CN105629033B - 一种利用磁光材料测量导体电流的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用磁光材料测量导体电流的装置及方法。本发明通过设置两个相对固定放置的磁光材料来同时作为电流传感器件；测量导体电流过程中，保证两个磁光材料的相对位置固定不变。当这两个磁光材料处于通电导体所形成的磁场中时，两个磁光材料内通过的偏振光都会由于法拉第效应而使偏振方向发生偏转；通过测量两束偏振光经两个磁光材料后每一个偏振光的偏振方向所发生的偏转角，结合两个磁光材料内通光光路距导体中心的距离差就可计算出导体内的电流。采用本发明测量导体电流时，磁光材料距导体的安装距离不敏感，可消除现有技术中因磁光材料与导体之间位置的不确定性而造成的测量误差。

Description

一种利用磁光材料测量导体电流的装置及方法

技术领域

本发明涉及电流测量技术领域，具体地说是一种利用磁光材料测量导体电流的装置及方法。

背景技术

电流测量，尤其是大电流测量，是电力系统、供电系统和大型生产企业在电力保障方面的一项重要工作。目前该领域普遍采用的是电磁式互感测量方式，这种方式的测量技术非常成熟，但存在着一些严重的缺点：一、设备笨重(因为存在线包和铁芯)；二、在互感过程中耗能高；三、为了防止过热，需要将设备发热部分浸入到油中，带来极大的公共安全及正常生活秩序的隐患。

近些年，采用光传感技术进行电流测量日益受到重视。目前主流技术是利用法拉第磁光效应。利用法拉第磁光效应测电流又分为两类，一类是采用光纤环绕在电流导体的周围，通过测量电流产生的磁感应强度，从而实现电流的测量；另一类是采用磁光材料，将磁光材料放在导体附近，通电导体产生的磁场会改变通过磁光材料的光的偏振态，通过测量光的偏振态随着磁场的变化情况，实现对导体的电流测量。

如图1所示，图1是采用磁光材料测量导体电流的原理图。当一束偏振光通过一个处于磁场当中的磁光材料时，其偏振方向由于法拉第磁光效应而发生改变，在磁光材料长度一定的情况下，偏振方向改变的角度β随磁感应强度B的增加而增加。而在导体中有电流通过的时候，在导体周边就会产生随着电流的增加而增加的磁场，利用图1长度为D的磁光材料，通过测量偏振光由于磁场变化产生的偏转角度，从而计算出导体中的电流强度。

在使用磁光材料测量导体电流的系统上，磁光材料作为一种传感介质，通常是将其放置在导体附近或者紧贴导体，从而实现电流测量。如图2所示，图2中示出了磁光材料、导体、光输入和光输出路径(光输入和光输出路径均采用光纤来实现)等的侧视图(图2(a))及端视图(图2(b))。

前普遍采用的利用磁光材料测量导体电流的系统示意图如图3所示。其中光源产生一 束光，通过一个起偏器变成偏振光，再通过放置在电流导体(以下图示中图4~图11所示的导体均为导体横截面)附 近的磁光材料，由于电流磁场的作用，磁光材料使得通过的偏振光的偏振方向发生偏转，在 另一端输出的光就是一个与之前输入偏振光偏振方向不一致的偏振光。这个输出偏振光再通 过一个检偏器(或叫偏振片，这个检偏器的偏振化方向是已知的，比如和前面的起偏器的偏 振化方向一致)；这时候通过检偏器的光强就会减弱，因为光的偏振方向发生了偏转，只有平 行于检偏器偏振轴方向的偏振光分量能够通过。而且电流越大周边磁场越强，磁光材料对通 过的偏振光偏振方向的偏转就越大，通过检偏器的光强就越小(这里选定磁光材料使偏振光 偏振方向发生偏振的偏转角不超过90°)。使用一个光探测器接收检偏器的输出光，并产生一 个电信号，通过一个信号处理电路与光源输出光光强进行比较、计算即可测出电流导体中的 电流强度。

图4是在图3基础上改进的利用磁光材料测量导体电流的系统示意图，其中光源发出的光经过起偏器变成偏振光以后进入磁光材料，在导体电流产生的磁场作用下，通过磁光材料的偏振光的偏振方向发生偏转，之后进入一个偏振分束器，被分束成两束偏振方向相互垂直的偏振光。通过测量这两束偏振光的光强并进行比较，即可计算出磁光材料对光的偏振程度，从而计算出电流强度。比如偏振分束器的一个偏振轴a与起偏器的偏振化方向一致，那么在接收到通过磁光材料的受磁场影响发生偏转的偏振光时，随着磁场的增强，通过偏振轴a的光强度就会减小，通过偏振分束器另外一个偏振轴b的光强就会增强。图4所示系统与图3相比的区别在于，只需要比较偏振分束器两个输出光的光强大小即可测量电流，而最重要的是这种系统不受光源输出功率波动和传输过程中光衰减的影响。

但是，在放置磁光材料过程中，通常磁光材料相对于导体的位置会有不确定性。比如电流导体会有不同厚度的外包绝缘层；或者由于安装条件限制，测量电流用的探头无法紧贴导体等；另一个位置不确定性的重要来源是在实际使用中不可避免的机械震动。磁光材料是通过感受导体周边磁感应强度来测量电流的，而导体周边的磁场，是随着距离导体的位置而有变化的，距离导体越近，磁感应强度越大，距离越远，磁感应强度越小。这种情况就为采用磁光材料测量导体电流带来了不便，会因为磁光材料与导体之间位置的微小变化而产生测量误差。因此，磁光材料与导体之间位置的不确定性是采用非环绕磁光材料测量导体电流形成测量误差的最重要来源之一。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种利用磁光材料测量导体电流的方法，该方法能够在磁光材料摆放距离不受限制的情况下准确测量导体的电流。

本发明的目的之二就是提供一种利用磁光材料测量导体电流的装置，采用该装置测量导体电流，可消除现有技术中由于磁光材料与导体之间位置距离的不确定性而造成的测量误差。

本发明的目的之一是这样实现的：一种利用磁光材料测量导体电流的方法，包括如下步骤：

a、使第一磁光材料和第二磁光材料分别相对导体而放置，且两个磁光材料的相对位置固 定，第一磁光材料距导体的距离小于第二磁光材料距导体的距离；

b、设置光源；使光源发出的光转变为两束偏振光，分别为第一偏振光和第二偏振光；使第一偏振光通过第一磁光材料，使第二偏振光通过第二磁光材料；

c、测量第一偏振光通过第一磁光材料后光束偏振方向发生偏转的第一偏转角β₁，测量第二偏振光通过第二磁光材料后光束偏振方向发生偏转的第二偏转角β₂；

d、根据如下公式计算导体内的电流：

上述公式中，μ₀为真空磁导率，ΔR为两个磁光材料之间的距离，V₁和D₁分别为第一磁光材料的维尔德系数和长度，V₂和D₂分别为第二磁光材料的维尔德系数和长度，θ₁为导体内电流在第一磁光材料处产生的磁场的方向与第一偏振光在第一磁光材料内的传输方向之间的夹角，θ₂为导体内电流在第二磁光材料处产生的磁场的方向与第二偏振光在第二磁光材料内的传输方向之间的夹角。

