CN204740283U - 光纤电流传感器的传感头、光纤电流传感器及其传感系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤电流传感器的传感头，该传感头包括：传感光纤、用于封装传感光纤的传感环、以及用于支撑固定传感环的绝缘支架，其中传感环包括四个拐角结构、以及将四个拐角结构两两相连的连接管，所述拐角结构与所述连接管形成闭合环状，所述拐角结构内设有光纤通道，该光纤通道与所述连接管连通形成闭合环形通道，其中至少一个拐角结构设有光纤引出通道。本实用新型还公开了采用该传感头的传感器及其传感系统。有益效果：本实用新型提供的光纤电流传感器的传感头和光纤电流传感器及其传感系统，由于采用了通用结构设计，仅通过更换连接管，就可以组装成不同规格的传感头，满足不同电流母线的要求，便于生产制造和安装。
Description
技术领域
本实用新型涉及测量电流或电压的装置领域，尤其涉及直流大电流光纤电流传感装置领域。
背景技术
光纤电流传感器的主要原理是利用法拉弟的磁光效应，导体在流过电流时会在导体周围产生一定大小的磁场，而光波在通电导体的磁场作用下，光的传播发生相位变化，检测光强的相位变化度，即可测出对应磁场的大小，通过换算也就可以得出电流大小。光纤电流传感器具有绝缘性好、抗电磁干扰能力强、可同时检测测交流电流和直流电流且精度高、安全性能好等优点。随着电力系统电压等级不断提高，光纤电流传感器以其显著的优越性取代传统的电磁式电流传感器已成为必然趋势。光纤电流传感器的研制方案借鉴了光纤陀螺技术，它们的光路结构、检测方法、关键技术等内容几乎完全一样，区别仅在于光纤电流传感器和光纤陀螺的传感头不一样，传感头成为光纤电流传感器研制过程中的最大难点。
光纤电流传感器的传感头包含光纤传感部分及其外部的保护装置，其中光纤传感部分包含光纤1/4波片、传感光纤、光纤端面反射镜等光纤器件，用于感应电流信息，外部的保护装置则由绝缘材料和铝合金材料制作而成，用于封装和保护传感光纤。限制光纤电流传感器产业化生产的主要问题是：因振动或转动引起的Sagnac相位误差，光纤中残留的线性双折射在温度变化时引起的相位误差等，作为光纤电流传感器的重要部分的传感头，能够消除或减小相位误差，同时还能满足用户在设备母线不停电的状态下实现安装的，通常结构复杂，结构未标准化，不能通用，不便进行产业化生产。
实用新型内容
为了解决现有技术中的问题，设计一种光纤电流传感器的传感头，该光纤电流传感器的传感头采用分体式组装结构，仅通过更换连接管，就可以组装成不同规格的传感头，满足不同电流母线的要求，同时实现现场母线带电安装的功能，生产制造安装都方便。
为实现本实用新型的目的所采用的技术方案如下：
一种光纤电流传感器的传感头，安装在母线的外周，用于感应电流信息，该传感头包括：
传感光纤，该传感光纤包括第一传感光纤和第二传感光纤，所述第一传感光纤和第二传感光纤的一端熔接有半波片，另一端熔接有1/4波片，并且第一传感光纤和第二传感光纤同线绕制成环状；
传感环，用于封装所述传感光纤，该传感环包括四个拐角结构、以及将四个拐角结构两两相连的连接管，所述拐角结构与所述连接管形成闭合环状，所述拐角结构内设有光纤通道，该光纤通道与所述连接管连通形成闭合环形通道，其中至少一个拐角结构设有光纤引出通道；
绝缘支架，该绝缘支架固定装设于所述母线外周，用于支撑固定所述传感环。
优选的，所述拐角结构包括相互配合的上盖和下盖，所述上盖和下盖分别设有半圆形凹槽，所述半圆形凹槽形成所述光纤通道。
优选的，所述拐角结构具有两个连接端，所述连接端设有定位结构。
进一步的，在所述光纤通道的出口处设置有光纤接头锁紧结构，用于保护光纤。
可选的，所述传感光纤在所述传感环内绕制一圈或多圈。
本实用新型还提供了一种光纤电流传感器，该光纤电流传感器采用了上述传感头。该光纤电流传感器对电流敏感，对振动不敏感，可以消除Sagnac效应，环境适应性强。
本实用新型还提供了一种光纤电流传感系统，该光纤电流传感系统包括上述光纤电流传感器，所述光纤电流传感器连接一不锈钢机箱，机箱内形成封闭空间，以装设控制模块、光路器件和电路板，所述控制模块包括液晶显示屏，液晶显示屏用于显示光纤电流传感器的检测信息。
进一步地，所述光纤电流传感器为多个，所述液晶显示屏可显示多路光纤电流传感器的检测信息。
进一步地，所述控制模块还包括存储器和数据接口。
进一步地，所述机箱设置有散热片，便于机箱内的热量向外传递以实现自冷却。
