CN114019217A - 一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器。包括激光光源和依次设置于激光光源出射光束路径上的矢量空间光调制器、磁流变液部件，磁流变液部件设置于待检测电流产生的磁场区域内，磁流变液部件的传输光场路径上设有离焦光学成像系统，离焦光学成像系统的像空间设置有光电传感部件，光电传感部件通讯连接有数据处理单元。电流变化产生磁场影响磁流变液部件的微纳结构和宏观光学行为，进而调节相互作用的矢量光场光学特性，数据处理单元通过分析信息传输光场的光学特性，得到待检测电流的相关数值信息。光场的矢量特性和光参数精密检测技术，显著提高了检测灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于电流传感器技术领域，具体来说是一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器。
背景技术
电流指单位时间里通过导体任一横截面的电量，在导体中的自由电荷在电场的作用下做有规则的定向运动就可以形成了电流。电流传感器是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息输出，电流传感广泛存在于电子系统、电力传输、变压站、防雷、电气工程、自动化、物联网、供电系统、生命科学等领域中，并且发挥重要的作用，抗干扰、高灵敏度、非接触的电流传感需求越来越突出。
在先技术中，存在多种电流传感器，主要可分为：分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等，其中，电子式电流互感器包括霍尔电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器、变频功率传感器等；电子式电流互感器没有铁磁饱和，传输频带宽，二次负荷容量小。在先技术中，存在基于霍尔效应的非接触电流传感器，参见美国授权专利“Non-contactcurrent and voltage sensor”，专利号：US8,680,845 B2,专利授权时间：2014年5月25日，尽管在先技术电流传感器具有一定的优特，但是，仍然存在一些本质不足：1）基于电磁场传播特性进行电流检测，基于霍尔效应进行电流传感，在抗电磁干扰特性上存在本质上不足，容易受到外界电磁影响；2）当电流垂直于外磁场通过时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，利用电势差进行电流感知，检测灵敏度存在本质限制，无法实现高灵敏度电流传感；3）在现技术使用过程中，需要与被检测电流导体进行一定的空间放置要求，需要传感装置套在电流导线上，严重限定了电流传感的适用范围，使用安装灵活性严重受限；4）感知机理基于电磁场转换，电磁场与电子参数之间的转换，其核心部件套在被检测电流的导线上，尽管属于非接触工作形势，但是还是需要在流导线附近进行供电用于维持部件工作，无法实现关键部件的无线无源工作，影响使用范围和应用场景。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于解决现有的电流传感器灵活性差、灵敏度低的问题。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器，包括激光光源和依次设置于所述激光光源出射光束路径上的矢量空间光调制器、磁流变液部件，所述磁流变液部件设置于待检测电流产生的磁场区域内，所述磁流变液部件的传输光场路径上设有离焦光学成像系统，所述离焦光学成像系统的像空间设置有光电传感部件，所述光电传感部件通讯连接有数据处理单元。
优选的，所述矢量空间光调制器为液晶型可调节空间光调制器、微纳结构固定式空间光调制器中的一种。
优选的，所述磁流变液部件为固液双相磁流变液部件.
优选的，所述离焦光学成像系统采用透射式离焦光学成像系统。
优选的，所述光电传感部件为面阵光电传感部件。
优选的，所述数据处理单元为电脑。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器，包括激光光源和依次设置于激光光源出射光束路径上的矢量空间光调制器、磁流变液部件，磁流变液部件设置于待检测电流产生的磁场区域内，磁流变液部件的传输光场路径上设有离焦光学成像系统，离焦光学成像系统的像空间设置有光电传感部件，光电传感部件通讯连接有数据处理单元。激光光源出射光束经过矢量空间光调制器后转化成为矢量光束，照射到磁流变液部件上，矢量光束在磁流变液部件发生散射和衍射行为，形成信息传输光场向外传播；离焦光学成像系统的像空间设置有光电传感部件，进行光场信息光电转换，将信息转给数据处理单元；电流变化产生磁场影响磁流变液部件的微纳结构和宏观光学行为，进而调节相互作用的矢量光场光学特性，数据处理单元通过分析信息传输光场的光学特性，得到待检测电流的相关数值信息。光场的矢量特性和光参数精密检测技术，显著提高了检测灵敏度。
附图说明
图1为本发明的一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器的结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、激光光源；2、矢量空间光调制器；3、磁流变液部件；4、离焦光学成像系统；5、光电传感部件；6、数据处理单元；7、待检测电流。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
参照附图1，本实施例的一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器，包括激光光源1和依次设置于所述激光光源1出射光束路径上的矢量空间光调制器2、磁流变液部件3，所述磁流变液部件3设置于待检测电流7产生的磁场区域内，所述磁流变液部件3的传输光场路径上设有离焦光学成像系统4，所述离焦光学成像系统4的像空间设置有光电传感部件5，所述光电传感部件5通讯连接有数据处理单元6。激光光源1出射光束经过矢量空间光调制器2后转化成为矢量光束，照射到磁流变液部件3上，矢量光束在磁流变液部件3发生散射和衍射行为，形成信息传输光场向外传播；离焦光学成像系统4的像空间设置有光电传感部件5，进行光场信息光电转换，将信息转给数据处理单元6；电流7变化产生磁场影响磁流变液部件3的微纳结构和宏观光学行为，进而调节相互作用的矢量光场光学特性，数据处理单元6通过分析信息传输光场的光学特性，得到待检测电流7的相关数值信息。光场的矢量特性和光参数精密检测技术，显著提高了检测灵敏度。
本实施例的矢量空间光调制器2为液晶型可调节空间光调制器、微纳结构固定式空间光调制器中的一种。
磁流变液部件3为固液双相磁流变液部件.所述离焦光学成像系统4采用透射式离焦光学成像系统。所述光电传感部件5为面阵光电传感部件。所述数据处理单元6为电脑。利用光场矢量特性，把磁流变效应和光学遥测技术相结合，充分发挥了磁流变无线无源和光电检测技术的远距离工作特点，本发明具有适用范围广、可实现远距离检测、安全等特点
以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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 (6)
1.一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器，其特征在于：包括激光光源（1）和依次设置于所述激光光源（1）出射光束路径上的矢量空间光调制器（2）、磁流变液部件（3），所述磁流变液部件（3）设置于待检测电流（7）产生的磁场区域内，所述磁流变液部件（3）的传输光场路径上设有离焦光学成像系统（4），所述离焦光学成像系统（4）的像空间设置有光电传感部件（5），所述光电传感部件（5）通讯连接有数据处理单元（6）。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器，其特征在于：所述矢量空间光调制器（2）为液晶型可调节空间光调制器、微纳结构固定式空间光调制器中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器，其特征在于：所述磁流变液部件（3）为固液双相磁流变液部件。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器，其特征在于：所述离焦光学成像系统（4）采用透射式离焦光学成像系统。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器，其特征在于：所述光电传感部件（5）为面阵光电传感部件。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁流变效应的非接触光学电流传感器，其特征在于：所述数据处理单元（6）为电脑。
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| CN112230038A (zh) * | 2020-09-04 | 2021-01-15 | 国网浙江省电力有限公司丽水供电公司 | 一种新型全光型电流传感器及电流测量方法 |
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