本发明通过设置两个相对放置的磁光材料(例如为磁光晶体或磁光玻璃等)来同时作为电流传感器件，测量导体电流过程中，保证两个磁光材料的相对位置固定不变，以使两个磁光材料内传输光路距导体中心的距离差ΔR固定不变；两个磁光材料距离导体的位置没有特别限制，可以近些，也可以稍远些；两个磁光材料距离导体一远一近，如图5～图8所示，一个磁光材料内传输光路距导体中心之间的距离为R₁，另一个磁光材料内传输光路距导体中心的距离为R₂，且R₁＜R₂，R₁+ΔR＝R₂。使每一个磁光材料内通入一束偏振光，由于法拉第效应，偏振光在经过磁光材料后偏振方向发生了偏转，偏振方向改变的角度正比于磁感应强度。由于两个磁光材料距导体的距离不同，因此两个磁光材料处的磁感应强度不同，故两束偏振光通过两个磁光材料后偏振方向改变的角度不同。本发明通过分别测量两束偏振光通过各自对应的磁光材料后偏振方向改变的角度β₁和β₂(偏振方向改变的角度可根据光强的变化而求出)，再根据公式即可求出导体内的电流。公式中：V₁和V₂分别为两个磁光材料的维尔德系数，D₁和D₂分别为两个磁光材料的长度，θ₁和θ₂分别为两个磁光材料内的光传输方向与导体内电流在各自磁光材料处产生的磁场方向之间的夹角；在测量电流过程中，V₁、V₂、D₁、D₂、θ₁和θ₂这些参数都是已知或可测量的，因此， 通过上述公式就能计算出导体的电流。且上述计算公式中不涉及磁光材料与导体之间的距离，因此，测量过程中不受两个磁光材料摆放位置的限制，消除了现有技术中因为磁光材料与导体之间位置的不确定性而造成的测量误差。

本发明的目的之二是这样实现的：一种利用磁光材料测量导体电流的装置，包括：

第一磁光材料；

第二磁光材料；所述第二磁光材料和所述第一磁光材料的相对位置固定，且所述第一磁光材料距导体的距离小于所述第二磁光材料距导体的距离；

光源，用于产生一束测量光；

偏振分束单元，用于接收所述光源产生的一束测量光并分束为两束偏振光，两束偏振光分别入射所述第一磁光材料和所述第二磁光材料；

第一检偏器，用于接收来自所述第一磁光材料的出射光；

第二检偏器，用于接收来自所述第二磁光材料的出射光；

第一光探测器，用于接收来自所述第一检偏器的检偏输出光，并产生一个第一电信号；

第二光探测器，用于接收来自所述第二检偏器的检偏输出光，并产生一个第二电信号；以及

信号处理电路，分别与所述第一光探测器和所述第二光探测器相接，用于接收所述第一电信号和所述第二电信号，并根据接收到的电信号计算导体内的电流。

上述装置中，所述偏振分束单元包括起偏器和分束器；所述起偏器用于接收所述光源产生的测量光并输出一束偏振光，所述分束器用于将来自所述起偏器的一束偏振光分束为两束偏振光。

上述装置中，所述偏振分束单元包括分束器、第一起偏器和第二起偏器；所述分束器用于将所述光源产生的一束测量光分束为两束测量光；所述第一起偏器用于接收来自所述分束器的其中一束测量光并输出一束偏振光，所述第二起偏器用于接收来自所述分束器的另一束测量光并输出一束偏振光。

上述装置中，所述偏振分束单元为偏振分束器，所述偏振分束器用于将所述光源产生的一束测量光分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光。

本发明还提供了另一种利用磁光材料测量导体电流的装置，包括：

第一磁光材料；

第二磁光材料；所述第二磁光材料和所述第一磁光材料的相对位置固定，且所述第一磁光材料距导体的距离小于所述第二磁光材料距导体的距离；

光源，用于产生一束测量光；

偏振分束单元，用于接收所述光源产生的一束测量光并分束为两束偏振光，两束偏振光分别入射所述第一磁光材料和所述第二磁光材料；

第一偏振分束器，用于接收来自所述第一磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第二偏振分束器，用于接收来自所述第二磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第一光探测器和第二光探测器，两者分别接收来自所述第一偏振分束器的两束偏振光，并分别产生第一电信号和第二电信号；

第三光探测器和第四光探测器，两者分别接收来自所述第二偏振分束器的两束偏振光，并分别产生第三电信号和第四电信号；以及

信号处理电路，分别与所述第一光探测器、所述第二光探测器、所述第三光探测器和所述第四光探测器相接，用于接收所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号，并根据接收到的电信号计算导体内的电流。

本发明还提供了第三种利用磁光材料测量导体电流的装置，包括：

第一磁光材料；

第二磁光材料；所述第二磁光材料和所述第一磁光材料的相对位置固定，且所述第一磁光材料距导体的距离小于所述第二磁光材料距导体的距离；

光源，用于产生一束测量光；

偏振分束单元，用于接收所述光源产生的一束测量光并分束为两束偏振光，两束偏振光分别入射所述第一磁光材料和所述第二磁光材料；

第一渥拉斯顿棱镜，用于接收来自所述第一磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第二渥拉斯顿棱镜，用于接收来自所述第二磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；在所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜的后端均设置有双光纤准直器；

第一光探测器和第二光探测器，两者分别接收来自所述第一渥拉斯顿棱镜的两束偏振光，并分别产生第一电信号和第二电信号；

第三光探测器和第四光探测器，两者分别接收来自所述第二渥拉斯顿棱镜的两束偏振光，并分别产生第三电信号和第四电信号；以及

信号处理电路，分别与所述第一光探测器、所述第二光探测器、所述第三光探测器和所述第四光探测器相接，用于接收所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号，并根据接收到的电信号计算导体内的电流。

本发明还提供了第四种利用磁光材料测量导体电流的装置，包括：

第一磁光材料；

第二磁光材料；所述第二磁光材料和所述第一磁光材料的相对位置固定，且所述第一磁光材料距导体的距离小于所述第二磁光材料距导体的距离；

光源，用于产生一束测量光；

偏振分束器，用于接收所述光源产生的一束测量光并分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光，分别为透射偏振光和反射偏振光；所述透射偏振光入射所述第二磁光材料；

直角反射镜，用于对来自所述偏振分束器的反射偏振光进行反射，以使反射后的光束平行于所述偏振分束器输出的透射偏振光；经所述直角反射镜反射后的光束入射所述第一磁光材料；

第一渥拉斯顿棱镜，用于接收来自所述第一磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第二渥拉斯顿棱镜，用于接收来自所述第二磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第一光探测器和第二光探测器，两者分别接收来自所述第一渥拉斯顿棱镜的两束偏振光，并分别产生第一电信号和第二电信号；

第三光探测器和第四光探测器，两者分别接收来自所述第二渥拉斯顿棱镜的两束偏振光，并分别产生第三电信号和第四电信号；以及

信号处理电路，分别与所述第一光探测器、所述第二光探测器、所述第三光探测器和所述第四光探测器相接，用于接收所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号，并根据接收到的电信号计算导体内的电流；

所述偏振分束器、所述直角反射镜、所述第一磁光材料、所述第二磁光材料、所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜六者胶合在一起形成一个光学器件集成单元。

本发明还提供了第五种利用磁光材料测量导体电流的装置，包括：

第一磁光材料；

第二磁光材料；所述第二磁光材料和所述第一磁光材料的相对位置固定，且所述第一磁光材料距导体的距离小于所述第二磁光材料距导体的距离；

光源，用于产生一束测量光；

分束器，用于接收所述光源产生的一束测量光并分束为两束测量光，分别为第一分束测量光和第二分束测量光；

第一光环形器，用于接收来自所述分束器的所述第一分束测量光并输出一个第一光环形器测量光；

第二光环形器，用于接收来自所述分束器的所述第二分束测量光并输出一个第二光环形器测量光；

第一偏振分束器，用于接收来自所述第一光环形器输出的第一光环形器测量光，并产生一个第一透射偏振光；所述第一透射偏振光入射所述第一磁光材料，所述第一透射偏振光经所述第一磁光材料后偏振方向发生偏转形成第一偏转光；