有益效果：本实用新型提供的光纤电流传感器的传感头结构通用，仅通过更换连接管，就可以组装成不同规格的传感头，满足不同电流母线的要求，便于实现产业化生产，同时实现现场母线带电安装的功能。
同时，本实用新型提供的光纤电流传感器的传感头对电流敏感、对振动不敏感，消除了Sagnac效应，从而提高了环境适应性。
本实用新型提供的光纤电流传感器和光纤电流传感系统，由于采用了上述光纤电流传感器的传感头，而该传感头设计为通用结构，使光纤电流传感器和光纤电流传感系统同样具有便于生产制造和安装的效果，同时还具有对电流敏感、对振动不敏感的效果。
另外，本实用新型提供的光纤电流传感系统采用的全封闭的不锈钢机箱，具有抗电磁干扰和防尘防污染的效果，进一步地，机箱可连接多个光纤电流传感器，并且通过液晶显示屏显示多路数据，且运行数据可以利用存储器保存一定时间(例如6个月)并且可以通过数据接口读取。
附图说明
图1为本实用新型光纤电流传感器的传感头的结构示意图；
图2为图1中传感环的剖面示意图；
图3为图2中第一拐角结构的上盖结构示意图；
图4为本实用新型中传感光纤的示意图；
图5为本实用新型一实施例的机箱结构示意图；
图6为本实用新型另一实施例的机箱结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例，对本实用新型的技术方案和有益效果作进一步阐述。
参照图1和图4，本实用新型提供的光纤电流传感器的传感头安装在大电流直流的母线100的外周，用于感应电流信息，该传感头包括传感光纤400、传感环200、以及绝缘支架300。参照图4，传感光纤400包括第一传感光纤410和第二传感光纤420，第一传感光纤410和第二传感光纤420的一端熔接有半波片430，第一传感光纤410和第二传感光纤420通过半波片430耦合连接，另一端熔接有1/4波片440，并且第一传感光纤410和第二传感光纤420以半波片430耦合端为起点，同线绕制成环状，通过1/4波片440与传感头外部的传输光纤(图未示)耦合连接。原理：当光波从传输光纤经过1/4波片440进入传感光纤420，在第一传感光纤410中为左旋圆偏振光，与磁场H方向相反，光速减慢；在第二传感光纤420中经半波片430转换为右旋圆偏振光，与磁场H方向相同，光速加快。振动时，产生Sagnac效应，光波在第一传感光纤410光程变短，在第二传感光纤420中则光程变长，Sagnac效应恰好完全抵消。
因此，本实用新型提供的光纤电流传感器的传感头对电流敏感、对振动不敏感，消除了Sagnac效应，从而提高了环境适应性。
参照图1和图2，用于封装传感光纤400的传感环200，包括四个拐角结构210、以及将四个拐角结构210两两相连的连接管220，拐角结构210与连接管220形成闭合环状，拐角结构210内设有光纤通道211，该光纤通道211与连接管220连通形成闭合环形通道，其中至少一个拐角结构210设有光纤引出通道212，本实施例中仅第一拐角结构201设有光纤引出通道212，其它三个拐角结构210结构完全一样。第一传感光纤410和第二传感光纤420从半波片430耦合端开始在传感环200中的闭合环形通道内绕制一圈后从光纤引出通道212引出。本实用新型提供的光纤电流传感器的传感头采用上述分体式组装结构，仅通过更换连接管，就可以组装成不同规格的传感头，满足不同电流母线的要求，采用本实用新型提供的传感环的通用结构设计，便于实现产业化生产。当然，在其它实施例中，也可将四个拐角结构设计为完全一样，即四个拐角结构210均设有光纤引出通道212，使用其中任意一个光纤引出通道212引出传感光纤皆可。进一步地，在光纤引出通道212的出口处设置有光纤接头锁紧结构，用于保护光纤。
进一步地，由于光纤通道211与连接管220连通形成闭合环形通道，第一传感光纤410和第二传感光纤420也可在传感环200中的闭合环形通道内绕制多圈，以提高测量精度。
参照图3，作为优选实施方式，拐角结构210包括相互配合的上盖和下盖，上盖和下盖分别设有半圆形凹槽，由上盖和下盖的半圆形凹槽组合形成光纤通道211。拐角结构210具有两个连接端213，连接端213设有定位结构214。本实施例中，连接管220优选边长为25mm的方形管，连接端213配合连接管220的形状和尺寸，即连接端213为方形凹槽，定位结构214为设置于方形凹槽背面的两个凸点，连接管220相应设置两个与凸点配合的凹槽或通孔，定位方便，组装后上盖与下盖通过螺钉连接固定。组装不同的传感环200时只需要按照需要截取连接管220的长度即可，对快速生产带来方便。
