现电磁屏蔽作用即可。屏蔽层的厚度可设置为几个微米，例如2微米。
光纤线圈的匝数可设置为多一点，以进一步提高测量精度，例如可设置为30圈。
信号处理器可为现有技术中任意的能够进行数据处理的装置，例如PC机，单片机等等。
其中的激光器可不为线偏振激光器，可以在激光器外面增加一个偏振片以实现激光束的线偏振化。
需要说明的是，上面的说明均是以特定的实施方式进行的，但是这并不能解释为对本发明的限制，对于本领域技术人员来说，在上述公开的基础上进行的各种公知的变形及改进均处于本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种干涉式精确电流传感器，包括：激光器，光纤分束器，被测导线，光纤线圈，保偏光纤，光纤合束器，光探测器，信号处理器，其特征在于：激光器为线偏振激光器或者输出端具有偏振片，该激光器发射出的光经保偏光纤传输到光纤分束器，由光纤分束器分为四束相同的子光束，这四束子光束分别经过保偏光纤传输到四个光纤线圈内，这四个光纤线圈均缠绕在被测导线上，四个光纤线圈除位置错开之外，缠绕方式以及匝数均相同，其中一个光纤线圈的光纤外表面具有电磁屏蔽层，其中两个光纤线圈的输出端连接到一个光纤合束器，另外两个光纤线圈的输出端连接到另一个光纤合束器，两个光纤合束器的输出端分别通过光纤连接到两个光探测器，两个光探测器的输出端经由信号线连接到同一个信号处理器。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于：所述光纤分束器的数量为一个，该一个光纤分束器直接将入射光束分为均等的四份。
3.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于：所述光纤分束器的数量为三个。
4.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于：所述屏蔽层为金属涂覆层，厚度为2微米。
5.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于：所述保偏光纤的长度为10cm以下。
6.一种利用权利要求1-5中任一电流传感器进行电流测量的方法，其特征在于包括以下步骤：激光器发出的激光束经由光纤分束器之后变为四束完全相同的线偏振激光束，这四束线偏振激光束分别经过保偏光纤进入到四个光纤线圈上，将其中两个光纤线圈出射的光束进行干涉，将另外两个光纤线圈出射的光束进行干涉，然后再对干涉后的光强进行检测，从而得到两个检测结果，四个光纤线圈中的一个的光纤上包覆有电磁屏蔽层，使得被测导线中的电磁场不能对该光纤线圈内的线偏振光产生影响，能够对偏振态产生影响的只是环境的因素，将该光纤线圈输出的光束与另外一个光纤线圈输出的光束进行相干作用即可在由光探测器所探测的结果中得到体现，干涉以后光强的变化仅是由电流引起的改变，然后将该光强测量结果与另外两个光纤线圈输出光的干涉结果进行对比，另外两个线圈干涉后产生的光强为基准值，根据对比结果即可得出偏振面旋转的角度，进而得到导线内的电流值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述光纤线圈的匝数为30圈。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述信号处理器为PC机或单片机。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述屏蔽层的厚度为2微米。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100659564B1 (ko) * | 2004-08-21 | 2006-12-19 | 일진전기 주식회사 | 광 전류센서 |
| CN101226210A (zh) * | 2007-01-18 | 2008-07-23 | 武汉晟思高新技术有限公司 | 一种反射式偏振无关的小型化光电互感器 |
| CN103063897A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-04-24 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种传感光纤线圈以及抗振型全光纤电流互感器 |
| CN205427017U (zh) * | 2015-12-04 | 2016-08-03 | 华北电力大学（保定） | 干涉式精确电流传感器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102753986B (zh) * | 2009-09-11 | 2015-10-07 | 阿尔斯通技术有限公司 | 用于差动保护方案的主-从光纤电流传感器 |
| RU2437106C2 (ru) * | 2009-12-29 | 2011-12-20 | Закрытое акционерное общество "Профотек" | Волоконно-оптический датчик тока |
-
2015
- 2015-12-04 CN CN201510893821.7A patent/CN105372477B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100659564B1 (ko) * | 2004-08-21 | 2006-12-19 | 일진전기 주식회사 | 광 전류센서 |
| CN101226210A (zh) * | 2007-01-18 | 2008-07-23 | 武汉晟思高新技术有限公司 | 一种反射式偏振无关的小型化光电互感器 |
| CN103063897A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-04-24 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种传感光纤线圈以及抗振型全光纤电流互感器 |
| CN205427017U (zh) * | 2015-12-04 | 2016-08-03 | 华北电力大学（保定） | 干涉式精确电流传感器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Study of fiber-optic current sensing based on degree of polarization measurement;刘峰 等;《Chinese Optics Letters》;20070510;第5卷(第5期);第267-269页 * |
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