第二偏振分束器，用于接收来自所述第二光环形器输出的第二光环形器测量光，并产生一个第二透射偏振光；所述第二透射偏振光入射所述第二磁光材料，所述第二透射偏振光经所述第二磁光材料后偏振方向发生偏转形成第二偏转光；

第一反射镜，用于对所述第一磁光材料输出的第一偏转光进行反射形成第一反射光，所述第一反射光入射所述第一磁光材料；所述第一反射光经所述第一磁光材料后偏振方向发生偏转形成第一返回偏转光，所述第一返回偏转光经所述第一偏振分束器后形成两束偏振方向相互垂直的偏振光，分别为第一返回透射偏振光和第一返回反射偏振光，所述第一返回透射偏振光经所述第一光环形器后形成第一返回光环形器测量光；

第二反射镜，用于对所述第二磁光材料输出的第二偏转光进行反射形成第二反射光，所述第二反射光入射所述第二磁光材料；所述第二反射光经所述第二磁光材料后偏振方向发生偏转形成第二返回偏转光，所述第二返回偏转光经所述第二偏振分束器后形成两束偏振方向相互垂直的偏振光，分别为第二返回透射偏振光和第二返回反射偏振光；所述第二返回透射偏振光经所述第二光环形器后形成第二返回光环形器测量光；

第一光探测器，用于接收来自所述第一偏振分束器输出的第一返回反射偏振光并产生第一电信号；

第二光探测器，用于接收来自所述第一光环形器输出的第一返回光环形器测量光并产生第二电信号；

第三光探测器，用于接收来自所述第二偏振分束器输出的第二返回反射偏振光并产生第三电信号；

第四光探测器，用于接收来自所述第二光环形器输出的第二返回光环形器测量光并产生 第四电信号；以及

信号处理电路，分别与所述第一光探测器、所述第二光探测器、所述第三光探测器和所述第四光探测器相接，用于接收所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号，并根据接收到的电信号计算导体内的电流。

本发明所提供的装置具有多种不同形式的结构；但是，所有这些装置在设计时的中心思想是一致的。本发明所提供的装置的中心思想是设置两个相对位置固定不变的磁光材料，由这两个磁光材料同时作为电流传感器件。当这两个磁光材料处于通电导体所形成的磁场中时，两个磁光材料内通入的偏振光都会由于法拉第效应而使偏振方向发生偏转；由于两个磁光材料距导体一远一近，因此两束偏振光分别在两个磁光材料内传输后偏振方向偏转的角度不同，通过测量可得出每一束偏振光在经过对应的磁光材料后偏振方向所偏转的角度(简称偏转角)，通过所测两个偏转角即可计算出导体内的电流。该电流的计算与磁光材料和导体之间的距离无关，因此可消除现有电流测量装置因磁光材料与导体之间位置的微小变化而造成的测量误差。

附图说明

图1是现有技术中采用磁光材料测量导体电流的原理图。

图2是现有技术中采用磁光材料测量导体电流时磁光材料和导体的放置位置示意图。

图3是现有技术中采用磁光材料测量导体电流的系统结构示意图。

图4是现有技术中在图3所示系统基础上改进后的测量导体电流的系统示意图。

图5是本发明实施例2的装置结构示意图。

图6是本发明实施例3的装置结构示意图。

图7是本发明实施例5的装置结构示意图。

图8是本发明实施例6的装置结构示意图。

图9是本发明实施例7的装置结构示意图。

图10是本发明实施例8的装置结构示意图。

图11所示为两个传感磁光材料在导体不同侧面与导体距离差的示意图。

图12所示为两个传感磁光材料在导体同一侧面但错开后与导体距离差示意图。

图中：1、第一磁光晶体，2、第二磁光晶体，3、导体，4、分束器，5、第一起偏器，6、第二起偏器，7、第一检偏器，8、第二检偏器，9、第一光探测器，10、第二光探测器，11、第三光探测器，12、第四光探测器，13、第一偏振分束器，14、第二偏振分束器，15、第三偏振分束器，16、第一渥拉斯顿棱镜，17、第二渥拉斯顿棱镜，18、双光纤准直器，19、直 角反射镜，20、第一光环形器，21、第二光环形器，22、第一反射镜，23、第二反射镜。

具体实施方式

实施例1，一种利用磁光材料测量导体电流的方法。

本发明实施例使用两个磁光晶体(一种磁光材料)做传感头(或称电流传感器件)，测量导体电流并消除因为传感头和导体摆放距离误差而产生的测量误差，具体理论依据如下：

如图1和图3所示，当导体中电流为I，距离导体为R的磁光材料所在位置处的磁感应强度为B，根据安培环路定理，B与I的关系为：

设导体为一段长直导线，当电流为I，距离导体为R处的磁感应强度B为：

式(2)中，μ₀为真空磁导率。

根据法拉第效应，磁感应强度B与光在长度为D的磁光材料中产生的光偏振旋转角度(或称偏转角)β的关系为：

式(3)中，θ为磁光材料内光传输方向与磁光材料处磁感应强度方向的夹角，V为磁光材料的维尔德系数(Verdet constant)。

利用法拉第磁光效应测量电流原理是：首先，通过测量偏振旋转角度β而得到磁感应强度B(见式(3))，然后，通过安培环路定理求得电流强度(见式(2))。

由式(2)和式(3)可以得到：

在基于法拉第磁光效应的电流传感器设计中，许多环节都会对测量精度产生影响。这包括磁光材料的维尔德系数测定，磁光材料的尺寸测定，实际使用时传感头相对于待测导体的空间位置，偏振方向变化角度的测量。

传感头相对于待测导体的空间位置又包括：传感头内通光方向与待测导体中心的距离R以及传感头内通光方向与传感头处磁场方向的夹角θ。本发明所要解决的问题就是：克服传感头通光方向离待测导体中心距离R对测量精度造成的影响。

设两个平行的传感头离待测导体的距离(指传感头内光束传输中心与导体中心的距离)分别为R₁和R₂，且R₁+ΔR＝R₂；两个传感头的维尔德系数分别为V₁和V₂，两者的尺寸分别 为D₁和D₂，两个传感头内通光方向与对应传感头位置处磁场方向之间的夹角分别为θ₁和θ₂，电流在两个传感头处导致的偏振旋转角度分别为β₁和β₂；则有：

根据式(5)、式(6)以及R₁和R₂之间的关系，可得出：

由式(7)可解出：

将式(8)代入公式(5)中，则有：

由公式(9)可解出导体内的电流I为：

在应用中，如果两个传感头选择相同的磁光材料，并加工成同样长度，且两个传感头内通光方向与磁场方向之间的夹角相同，则有：V₁＝V₂＝V，D₁＝D₂＝D，θ₁＝θ₂＝θ，公式(10)可化简为：

若两个传感头内通光方向与磁场方向之间的夹角为零，即：θ＝0，则有cosθ＝1，公式(11)可化简为：

从式(10)、(11)、(12)可以看出：采用两个平行的传感头，两个传感头分别与待测导体中心的距离R₁及R₂导致的误差相互抵消了。因此，只要测出经过两个传感头后偏振光偏振方 向的旋转角度β₁和β₂，以及两个传感头与导体之间的距离差ΔR，再结合其他参数即可得出电流值I。在实际应用中，可以事先将两个传感头固定在一起，以保证在现场使用过程中，始终保持ΔR不变。