参照图1，传感环200由铝合金材质制成，通过绝缘支架300安装固定在母线上，该绝缘支架300的材质优选环氧树脂，该绝缘支架300固定装设于母线10外周。绝缘支架300包括水平杆和垂直杆，水平杆和垂直杆将绝缘支架和母线牢牢地固定，水平杆的水平方向设有两个长孔，垂直杆的垂直方向设有两个长孔，方便母线100尺寸不标准时调整之用，水平杆与垂直杆之间通过螺钉连接。可以理解的是，水平杆和垂直杆的数量可根据需要设置。传感环和绝缘支架大小可调且安装方便。
本实用新型还提供了一种光纤电流传感器，该光纤电流传感器采用了上述传感头，该光纤电流传感器对电流敏感，对振动不敏感，可以消除Sagnac效应，环境适应性强，且由于传感头设计为通用结构，使光纤电流传感器同样具有便于组装和生产制造，可实现产业化生产的效果。
本实用新型还提供了一种光纤电流传感系统，该光纤电流传感系统包括上述光纤电流传感器，光纤电流传感器连接一不锈钢机箱。参照图5，不锈钢机箱500内形成封闭空间，封闭空间内装设控制模块(图未示)，该不锈钢机箱500由于采用全密封设计，可防尘、防污、抗电磁干扰。控制模块包括液晶显示屏，液晶显示屏通过机箱500的面板显示，液晶显示屏用于显示光纤电流传感器的检测信息。具体可在机箱500的面板510上开设窗口511，或者也可以将整块机箱500的面板510用作液晶显示屏。液晶显示屏为触摸屏，不受磁场干扰。液晶显示屏显示内容可设置电压、电流、功率、电量等，还可在液晶显示屏设置模拟电压表和电流表指示。作为本实施例的进一步优化，机箱500的背板520设置有散热片，便于将机箱500内的热量向外传递，实现机箱500自冷却。
机箱可采用壁挂、柜内安装或其它安装方式，如图6所示为一壁挂式机箱600，包括箱体610和箱门620，箱体610和箱门620形成封闭空间，箱体610内设置有控制模块，箱门620上安装有锁621，还开设有窗口622，液晶显示屏通过窗口622显示。与箱门620相对的箱体背板611设置有安装支架630，用于将机箱600固定安装于墙壁上。
进一步地，以上光纤电流传感器可设置为多个，即一个机箱可连接多个光纤电流传感头，液晶显示屏可显示多路检测信息。控制模块还包括存储器和数据接口，可存储运行数据，且可以方便地调取一定时间内的运行数据，例如调取过往6个月的运行数据。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
Claims (10)
1.一种光纤电流传感器的传感头，安装在母线的外周，用于感应电流信息，其特征在于，该传感头包括：
传感光纤，该传感光纤包括第一传感光纤和第二传感光纤，所述第一传感光纤和第二传感光纤的一端熔接有半波片，另一端熔接有1/4波片，并且第一传感光纤和第二传感光纤同线绕制成环状；
传感环，用于封装所述传感光纤，该传感环包括四个拐角结构、以及将四个拐角结构两两相连的连接管，所述拐角结构与所述连接管形成闭合环状，所述拐角结构内设有光纤通道，该光纤通道与所述连接管连通形成闭合环形通道，其中至少一个拐角结构设有光纤引出通道；
绝缘支架，该绝缘支架固定装设于所述母线外周，用于支撑固定所述传感环。
2.根据权利要求1所述的光纤电流传感器的传感头，其特征在于：所述拐角结构包括相互配合的上盖和下盖，所述上盖和下盖分别设有半圆形凹槽，所述半圆形凹槽形成所述光纤通道。
3.根据权利要求1所述的光纤电流传感器的传感头，其特征在于：所述拐角结构具有两个连接端，所述连接端设有定位结构。
4.根据权利要求1所述的光纤电流传感器的传感头，其特征在于：在所述光纤引出通道的出口处设置有光纤接头锁紧结构。
5.根据权利要求1所述的光纤电流传感器的传感头，其特征在于：所述传感光纤在所述传感环内绕制一圈或多圈。
6.一种光纤电流传感器，其特征在于：该光纤电流传感器包括如权利要求1所述的传感头。
7.一种光纤电流传感系统，其特征在于：包括如权利要求6所述的光纤电流传感器，所述光纤电流传感器连接一不锈钢机箱，机箱内形成封闭空间，封闭空间内装设有控制模块，所述控制模块包括液晶显示屏，液晶显示屏用于显示光纤电流传感器的检测信息。
8.根据权利要求7所述的光纤电流传感系统，其特征在于：所述光纤电流传感器为多个，所述液晶显示屏可显示多路光纤电流传感器的检测信息。
9.根据权利要求7所述的光纤电流传感系统，其特征在于：所述控制模块还包括存储器和数据接口。
10.根据权利要求7所述的光纤电流传感系统，其特征在于：所述机箱设置有散热片。
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