CN110531133A - 一种光纤电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光纤电流传感器，所述光纤电流传感器包括：光电信号处理模块、连接光缆、λ/4玻片、传感光纤环、反光镜和磁环；所述光电信号处理模块与所述连接光缆的一端连接，所述连接光缆的另一端与所述λ/4玻片连接，所述λ/4玻片与所述传感光纤环的一端连接，所述传感光纤环的另一端与所述反光镜连接，所述磁环设置于所述λ/4玻片与所述反光镜的外部，所述磁环用于屏蔽磁环以外的磁场，大大降低了磁场对λ/4玻片与反光镜之间的间隙的影响，使间隙受磁场影响所产生的基底电流减少95％以上，显著提高了光纤电流传感器测量电流的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种光纤电流传感器。
背景技术
光纤电流传感器是利用光的法拉第磁光效应原理测量直流大电流的装置，具有抗磁场干扰、测量精度高、测量范围大、携带和安装方便等一系列优点，已广泛应用到工业铝电解、铜电解、锌电解等系列的电流在线监测中。通过将传感光纤环现场绕制闭合，可以灵活地对铝电解槽、铜电解槽中数量众多的电极的电流进行逐个测量，有效解决了传统方法在空间狭窄、磁场复杂而无法进行测量的问题。
光纤电流传感器测量待测导电体的电流时，要求传感光纤环两端连接的λ/4玻片和反光镜贴紧以形成闭合的光路。但实际现场绕制传感光纤环时，基于光纤保护的客观需要，一般光纤的保护套半径为2-5mm，因此，当把传感光纤环两端连接的反光镜与λ/4玻片贴紧时，至少形成4-10mm的间隙，该间隙在磁场中会产生从几安培甚至到100安培以上的基底电流，该基底电流会叠加到测量结果中引起测量误差，进而影响后续的数据分析和应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤电流传感器，提高了电流测量的准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种光纤电流传感器，所述光纤电流传感器包括：光电信号处理模块、连接光缆、λ/4玻片、传感光纤环、反光镜和磁环；
所述传感光纤环由一根传感光纤螺旋绕制至少一圈形成；待测导电体位于所述传感光纤环的中心；所述传感光纤环的一端与所述λ/4玻片连接，另一端与所述反光镜连接；
所述光电信号处理模块与所述λ/4玻片的通过所述连接光缆连接，所述光电信号处理模块用于产生入射线偏振光，并将所述入射线偏振光传输给所述λ/4玻片，所述入射线偏振光经所述λ/4玻片转换为入射圆偏振光；所述入射圆偏振光经所述传感光纤环传输至所述反光镜；
所述反光镜用于反射所述入射圆偏振光形成反射圆偏振光；所述反射圆偏振光经所述传感光纤环传入所述λ/4玻片，所述λ/4玻片将所述反射圆偏振光转换为反射线偏振光，所述反射线偏振光经所述连接光缆再次传入所述光电信号处理模块；
所述磁环设置于所述λ/4玻片与所述反光镜的外部，所述磁环用于屏蔽所述磁环以外的磁场。
可选的，所述磁环包括第一半磁环和第二半磁环；
所述第一半磁环和所述第二半磁环均为端面是半圆环形状的柱体。
可选的，所述光纤电流传感器还包括第一非磁性卡扣；
所述第一非磁性卡扣包括第一壳体、第二壳体、第一合页搭扣、第一合页卡扣和第一连接条；
所述第一半磁环嵌入在所述第一壳体内，所述第二半磁环嵌入在所述第二壳体内；
所述第一壳体的一侧与所述第二壳体的一侧通过所述第一连接条连接，所述第一壳体的另一侧固定有所述第一合页搭扣，所述第二壳体的另一侧固定有所述第一合页卡扣；所述第一壳体和所述第二壳体通过所述第一合页搭扣和所述第一合页卡扣进行卡合或分开。
可选的，所述第一壳体和所述第二壳体的内表面均为半圆柱面形状。
可选的，所述磁环包括第三半磁环和第四半磁环；