本发明实施例提供的利用磁光材料测量导体电流的方法，包括如下步骤：

a、在待测导体附近设置两个磁光晶体，分别为第一磁光晶体和第二磁光晶体；使第一磁光晶体和第二磁光晶体的相对位置固定不变；第一磁光晶体距导体的距离较近，第二磁光晶体距导体的距离较远。两个磁光晶体内传输光线距导体中心的距离差为ΔR；第一磁光晶体的维尔德系数为V₁，长度为D₁；第二磁光晶体的维尔德系数为V₂，长度为D₂。

b、设置光源；使光源发出的光转变为两束线偏振光，分别为第一线偏振光和第二线偏振光；使第一线偏振光沿第一磁光晶体的轴心线入射第一磁光晶体，使第二线偏振光沿第二磁光晶体的轴心线入射第二磁光晶体。导体内的电流会在两个磁光晶体处产生磁场，第一磁光晶体处磁场方向与第一磁光晶体内第一线偏振光传输方向之间的夹角为θ₁，第二磁光晶体处磁场方向与第二磁光晶体内第二线偏振光传输方向之间的夹角为θ₂。由于法拉第效应，入射磁光晶体的线偏振光的偏振方向将发生偏转。

c、测量第一线偏振光通过第一磁光晶体后光束偏振方向发生偏转的第一偏转角β₁，测量第二线偏振光通过第二磁光晶体后光束偏振方向发生偏转的第二偏转角β₂。第一偏转角β₁可通过测量第一线偏振光通过第一磁光晶体后，再通过一个检偏器后光强的变化而求得，第二偏转角β₂可通过测量第二线偏振光通过第二磁光晶体后再通过一个检偏器后光强的变化而求得。

d、根据上面公式(10)即可计算得出导体内的电流I。

通过本发明中的方法，可在电流测量过程中解决由于传感头与导体之间的距离误差而导致的测量精度降低的问题。

说明：本发明实施例中采用线偏振光，其他偏振光(例如椭圆偏振光)只要是能够通过磁光材料因为电流磁场而产生角度偏转的，均可以使用本方法。

实施例2，一种利用磁光材料测量导体电流的装置。

如图5所示，本实施例中的装置包括第一磁光晶体1、第二磁光晶体2、分束器4、第一起偏器5、第二起偏器6、第一检偏器7、第二检偏器8、第一光探测器9、第二光探测器10、信号处理电路、光源以及实现这些器件连接的光路传输器件(例如光纤等)。

第一磁光晶体1和第二磁光晶体2均设置在待测导体3(图中所示为横截面)的附近，第一磁光晶体1和第二磁光晶体2距待测导体3的安装距离不限，但要保证两个磁光晶体的相 对位置保持不变。本实施例中第一磁光晶体1和第二磁光晶体2平行且成对设置，两者距导体中心的距离差(ΔR)固定不变；第一磁光晶体1距导体3的距离为R₁，第二磁光晶体2距导体3的距离为R₂，R₁＜R₂，R₁+ΔR＝R₂。本实施例中导体3内的电流方向与两个磁光晶体内线偏振光的传输方向垂直，这样，两个磁光晶体处磁场方向与磁光晶体内线偏振光的传输方向之间的夹角即为零，方便后期计算。

光源设置在两个磁光晶体前方，光源用于产生一束测量光(一般为偏振态不可知)。分束器4设置在光源后方，分束器4用于将光源所产生的一束测量光分束为两束测量光，分别为透射测量光和反射测量光。第一起偏器5和第二起偏器6设置在分束器4和磁光晶体之间。第一起偏器5用于接收来自分束器4的透射测量光并输出第一线偏振光，第二起偏器6用于接收来自分束器4的反射测量光并输出第二线偏振光。第一线偏振光入射第一磁光晶体1，第二线偏振光入射第二磁光晶体2。

分束器4、第一起偏器5和第二起偏器6构成一个偏振分束单元，偏振分束单元的作用是：用于将光源所产生的一束测量光分束为两束线偏振光，分别为第一线偏振光和第二线偏振光，分束后的两束线偏振光分别入射第一磁光晶体1和第二磁光晶体2。

第一线偏振光和第二线偏振光在两个磁光晶体内传输，会由于法拉第磁光效应而导致偏振方向发生偏转，偏振方向发生偏转的角度与所对应的磁光晶体处的磁感应强度有关。第一检偏器7设置在第一磁光晶体1后方，其用于接收来自第一磁光晶体1的出射光，并将接收到的偏振光中与其偏振化方向不一致的光分量滤除。优选的，可以使第一检偏器7的偏振化方向(即光轴方向)与第一起偏器5的偏振化方向(即光轴方向)相同，这样，第一检偏器7就用来将第一线偏振光因第一磁光晶体1而造成的偏振方向发生偏转后的与第一检偏器7偏振化方向不一致的光分量滤除。第二检偏器8设置在第二磁光晶体2后方，其用于接收来自第二磁光晶体2的出射光，并将接收到的偏振光中与其偏振化方向不一致的光分量滤除。优选的，可以使第二检偏器8的偏振化方向与第二起偏器6的偏振化方向相同，这样，第二检偏器8就用来将第二线偏振光因第二磁光晶体2而造成的偏振方向发生偏转后的与第二检偏器8偏振化方向不一致的光分量滤除。通过设置使第一检偏器7的偏振化方向与第一起偏器5的偏振化方向相同，使第二检偏器8的偏振化方向与第二起偏器6的偏振化方向相同，可以使后期通过测量光强计算偏转角更加简便。

第一光探测器9设置在第一检偏器7的后方，其用于接收来自第一检偏器7的检偏输出光，并产生一个第一电信号。第二光探测器10设置在第二检偏器8的后方，其用于接收来自第二检偏器8的检偏输出光，并产生一个第二电信号。

信号处理电路分别与第一光探测器9和第二光探测器10相接，用于接收第一光探测器9产生的第一电信号和第二光探测器10产生的第二电信号；信号处理电路根据接收到的第一电信号计算第一线偏振光经第一磁光晶体1后偏振方向发生偏转的第一偏转角，根据接收到的第二电信号计算第二线偏振光经第二磁光晶体2后偏振方向发生偏转的第二偏转角，再根据第一偏转角和第二偏转角计算导体3内的电流(具体计算公式见实施例1)。

通过光探测器所接收到的光强信号判断偏转角的变化，既可以采用与光源输入到系统的光强进行比较的办法，也可以采用现场校准测量的办法(即通过已知电流磁场的进行系统校准)。

实施例3，一种利用磁光材料测量导体电流的装置。

如图6所示，本实施例与实施例2相比所不同的是：本实施例中的偏振分束单元由第一起偏器5和分束器4构成。第一起偏器5放置在光源的后方，其用于接收光源发出的测量光并产生一束线偏振光。分束器4设置在第一起偏器5与两个磁光晶体之间，分束器4用于将来自第一起偏器5的一束线偏振光分束为两束线偏振光，分别为透射线偏振光(即第一线偏振光)和反射线偏振光(即第二线偏振光)；分束后的两束线偏振光分别入射两个磁光晶体。

