CN203164260U - 一种基于罗氏线圈的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器 - Google Patents
一种基于罗氏线圈的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种基于罗氏线圈的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器，属于光电子测量技术领域。本实用新型罗氏线圈挂接在高压导线上，罗氏线圈的输出导线正极和输出导线负极分别连接至叠堆压电陶瓷上下的正负极端子，叠堆压电陶瓷由若干片压电陶瓷片物理串联组成，叠堆压电陶瓷右端固定设置在长方筒内，光纤Bragg光栅贯穿长方筒右端中心通孔进入长方筒内且固定设置在叠堆压电陶瓷左端，外接光纤与解调仪相连。本实用新型高压侧无需电源、封装结构使光纤Bragg光栅的粘接无需外加应力且对传感元件保护和增敏、体积小、结构简单、无磁饱和、抗电磁干扰、具有极佳瞬态跟踪能力、响应电流变化能够达到级。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于罗氏线圈的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器，属于光电子测量技术领域。
背景技术
随着高压输电线路上的电压等级越来越高，电流越来越大，传统的采用电磁式电流互感器在线测量电流的方法由于存在磁饱和、动态范围小、绝缘安全隐患、体积变大、成本升高、不能数字化等一系列问题，已经不能满足要求。电子式电流互感器（ECT）被认为是传统电磁式电流互感器的替代产品。电子式电流互感器按一次测量元件是否需要电源，分为有源式和无源式。有源式电流测量元件采用低功率铁心线圈和罗氏线圈，由于传感模块放置在高压端，供电和维修是最大问题；无源式电流测量元件多采用法拉第磁光效应原理，主要是温度和振动的影响、成本及时间稳定性等问题。
罗氏线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈，不含铁芯，没有铁磁饱和问题，没有磁滞效应，能够急速的响应被测电流，具有低功率输出、结构简单、线性良好等优良特性，在许多大电流测量场合下，它都是敏感器件的首选对象。与本实用新型相近的是：赵洪霞，鲍吉龙，“一种新颖的光纤光栅电流传感器”，《量子电子学报》，2005年，第22卷，第6期：951-954。文中利用罗氏线圈把大电流转换为低电压，借助压电陶瓷的电致伸缩效应把低电压转换为光纤Bragg光栅波长的漂移，最后通过干涉解调技术把波长漂移信号转化为相移信号，由相移值确定待测电流的变化量。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于罗氏线圈的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器，利用罗氏线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的方法，罗氏线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压，输出电压加在叠堆压电陶瓷上，由于逆压电效应，叠堆压电陶瓷左端伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩，因此将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位，通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位即可测量电流的大小。设计了叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组成的传感元件的封装结构，叠堆压电陶瓷由若干片压电陶瓷片物理串联组成，使光纤Bragg光栅的粘接无需外加应力且对传感元件保护和增敏。
本实用新型的技术方案是：一种基于罗氏线圈的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器，包括罗氏线圈1、高压导线2、输出导线正极3、输出导线负极4、叠堆压电陶瓷7、光纤Bragg光栅9、长方筒和外接光纤11。罗氏线圈1挂接在高压导线2上，罗氏线圈1的输出导线正极3和输出导线负极4分别连接至叠堆压电陶瓷7上下的正负极端子，叠堆压电陶瓷7由若干片压电陶瓷片物理串联组成，叠堆压电陶瓷7右端固定设置在长方筒内，光纤Bragg光栅9贯穿长方筒右端中心通孔进入长方筒内且固定设置在叠堆压电陶瓷7左端，外接光纤11与解调仪相连。
所述长方筒包括螺钉5、长方筒盖6、右端有中心通孔的长方筒身10；长方筒身10中间位置有隔断；长方筒盖6与长方筒身10通过螺钉5连接，叠堆压电陶瓷7右端垂直固定在长方筒内中间隔断的左端，光纤Bragg光栅9左端固定在其与叠堆压电陶瓷7左端面中心垂直相交点处，光纤Bragg光栅9右端固定在长方筒右端中心通孔处。