所述第三半磁环和所述第四半磁环均为一面设置有半圆柱形凹槽的长方体。
可选的，所述光纤电流传感器还包括第二非磁性卡扣；
所述第二非磁性卡扣包括第三壳体、第四壳体、第二合页搭扣、第二合页卡扣和第二连接条；
所述第一半磁环嵌入在所述第三壳体内，所述第二半磁环嵌入在所述第四壳体内；
所述第三壳体的一侧与所述第四壳体的一侧通过所述第二连接条连接，所述第三壳体的另一侧固定有所述第二合页搭扣，所述第四壳体的另一侧固定有所述第二合页卡扣；所述第三壳体和所述第四壳体通过所述第二合页搭扣和所述第二合页卡扣进行卡合或分开。
可选的，所述第三壳体和所述第四壳体的内表面均为长方体壳形状。
可选的，所述磁环的材质为铁氧体或金属合金。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种光纤电流传感器将磁环设置于λ/4玻片与反光镜的外部，大大降低了磁场对λ/4玻片与反光镜之间的间隙的影响，使间隙受磁场影响所产生的基底电流减少95％以上，显著提高了电流测量的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的光纤电流传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例第一磁环的结构图；
图3为本发明实施例第二磁环的结构图；
符号说明：1-传感光纤环，2-λ/4玻片，3-反光镜，4-连接光缆，5-磁环，6-待测导电体，7-第一半磁环，8-第二半磁环，9-第三半磁环，10-第四半磁环，11-光电信号处理模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种光纤电流传感器，显著提高了光纤电流传感器测量待测导电体中电流的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种光纤电流传感器，光纤电流传感器包括：光电信号处理模块11、连接光缆4、λ/4玻片2、传感光纤环1、反光镜3和磁环5；
传感光纤环1由一根传感光纤螺旋绕制至少一圈形成；待测导电体6位于传感光纤环1的中心；传感光纤环1的一端与λ/4玻片2连接，另一端与反光镜3连接。
光电信号处理模块11与λ/4玻片2通过连接光缆4连接，光电信号处理模块11用于产生入射线偏振光，并将入射线偏振光传输给λ/4玻片2，入射线偏振光经λ/4玻片2转换为入射圆偏振光；入射圆偏振光经传感光纤环1传输至反光镜3；优选地，光电信号处理模块11包括激光发射器、PC机和激光接收器。
反光镜3用于反射入射圆偏振光形成反射圆偏振光；所述反射圆偏振光经传感光纤环1传入λ/4玻片2，λ/4玻片2将反射圆偏振光转换为反射线偏振光，反射线偏振光经连接光缆4再次传入光电信号处理模块11。
磁环5设置于λ/4玻片2与反光镜3的外部，磁环5用于屏蔽磁环5以外的磁场。
本发明中提供了两种不同结构的磁环5，为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的光纤电流传感器进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例提供的光纤电流传感器中的第一磁环如图2所示，磁环5包括第一半磁环7、第二半磁环8；第一半磁环7和第二半磁环8均为端面是半圆环形状的柱体；第一半磁环7与第二半磁环8均为高导磁的铁氧体或坡莫合金，铁氧体、坡莫合金的磁导率大于5000H/m；优选地，第一半磁环7与第二半磁环8的内径均大于6mm，外径均大于8mm，轴向长度均大于20mm。
光纤电流传感器还包括第一非磁性卡扣，磁环5通过第一非磁性卡扣实现打开或闭合，便于现场测量操作。