本实施例中其他器件结构、连接关系及工作过程等可参见实施例2中所描述。

实施例4，一种利用磁光材料测量导体电流的装置。

本实施例与实施例2相比所不同的是：本实施例中偏振分束单元为偏振分束器，偏振分束器用于将光源产生的一束测量光分束为两束偏振方向相互垂直的线偏振光，分束后的两束线偏振光分别入射两个磁光晶体。

本实施例中其他器件结构、连接关系及工作过程等可参见实施例2中所描述。

实施例5，一种利用磁光材料测量导体电流的装置。

如图7所示，本实施例中的装置包括第一磁光晶体1、第二磁光晶体2、光源、第一偏振分束器13、第二偏振分束器14、第三偏振分束器15、第一光探测器9、第二光探测器10、第三光探测器11、第四光探测器12、信号处理电路以及连接这些器件实现光路传输的光纤。

本实施例中第一磁光晶体1和第二磁光晶体2的设置方式可参见实施例2中描述。

光源设置在两个磁光晶体的前方，光源用于产生一束测量光。第一偏振分束器13设置在光源与两个磁光晶体之间，第一偏振分束器13用于接收来自光源的一束测量光并产生两束偏振方向相互垂直的线偏振光，分别为透射线偏振光(即第一线偏振光)和反射线偏振光(即第二线偏振光)。第一线偏振光入射第一磁光晶体1，第二线偏振光入射第二磁光晶体2。

第一线偏振光和第二线偏振光在两个磁光晶体内传输，经两个磁光晶体出射后的线偏振 光的偏振方向发生了偏转。第二偏振分束器14设置在第一磁光晶体1的后方，其用于接收来自第一磁光晶体1的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的线偏振光。优选的，第二偏振分束器14的光轴与第一偏振分束器13的光轴对齐。第三偏振分束器15设置在第二磁光晶体2的后方，其用于接收来自第二磁光晶体2的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的线偏振光。优选的，第三偏振分束器15的光轴与第一偏振分束器13的光轴对齐。

第一光探测器9和第二光探测器10设置在第二偏振分束器14的后方，两者分别接收来自第二偏振分束器14的两束线偏振光，并分别产生第一电信号和第二电信号。第三光探测器11和第四光探测器12设置在第三偏振分束器15的后方，两者分别接收来自第三偏振分束器15的两束线偏振光，并分别产生第三电信号和第四电信号。

信号处理电路分别与第一光探测器9、第二光探测器10、第三光探测器11和第四光探测器12相接，用于接收第一电信号、第二电信号、第三电信号和第四电信号。信号处理电路在接收到四种电信号时，首先根据第一电信号和第二电信号计算出第一线偏振光经第一磁光晶体1后偏振方向发生偏转的第一偏转角，根据第三电信号和第四电信号计算出第二线偏振光经第二磁光晶体2后偏振方向发生偏转的第二偏转角，再根据第一偏转角和第二偏转角计算导体3内的电流。

本实施例与上面三个实施例相比，可以消除光源输出波动和信号传输过程中造成的检测误差。

实施例6，一种利用磁光材料测量导体电流的装置。

如图8所示，本实施例与实施例5相比所不同的是：本实施例由第一渥拉斯顿棱镜16代替实施例5中的第二偏振分束器14(见图7)，由第二渥拉斯顿棱镜17代替实施例5中的第三偏振分束器15(见图7)。渥拉斯顿棱镜与偏振分束器的作用相同，都是用于将一束光分束为两束偏振方向相互垂直的线偏振光。

本实施例中由渥拉斯顿棱镜代替实施例5中的偏振分束器，可以减少因为偏振分束器分光过程中的损耗，同时也可以更有利于系统的集成。在第一渥拉斯顿棱镜16和第二渥拉斯顿棱镜17的后端均带有双光纤准直器18，通过双光纤准直器18可以将渥拉斯顿棱镜所产生的两束偏振光很方便地输入到光纤当中。

实施例7，一种利用磁光材料测量导体电流的装置。

如图9所示，本实施例中的装置包括第一磁光晶体1、第二磁光晶体2、光源、第一偏振分束器13、第一渥拉斯顿棱镜16、第二渥拉斯顿棱镜17、直角反射镜19、第一光探测器9、第二光探测器10、第三光探测器11、第四光探测器12和信号处理电路。

本实施例中第一磁光晶体1和第二磁光晶体2平行且成对设置；两个磁光晶体的相对位置固定。第一渥拉斯顿棱镜16置于第一磁光晶体1后方且两者胶合在一起，第二渥拉斯顿棱镜17置于第二磁光晶体2后方且两者胶合在一起；第一渥拉斯顿棱镜16和第二渥拉斯顿棱镜17的后端均带有双光纤准直器18。第一偏振分束器13置于第二磁光晶体2前方且两者胶合在一起，直角反射镜19置于第一磁光晶体1前方且两者胶合在一起；第一偏振分束器13与直角反射镜19也胶合在一起。第一偏振分束器13、直角反射镜19、第一磁光晶体1、第二磁光晶体2、第一渥拉斯顿棱镜16和第二渥拉斯顿棱镜17六者胶合在一起形成一个光学器件集成单元。本实施例通过这种集成，能够小型化电流检测传感头；同时还可以避免在安装过程中，因为第一磁光晶体1和第二磁光晶体2之间安装距离的误差而造成的测量误差。

除了上述集成结构与实施例6不同之外，本实施例与实施例6相比还多了一个直角反射镜19，这是由于：在实施例6中光路之间没有限制连接方式，即可采用普通空间光光学器件连接，也可以通过光纤连接来实现，即：第一偏振分束器13所产生的两束偏振方向相互垂直的线偏振光分别通过光路传输器件输入至第一磁光晶体1和第二磁光晶体2，因此无需直角反射镜就可使第一偏振分束器13所产生的两束相互垂直的线偏振光分别入射两个相互平行的磁光晶体。而在本实施例中，由于光学器件集成单元中，相邻器件之间的光路传输并不能由光纤等来完成，因此需要由直角反射镜19将第一偏振分束器13所产生的反射线偏振光进行反射(在直角反射镜19的斜边上反射)，以使反射后的光与第一偏振分束器13所产生的透射线偏振光平行，这样两束平行的光分别入射两个磁光晶体。

光学器件集成单元放置在导体3的附近，且第一磁光晶体1距导体3的距离小于第二磁光晶体2距导体3的距离。光源设置在光学器件集成单元的前方，光源与光学器件集成单元之间、光学器件集成单元和光探测器之间仍可由光纤来连接。

光源用于产生一束测量光。光源所产生的一束测量光经光纤传输至第一偏振分束器13，由第一偏振分束器13产生两束偏振方向相互垂直的线偏振光，分别为透射线偏振光和反射线偏振光；本实施例中由第一偏振分束器13所产生的透射线偏振光称为第二线偏振光，由第一偏振分束器13所产生的反射线偏振光称为第一线偏振光。由于第一偏振分束器13与第二磁光晶体2的前端直接接触，因此第二线偏振光直接入射第二磁光晶体2。第一线偏振光入射至直角反射镜19的斜边上，经直角反射镜19反射后入射第一磁光晶体1。