本实用新型的工作原理是：罗氏线圈1把高压侧大电流线性地转换为低电压，由于逆压电效应，叠堆压电陶瓷7左端伸缩带动光纤Bragg光栅9伸缩，因此将叠堆压电陶瓷7的应变线性转换为光纤Bragg光栅9的中心反射波长的移位，利用解调仪测量光纤Bragg光栅9中心反射波长的移位值，反算出电流值，实现波长与电流的对应关系，其关系式为 
，公式中
为光纤Bragg光栅的中心波长，
为波长移位量，
=0.216为有效弹-光系数，为回路实际电流与罗氏线圈感应电动势的标准比，
为与叠堆型压电陶瓷的压电系数和拉伸结构有关的常量，这样就可以对电流进行实时在线监测。
本实用新型的有益效果是：
1、本电流传感器可测量高压大电流，高压侧无需电源，封装结构的设计使光纤Bragg光栅的粘接无需外加应力且对传感元件保护和增敏、体积小、结构简单。
2、本实用新型采用的叠堆压电陶瓷由若干片压电陶瓷片物理串联组成，比普通压电陶瓷片具有更优的性能。
3、本实用新型采用的罗氏线圈中不含铁芯，不会产生磁饱和及铁磁谐振现象。
4、本实用新型采用的光纤Bragg光栅是电绝缘材料，具有很强的抗电磁干扰能力（EMI）。
5、理论计算表明，输入信号从零跃变到额定值时，输出信号从一个预期的定输出值的10%上升至90%时所需的时间为10 
。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图中各标号为：1：罗氏线圈、2：高压导线、3：输出导线正极、4：输出导线负极、5：螺钉、 6：叠堆压电陶瓷、7：壳体、8：胶、9：光纤Bragg光栅、10：长方筒身、11：外接光纤。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图所示，一种基于罗氏线圈的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器，包括罗氏线圈1、高压导线2、输出导线正极3、输出导线负极4、叠堆压电陶瓷7、光纤Bragg光栅9、长方筒和外接光纤11。罗氏线圈1挂接在高压导线2上，罗氏线圈1的输出导线正极3和输出导线负极4分别连接至叠堆压电陶瓷7上下的正负极端子，叠堆压电陶瓷7由若干片压电陶瓷片物理串联组成，叠堆压电陶瓷7右端固定设置在长方筒内，光纤Bragg光栅9贯穿长方筒右端中心通孔进入长方筒内且固定设置在叠堆压电陶瓷7左端，外接光纤11与解调仪相连。长方筒包括螺钉5、长方筒盖6、右端有中心通孔的长方筒身10；长方筒身10中间位置有隔断；长方筒盖6与长方筒身10通过螺钉5连接，叠堆压电陶瓷7右端垂直固定在长方筒内中间隔断的左端，光纤Bragg光栅9左端固定在其与叠堆压电陶瓷7左端面中心垂直相交点处，光纤Bragg光栅9右端固定在长方筒右端中心通孔处。
实施例2：如图所示，一种基于罗氏线圈的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器，包括罗氏线圈1、高压导线2、输出导线正极3、输出导线负极4、叠堆压电陶瓷7、光纤Bragg光栅9、长方筒和外接光纤11。罗氏线圈1挂接在高压导线2上，罗氏线圈1的输出导线正极3和输出导线负极4分别连接至叠堆压电陶瓷7上下的正负极端子，叠堆压电陶瓷7由若干片压电陶瓷片物理串联组成，叠堆压电陶瓷7右端固定设置在长方筒内，光纤Bragg光栅9贯穿长方筒右端中心通孔进入长方筒内且固定设置在叠堆压电陶瓷7左端，外接光纤11与解调仪相连。长方筒包括螺钉5、长方筒盖6、右端有中心通孔的长方筒身10；长方筒身10中间位置有隔断；长方筒盖6与长方筒身10通过螺钉5连接，叠堆压电陶瓷7右端通过胶8垂直固定在长方筒内中间隔断的左端，光纤Bragg光栅9左端固定在其与叠堆压电陶瓷7左端面中心垂直相交点处，光纤Bragg光栅9右端固定在长方筒右端中心通孔处。
Claims (2)
1.一种基于罗氏线圈的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器，其特征在于：包括罗氏线圈（1）、高压导线（2）、输出导线正极（3）、输出导线负极（4）、叠堆压电陶瓷（7）、光纤Bragg光栅（9）、长方筒和外接光纤（11）；罗氏线圈（1）挂接在高压导线（2）上，罗氏线圈（1）的输出导线正极（3）和输出导线负极（4）分别连接至叠堆压电陶瓷（7）上下的正负极端子，叠堆压电陶瓷（7）由若干片压电陶瓷片物理串联组成，叠堆压电陶瓷（7）右端固定设置在长方筒内，光纤Bragg光栅（9）贯穿长方筒右端中心通孔进入长方筒内且固定设置在叠堆压电陶瓷（7）左端，外接光纤（11）与解调仪相连。
2.根据权利要求1所述的基于罗氏线圈的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器，其特征在于：所述长方筒包括螺钉（5）、长方筒盖（6）、右端有中心通孔的长方筒身（10）；长方筒身（10）中间位置有隔断；长方筒盖（6）与长方筒身（10）通过螺钉（5）连接，叠堆压电陶瓷（7）右端垂直固定在长方筒内中间隔断的左端，光纤Bragg光栅（9）左端固定在其与叠堆压电陶瓷（7）左端面中心垂直相交点处，光纤Bragg光栅（9）右端固定在长方筒右端中心通孔处。
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