第一非磁性卡扣包括第一壳体、第二壳体、第一合页搭扣、第一合页卡扣和第一连接条；第一壳体和第二壳体的内表面均为半圆柱面形状；第一半磁环7嵌入在第一壳体内，第二半磁环8嵌入在第二壳体内；第一壳体的一侧与第二壳体的一侧通过第一连接条连接，第一壳体的另一侧固定有第一合页搭扣，第二壳体的另一侧固定有第一合页卡扣；第一壳体和第二壳体通过第一合页搭扣和第一合页卡扣进行卡合或分开。
本发明实施例提供的光纤电流传感器中的第二磁环如图3所示，磁环5包括第三半磁环9和第四半磁环10，第三半磁环9和第四半磁环10均为一面设置有半圆柱形凹槽的长方体；第三半磁环9和第四半磁环10均为高导磁的铁氧体或坡莫合金，铁氧体、坡莫合金的磁导率大于5000H/m。
光纤电流传感器还包括第二非磁性卡扣，磁环5通过第二非磁性卡扣实现打开或闭合，便于现场测量操作。
第二非磁性卡扣包括第三壳体、第四壳体、第二合页搭扣、第二合页卡扣和第二连接条；第三壳体和第四壳体的内表面均为长方体壳形状，第三半磁环9嵌入在第三壳体内，第四半磁环10嵌入在第四壳体内；第三壳体的一侧与第四壳体的一侧通过第二连接条连接，第三壳体的另一侧固定有第二合页搭扣，第四壳体的另一侧固定有第二合页卡扣；第三壳体和第四壳体通过第二合页搭扣和第二合页卡扣进行卡合或分开。
本发明实施例提供的光纤电流传感器测量待测导电体6的电流的方法如下：
测量装置：将第一半磁环7嵌入在第一非磁性卡扣的第一壳体内，第二半磁环8嵌入在第一非磁性卡扣的第二壳体内；待测导电体6放置于传感光纤环1的中心，将反光镜3与λ/4玻片2闭合，由于传感光纤环是由一根传感光纤螺旋绕制至少一圈形成，所以λ/4玻片2、传感光纤环1和反光镜3形成单个或多个闭合的环路。由于传感光纤环1的保护套的影响，会导致反光镜3与λ/4玻片2贴紧闭合时无法实现物理上的无缝闭合，反光镜3与λ/4玻片2闭合时形成一定的间隙，将该间隙放到磁环5的中部，闭合第一非磁性卡扣。
本发明实施例提供的光纤电流传感器测量待测导电体6的电流的测量装置还可以为：将第三半磁环9嵌入在第二非磁性卡扣的第三壳体内，第四半磁环10嵌入在第二非磁性卡扣的第四壳体内；待测导电体6放置于传感光纤环1的中心，将反光镜3与λ/4玻片2闭合，反光镜3与λ/4玻片2闭合时形成一定的间隙，将该间隙放到磁环5的中部，闭合第二非磁性卡扣。
光电信号处理模块11产生入射线偏振光，连接光缆4将入射线偏振光传输给λ/4玻片2，λ/4玻片2将入射线偏振光转换为入射圆偏振光，入射圆偏振光经传感光纤环1传输至反光镜3进行反射，形成反射圆偏振光；反射圆偏振光经传感光纤环1传输至λ/4玻片2，λ/4玻片2将反射圆偏振光转换为反射线偏振光，连接光缆4将反射线偏振光传输回光电信号处理模块11，光电信号处理模块11根据入射线偏振光和反射线偏振光，计算待测导电体6中通过的电流。
当待测导电体6产生的磁场较强时，反光镜3与λ/4玻片2闭合时的间隙会产生数十安培甚至100安培以上的基底电流，该电流被叠加到测量结果中，形成相应数量的系统误差。本发明实施例中的磁环5为高导磁的软磁材料，将反光镜3与λ/4玻片2之间的间隙放置于磁环5的中部，磁环5屏蔽磁环5以外的磁场，使间隙受磁场影响所引起的基底电流减少95％以上，光纤电流传感器测量到的待测导电体6中的电流相应地更接近实际电流值，显著提高了光纤电流传感器测量电流的准确性。
提高电流效率和节能减排是电解领域的重要指标，而提高电流效率首先要解决的技术问题是如何准确测量电流分布，本发明提供的一种光纤电流传感器能够显著提高测量电流的准确性，使光纤电流传感器检测到的铝电解槽、铜电解槽及其它生产和实验装备的电流分布更加准确，进而提高了电流效率，降低了能耗，实现了生产的进一步节能减排。