第一线偏振光和第二线偏振光在两个磁光晶体内传输，经两个磁光晶体出射后的线偏振光的偏振方向发生了偏转。第一渥拉斯顿棱镜16在第一磁光晶体1的后方接收来自第一磁光晶体1的出射光，并将接收到的线偏振光分束为两束偏振方向相互垂直的线偏振光，分束后 的两束线偏振光分别通过光纤输入至第一光探测器9和第二光探测器10，第一光探测器9和第二光探测器10分别接收第一渥拉斯顿棱镜16输出的两束线偏振光，并分别产生一个电信号(第一电信号和第二电信号)。第二渥拉斯顿棱镜12在第二磁光晶体2的后方接收来自第二磁光晶体2的出射光，并将接收到的线偏振光分束为两束偏振方向相互垂直的线偏振光，分束后的两束线偏振光分别通过光纤输入至第三光探测器11和第四光探测器12，第三光探测器11和第四光探测器12分别接收第二渥拉斯顿棱镜17输出的两束线偏振光，并分别产生一个电信号(第三电信号和第四电信号)。

信号处理电路分别通过光纤与第一光探测器9、第二光探测器10、第三光探测器11和第四光探测器12相接，信号处理电路接收来自四个光探测器的电信号，并根据第一电信号和第二电信号计算出第一线偏振光经第一磁光晶体1后偏振方向发生偏转的第一偏转角，根据第三电信号和第四电信号计算出第二线偏振光经第二磁光晶体2后偏振方向发生偏转的第二偏转角，再根据第一偏转角和第二偏转角计算导体3内的电流。

实施例8，一种利用磁光材料测量导体电流的装置。

如图10所示，本实施例中的装置包括第一磁光晶体1、第二磁光晶体2、光源、分束器4、第一偏振分束器13、第二偏振分束器14、第一光环形器20、第二光环形器21、第一反射镜22、第二反射镜23、第一光探测器9、第二光探测器10、第三光探测器11、第四光探测器12、信号处理电路以及连接这些器件实现光路传输的光纤。

本实施例中第一磁光晶体1和第二磁光晶体2的设置方式可参见实施例2中描述。

光源置于两个磁光晶体前方，光源用于产生一束测量光。分束器4位于光源后方，分束器4用于接收光源产生的一束测量光并分束为两束测量光，分别为透射过去的第一分束测量光和反射过去的第二分束测量光。第一光环形器20和第二光环形器21位于分束器4后方，每一个光环形器均有三个端口(分别为左端口、右端口和下端口)。

第一分束测量光由第一光环形器20的左端口入射第一光环形器20，并由第一光环形器20的右端口输出，将第一光环形器20右端口输出的光称为第一光环形器测量光。第一偏振分束器13位于第一光环形器20和第一磁光晶体1之间。第一偏振分束器13接收来自第一光环形器20的第一光环形器测量光，并产生两束偏振方向相互垂直的线偏振光，分别为透射线偏振光和反射线偏振光；此处所产生的反射线偏振光(沿图10中第一偏振分束器13向上传输)在本实施例装置中没有用到，故不再提及；此处将第一偏振分束器13所产生的透射线偏振光称为第一透射线偏振光。第一透射线偏振光入射第一磁光晶体1，第一透射线偏振光在第一磁光晶体1内传输时偏振方向发生偏转，即：经第一磁光晶体1出射的线偏振光的偏振方向与 第一透射线偏振光的偏振方向相比，两者之间相差一个第一偏转角；将第一透射线偏振光经第一磁光晶体1传输后由第一磁光晶体1输出的线偏振光称为第一偏转光。第一反射镜22位于第一磁光晶体1的后方，第一磁光晶体1出射的第一偏转光经第一反射镜22后被反射，由第一反射镜22反射后的光称为第一反射光，第一反射光即是第一偏转光反射后的光。第一反射光自右向左入射第一磁光晶体1，第一反射光经第一磁光晶体1后偏振方向再次发生偏转，且所发生的偏转角仍然是第一偏转角，将第一反射光经第一磁光晶体1后由第一磁光晶体1出射的光称为第一返回偏转光。第一返回偏转光再次经第一偏振分束器13，由第一偏振分束器13分束为两束偏振方向相互垂直的线偏振光，分别为第一返回透射线偏振光和第一返回反射线偏振光，第一返回反射线偏振光由第一光探测器9来接收，并产生一个第一电信号；第一返回透射线偏振光经第一光环形器20的右端口后由第一光环形器20的下端口输出，输出的光称为第一返回光环形器测量光，该第一返回光环形器测量光由第二光探测器10来接收，并产生一个第二电信号。

第二分束测量光由第二光环形器21的左端口入射第二光环形器21，并由第二光环形器21的右端口输出，将第二光环形器21右端口输出的光称为第二光环形器测量光。第二偏振分束器14位于第二光环形器21和第二磁光晶体2之间。第二偏振分束器14接收来自第二光环形器21的第二光环形器测量光，并产生两束偏振方向相互垂直的线偏振光，分别为透射线偏振光和反射线偏振光；此处所产生的反射线偏振光(沿图10中第二偏振分束器14向上传输)在本实施例装置中没有用到，故不再提及；此处将第二偏振分束器14所产生的透射线偏振光称为第二透射线偏振光。第二透射线偏振光入射第二磁光晶体2，第二透射线偏振光在第二磁光晶体2内传输时偏振方向发生偏转，即：经第二磁光晶体2出射的线偏振光的偏振方向与第二透射线偏振光的偏振方向相比，两者之间相差一个第二偏转角；将第二透射线偏振光经第二磁光晶体2传输后由第二磁光晶体2输出的线偏振光称为第二偏转光。第二反射镜23位于第二磁光晶体2的后方，第二磁光晶体2出射的第二偏转光经第二反射镜23后被反射，由第二反射镜23反射后的光称为第二反射光，第二反射光即是第二偏转光反射后的光。第二反射光自右向左入射第二磁光晶体2，第二反射光经第二磁光晶体2后偏振方向再次发生偏转，且所发生的偏转角仍然是第二偏转角，第二反射光经第二磁光晶体2后由第二磁光晶体2出射的光称为第二返回偏转光。第二返回偏转光再次经第二偏振分束器14，由第二偏振分束器14分束为两束偏振方向相互垂直的线偏振光，分别为第二返回透射线偏振光和第二返回反射线偏振光，第二返回反射线偏振光由第三光探测器11来接收，并产生一个第三电信号；第二返回透射线偏振光经第二光环形器21的右端口后由第二光环形器21的下端口输出，输出的 光称为第二返回光环形器测量光，该第二返回光环形器测量光由第四光探测器12来接收，并产生一个第四电信号。

信号处理电路通过光纤分别与第一光探测器9、第二光探测器10、第三光探测器11和第四光探测器12相接，信号处理电路接收来自四个光探测器的电信号，并根据第一电信号和第二电信号计算出第一透射线偏振光两次经第一磁光晶体1后偏振方向所发生的偏转角，该偏转角为第一偏转角的二倍；根据第三电信号和第四电信号计算出第二透射线偏振光两次经第二磁光晶体2后偏振方向所发生的偏转角，该偏转角为第二偏转角的二倍；再根据第一偏转角和第二偏转角计算导体3内的电流。

本实施例中使线偏振光两次通过磁光晶体，使得偏振方向偏转的角度增长一倍，这样可以提高测量的灵敏度。

以上实施例中，第一磁光晶体1和第二磁光晶体2均在导体3的同侧，其他实施例中两个磁光材料也可以在导体的不同侧，如图11所示，图11中示出了第一磁光晶体1和第二磁光晶体2分别位于导体3的两侧，第一磁光晶体1内光路传输路线距导体3中心的距离为R₁，第二磁光晶体2内光路传输路线距导体3中心的距离为R₂，且有R₁+ΔR＝R₂。两个磁光材料可以平行，也可以不平行(如图11所示)。两个磁光材料可以对齐，也可以错开。如图12所示，图12中示出了第一磁光晶体1和第二磁光晶体2位于导体3的同侧，且第一磁光晶体1和第二磁光晶体2是错开的；但是，第一磁光晶体1内通光光路与导体3中心的距离较近(为R₁)，第二磁光晶体2内通光光路与导体3中心的距离较远(为R₂)，这两个距离之差即为ΔR。因此，本发明中所要保证的是：两个磁光材料要相对固定设置，一个磁光材料距离导体近，另一个磁光材料距离导体远，两个磁光材料内通光光路距导体中心的距离之差ΔR为定值。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当被认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种利用磁光材料测量导体电流的方法，其特征是，包括如下步骤：

a、使第一磁光材料和第二磁光材料分别相对导体而放置，且两个磁光材料的相对位置固定，第一磁光材料距导体的距离小于第二磁光材料距导体的距离；

b、设置光源；使光源发出的光转变为两束偏振光，分别为第一偏振光和第二偏振光；使第一偏振光通过第一磁光材料，使第二偏振光通过第二磁光材料；

c、测量第一偏振光通过第一磁光材料后光束偏振方向发生偏转的第一偏转角β₁，测量第二偏振光通过第二磁光材料后光束偏振方向发生偏转的第二偏转角β₂；

d、根据两个偏转角计算出导体内的电流，计算公式如下：

式中：μ₀为真空磁导率，ΔR为两个磁光材料之间的距离，V₁和D₁分别为第一磁光材料的维尔德系数和长度，V₂和D₂分别为第二磁光材料的维尔德系数和长度，θ₁为导体内电流在第一磁光材料处产生的磁场的方向与第一偏振光在第一磁光材料内的传输方向之间的夹角，θ₂为导体内电流在第二磁光材料处产生的磁场的方向与第二偏振光在第二磁光材料内的传输方向之间的夹角。

2.一种利用磁光材料测量导体电流的装置，其特征是，包括：

第一磁光材料；

第二磁光材料；所述第二磁光材料和所述第一磁光材料的相对位置固定，且所述第一磁光材料距导体的距离小于所述第二磁光材料距导体的距离；

光源，用于产生一束测量光；

偏振分束单元，用于接收所述光源产生的一束测量光并分束为两束偏振光，两束偏振光分别入射所述第一磁光材料和所述第二磁光材料；

第一检偏器，用于接收来自所述第一磁光材料的出射光；

第二检偏器，用于接收来自所述第二磁光材料的出射光；

第一光探测器，用于接收来自所述第一检偏器的检偏输出光，并产生一个第一电信号；

第二光探测器，用于接收来自所述第二检偏器的检偏输出光，并产生一个第二电信号；以及

信号处理电路，分别与所述第一光探测器和所述第二光探测器相接，用于接收所述第一电信号和所述第二电信号，并根据接收到的电信号计算导体内的电流；

具体是：信号处理电路根据接收到的第一电信号计算第一偏振光经第一磁光材料后偏振方向发生偏转的第一偏转角β₁，根据接收到的第二电信号计算第二偏振光经第二磁光材料后偏振方向发生偏转的第二偏转角β₂，再根据第一偏转角β₁和第二偏转角β₂计算导体内的电流，计算公式如下：

式中：μ₀为真空磁导率，ΔR为两个磁光材料之间的距离，V₁和D₁分别为第一磁光材料的维尔德系数和长度，V₂和D₂分别为第二磁光材料的维尔德系数和长度，θ₁为导体内电流在第一磁光材料处产生的磁场的方向与第一偏振光在第一磁光材料内的传输方向之间的夹角，θ₂为导体内电流在第二磁光材料处产生的磁场的方向与第二偏振光在第二磁光材料内的传输方向之间的夹角。

3.根据权利要求2所述的利用磁光材料测量导体电流的装置，其特征是，所述偏振分束单元包括起偏器和分束器；所述起偏器用于接收所述光源产生的测量光并输出一束偏振光，所述分束器用于将来自所述起偏器的一束偏振光分束为两束偏振光。

4.根据权利要求2所述的利用磁光材料测量导体电流的装置，其特征是，所述偏振分束单元包括分束器、第一起偏器和第二起偏器；所述分束器用于将所述光源产生的一束测量光分束为两束测量光；所述第一起偏器用于接收来自所述分束器的其中一束测量光并输出一束偏振光，所述第二起偏器用于接收来自所述分束器的另一束测量光并输出另一束偏振光。

5.根据权利要求2所述的利用磁光材料测量导体电流的装置，其特征是，所述偏振分束单元为偏振分束器，所述偏振分束器用于将所述光源产生的一束测量光分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光。

6.一种利用磁光材料测量导体电流的装置，其特征是，包括：

第一磁光材料；

第二磁光材料；所述第二磁光材料和所述第一磁光材料的相对位置固定，且所述第一磁光材料距导体的距离小于所述第二磁光材料距导体的距离；

光源，用于产生一束测量光；

偏振分束单元，用于接收所述光源产生的一束测量光并分束为两束偏振光，两束偏振光分别入射所述第一磁光材料和所述第二磁光材料；

第一偏振分束器，用于接收来自所述第一磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第二偏振分束器，用于接收来自所述第二磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第一光探测器和第二光探测器，两者分别接收来自所述第一偏振分束器的两束偏振光，并分别产生第一电信号和第二电信号；

第三光探测器和第四光探测器，两者分别接收来自所述第二偏振分束器的两束偏振光，并分别产生第三电信号和第四电信号；以及

信号处理电路，分别与所述第一光探测器、所述第二光探测器、所述第三光探测器和所述第四光探测器相接，用于接收所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号，并根据接收到的电信号计算导体内的电流；

具体是：信号处理电路根据接收到的第一电信号和第二电信号计算第一偏振光经第一磁光材料后偏振方向发生偏转的第一偏转角β₁，根据第三电信号和第四电信号计算第二偏振光经第二磁光材料后偏振方向发生偏转的第二偏转角β₂，再根据第一偏转角β₁和第二偏转角β₂计算导体内的电流，计算公式如下：

式中：μ₀为真空磁导率，ΔR为两个磁光材料之间的距离，V₁和D₁分别为第一磁光材料的维尔德系数和长度，V₂和D₂分别为第二磁光材料的维尔德系数和长度，θ₁为导体内电流在第一磁光材料处产生的磁场的方向与第一偏振光在第一磁光材料内的传输方向之间的夹角，θ₂为导体内电流在第二磁光材料处产生的磁场的方向与第二偏振光在第二磁光材料内的传输方向之间的夹角。

7.一种利用磁光材料测量导体电流的装置，其特征是，包括：

第一磁光材料；

第二磁光材料；所述第二磁光材料和所述第一磁光材料的相对位置固定，且所述第一磁光材料距导体的距离小于所述第二磁光材料距导体的距离；

光源，用于产生一束测量光；

偏振分束单元，用于接收所述光源产生的一束测量光并分束为两束偏振光，两束偏振光分别入射所述第一磁光材料和所述第二磁光材料；

第一渥拉斯顿棱镜，用于接收来自所述第一磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第二渥拉斯顿棱镜，用于接收来自所述第二磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第一光探测器和第二光探测器，两者分别接收来自所述第一渥拉斯顿棱镜的两束偏振光，并分别产生第一电信号和第二电信号；

第三光探测器和第四光探测器，两者分别接收来自所述第二渥拉斯顿棱镜的两束偏振光，并分别产生第三电信号和第四电信号；以及

信号处理电路，分别与所述第一光探测器、所述第二光探测器、所述第三光探测器和所述第四光探测器相接，用于接收所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号，并根据接收到的电信号计算导体内的电流；