现有技术中，光纤电流传感器测量待测导电体6的电流时，为了保证传感光纤环1形成最大程度的闭合，使用裸光纤或光纤保护套非常细的光纤，所以需要使用专门的固定支架来支撑和保护传感光纤环1；而本发明实施例将反光镜3与λ/4玻片2之间的间隙放置于磁环5的中部，磁环5屏蔽了磁环5以外的磁场，所以传感光纤环1的保护套可以适当粗一些，也不需要专门的固定支架，简化了光纤电流传感器测量电流时测量装置的结构。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种光纤电流传感器，其特征在于，所述光纤电流传感器包括：光电信号处理模块、连接光缆、λ/4玻片、传感光纤环、反光镜和磁环；
所述传感光纤环由一根传感光纤螺旋绕制至少一圈形成；待测导电体位于所述传感光纤环的中心；所述传感光纤环的一端与所述λ/4玻片连接，另一端与所述反光镜连接；
所述光电信号处理模块与所述λ/4玻片通过所述连接光缆连接，所述光电信号处理模块用于产生入射线偏振光，并将所述入射线偏振光传输给所述λ/4玻片，所述入射线偏振光经所述λ/4玻片转换为入射圆偏振光；所述入射圆偏振光经所述传感光纤环传输至所述反光镜；
所述反光镜用于反射所述入射圆偏振光形成反射圆偏振光；所述反射圆偏振光经所述传感光纤环传入所述λ/4玻片，所述λ/4玻片将所述反射圆偏振光转换为反射线偏振光，所述反射线偏振光经所述连接光缆再次传入所述光电信号处理模块；
所述磁环设置于所述λ/4玻片与所述反光镜的外部，所述磁环用于屏蔽所述磁环以外的磁场。
2.根据权利要求1所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述磁环包括第一半磁环和第二半磁环；
所述第一半磁环和所述第二半磁环均为端面是半圆环形状的柱体。
3.根据权利要求2所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述光纤电流传感器还包括第一非磁性卡扣；
所述第一非磁性卡扣包括第一壳体、第二壳体、第一合页搭扣、第一合页卡扣和第一连接条；
所述第一半磁环嵌入在所述第一壳体内，所述第二半磁环嵌入在所述第二壳体内；
所述第一壳体的一侧与所述第二壳体的一侧通过所述第一连接条连接，所述第一壳体的另一侧固定有所述第一合页搭扣，所述第二壳体的另一侧固定有所述第一合页卡扣；所述第一壳体和所述第二壳体通过所述第一合页搭扣和所述第一合页卡扣进行卡合或分开。
4.根据权利要求3所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述第一壳体和所述第二壳体的内表面均为半圆柱面形状。
5.根据权利要求1所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述磁环包括第三半磁环和第四半磁环；
所述第三半磁环和所述第四半磁环均为一面设置有半圆柱形凹槽的长方体。
6.根据权利要求5所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述光纤电流传感器还包括第二非磁性卡扣；
所述第二非磁性卡扣包括第三壳体、第四壳体、第二合页搭扣、第二合页卡扣和第二连接条；
所述第一半磁环嵌入在所述第三壳体内，所述第二半磁环嵌入在所述第四壳体内；
所述第三壳体的一侧与所述第四壳体的一侧通过所述第二连接条连接，所述第三壳体的另一侧固定有所述第二合页搭扣，所述第四壳体的另一侧固定有所述第二合页卡扣；所述第三壳体和所述第四壳体通过所述第二合页搭扣和所述第二合页卡扣进行卡合或分开。
7.根据权利要求6所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述第三壳体和所述第四壳体的内表面均为长方体壳形状。
8.根据权利要求2或5所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述磁环的材质为铁氧体或金属合金。
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