具体是：信号处理电路根据接收到的第一电信号和第二电信号计算第一偏振光经第一磁光材料后偏振方向发生偏转的第一偏转角β₁，根据第三电信号和第四电信号计算第二偏振光经第二磁光材料后偏振方向发生偏转的第二偏转角β₂，再根据第一偏转角β₁和第二偏转角β₂计算导体内的电流，计算公式如下：

式中：μ₀为真空磁导率，ΔR为两个磁光材料之间的距离，V₁和D₁分别为第一磁光材料的维尔德系数和长度，V₂和D₂分别为第二磁光材料的维尔德系数和长度，θ₁为导体内电流在第一磁光材料处产生的磁场的方向与第一偏振光在第一磁光材料内的传输方向之间的夹角，θ₂为导体内电流在第二磁光材料处产生的磁场的方向与第二偏振光在第二磁光材料内的传输方向之间的夹角。

8.根据权利要求7所述的利用磁光材料测量导体电流的装置，其特征是，在所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜的后端均设置有双光纤准直器，且所述第一光探测器和所述第二光探测器分别通过光纤接收来自所述第一沃拉斯顿棱镜的光信号，所述第三光探测器和所述第四光探测器分别通过光纤接收来自所述第二沃拉斯顿棱镜的光信号。

9.一种利用磁光材料测量导体电流的装置，其特征是，包括：

第一磁光材料；

第二磁光材料；所述第二磁光材料和所述第一磁光材料的相对位置固定，且所述第一磁光材料距导体的距离小于所述第二磁光材料距导体的距离；

光源，用于产生一束测量光；

偏振分束器，用于接收所述光源产生的一束测量光并分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光，分别为透射偏振光和反射偏振光；所述透射偏振光入射所述第二磁光材料；

直角反射镜，用于对来自所述偏振分束器的反射偏振光进行直角反射，以使反射后的光束平行于所述偏振分束器输出的透射偏振光；经所述直角反射镜反射后的光束入射所述第一磁光材料；

第一渥拉斯顿棱镜，用于接收来自所述第一磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第二渥拉斯顿棱镜，用于接收来自所述第二磁光材料的出射光并将其分束为两束偏振方向相互垂直的偏振光；

第一光探测器和第二光探测器，两者分别接收来自所述第一渥拉斯顿棱镜的两束偏振光，并分别产生第一电信号和第二电信号；

第三光探测器和第四光探测器，两者分别接收来自所述第二渥拉斯顿棱镜的两束偏振光，并分别产生第三电信号和第四电信号；以及

信号处理电路，分别与所述第一光探测器、所述第二光探测器、所述第三光探测器和所述第四光探测器相接，用于接收所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号，并根据接收到的电信号计算导体内的电流；

具体是：信号处理电路根据接收到的第一电信号和第二电信号计算第一偏振光经第一磁光材料后偏振方向发生偏转的第一偏转角β₁，根据第三电信号和第四电信号计算第二偏振光经第二磁光材料后偏振方向发生偏转的第二偏转角β₂，再根据第一偏转角β₁和第二偏转角β₂计算导体内的电流，计算公式如下：

式中：μ₀为真空磁导率，ΔR为两个磁光材料之间的距离，V₁和D₁分别为第一磁光材料的维尔德系数和长度，V₂和D₂分别为第二磁光材料的维尔德系数和长度，θ₁为导体内电流在第一磁光材料处产生的磁场的方向与第一偏振光在第一磁光材料内的传输方向之间的夹角，θ₂为导体内电流在第二磁光材料处产生的磁场的方向与第二偏振光在第二磁光材料内的传输方向之间的夹角；

所述偏振分束器、所述直角反射镜、所述第一磁光材料、所述第二磁光材料、所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜六者胶合在一起形成一个光学器件集成单元。

10.一种利用磁光材料测量导体电流的装置，其特征是，包括：

第一磁光材料；

第二磁光材料；所述第二磁光材料和所述第一磁光材料的相对位置固定，且所述第一磁光材料距导体的距离小于所述第二磁光材料距导体的距离；

光源，用于产生一束测量光；

分束器，用于接收所述光源产生的一束测量光并分束为两束测量光，分别为第一分束测量光和第二分束测量光；

第一光环形器，用于接收来自所述分束器的所述第一分束测量光并输出一个第一光环形器测量光；

第二光环形器，用于接收来自所述分束器的所述第二分束测量光并输出一个第二光环形器测量光；

第一偏振分束器，用于接收来自所述第一光环形器输出的第一光环形器测量光，并产生一个第一透射偏振光；所述第一透射偏振光入射所述第一磁光材料，所述第一透射偏振光经所述第一磁光材料后偏振方向发生偏转形成第一偏转光；

第二偏振分束器，用于接收来自所述第二光环形器输出的第二光环形器测量光，并产生一个第二透射偏振光；所述第二透射偏振光入射所述第二磁光材料，所述第二透射偏振光经所述第二磁光材料后偏振方向发生偏转形成第二偏转光；

第一反射镜，用于对所述第一磁光材料输出的第一偏转光进行反射形成第一反射光，所述第一反射光入射所述第一磁光材料；所述第一反射光经所述第一磁光材料后偏振方向发生偏转形成第一返回偏转光，所述第一返回偏转光经所述第一偏振分束器后形成两束偏振方向相互垂直的偏振光，分别为第一返回透射偏振光和第一返回反射偏振光，所述第一返回透射偏振光经所述第一光环形器后形成第一返回光环形器测量光；

第二反射镜，用于对所述第二磁光材料输出的第二偏转光进行反射形成第二反射光，所述第二反射光入射所述第二磁光材料；所述第二反射光经所述第二磁光材料后偏振方向发生偏转形成第二返回偏转光，所述第二返回偏转光经所述第二偏振分束器后形成两束偏振方向相互垂直的偏振光，分别为第二返回透射偏振光和第二返回反射偏振光；所述第二返回透射偏振光经所述第二光环形器后形成第二返回光环形器测量光；

第一光探测器，用于接收来自所述第一偏振分束器输出的第一返回反射偏振光并产生第一电信号；

第二光探测器，用于接收来自所述第一光环形器输出的第一返回光环形器测量光并产生第二电信号；

第三光探测器，用于接收来自所述第二偏振分束器输出的第二返回反射偏振光并产生第三电信号；

第四光探测器，用于接收来自所述第二光环形器输出的第二返回光环形器测量光并产生第四电信号；以及

信号处理电路，分别与所述第一光探测器、所述第二光探测器、所述第三光探测器和所述第四光探测器相接，用于接收所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号，并根据接收到的电信号计算导体内的电流；

具体是：信号处理电路根据接收到的第一电信号和第二电信号计算第一偏振光经第一磁光材料后偏振方向发生偏转的第一偏转角β₁，根据第三电信号和第四电信号计算第二偏振光经第二磁光材料后偏振方向发生偏转的第二偏转角β₂，再根据第一偏转角β₁和第二偏转角β₂计算导体内的电流，计算公式如下：

式中：μ₀为真空磁导率，ΔR为两个磁光材料之间的距离，V₁和D₁分别为第一磁光材料的维尔德系数和长度，V₂和D₂分别为第二磁光材料的维尔德系数和长度，θ₁为导体内电流在第一磁光材料处产生的磁场的方向与第一偏振光在第一磁光材料内的传输方向之间的夹角，θ₂为导体内电流在第二磁光材料处产生的磁场的方向与第二偏振光在第二磁光材料内的传输方向之间的夹角。