[发明专利]法拉第效应电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量或在时间上解析例如源于电击(stroke oflightning)的快速电磁场。所测量的或者在时间上解析的电磁场由在电导体中流动的电流产生。根据本发明的组件包括一对相同但相反设置的法拉第传感器。另外，本发明涉及用于使来自该传感器的输出信号稳定的方法和系统，以及用于处理来自该传感器组件的信号的方法和系统。

背景技术

在专利文献中已经提出了用于测量闪电电流的各种配置。

JP07043392公开了一种通过测量在由闪电电流产生的磁场中传播的线偏振光的转动角度来促进闪电电流测量的法拉第传感器。

在JP07043392中提出的法拉第传感器包括发光器件，光从该发光器件进入到光纤中，以及柱状透镜和长方体偏振器，以产生线偏振光。该线偏振光入射到长方体磁光场传感器上，该长方体磁光场传感器使测量光的偏振面在磁场的影响下转动角度β。通过布置在磁光元件的输出侧上的长方体分析器将该转动角度β转换为光的强度。在离开该磁光元件之后，该光穿过柱状透镜和光纤，然后到达例如光电二极管的E/O转换器，并通过该E/O转换器检测。

在JP07043392中提出的法拉第传感器的缺点在于外部磁场(即除了由闪电电流产生的磁场以外的磁场)容易影响由JP07043392中提出的传感器进行的测量。由于在JP07043392中提出的法拉第传感器对与闪电无关的磁场敏感，所以即使不是不可能的，正确确定闪电电流也可能是困难的。

本发明的目的是提供一种对外部干扰磁场不敏感的传感器组件。外部干扰磁场是指除了由传送要被测量的电流的导体产生的磁场以外的磁场。

本发明的另一个目的是提供一种传感器组件，该传感器组件结合了用于补偿形成该传感器组件的光学部件的老化的补偿方法和相关补偿设备。

本发明的另一个目的是提供一种用于处理来自该传感器组件的信号的信号处理方法及相关的信号处理设备。

发明内容

在第一方面，通过提供一种法拉第传感器组件来满足上述目的，该法拉第传感器组件包括：

第一光导元件，其适于沿着第一传播方向引导电磁辐射；

第二光导元件，其适于沿着第二传播方向引导电磁辐射；以及

测量区域，其适于接纳导电元件，在该测量区域中，该导电元件的主延伸方向在基本上垂直于所述第一和第二传播方向的方向上。

根据本发明的传感器组件能够测量在0.2Hz-10MHz频率范围内高达+/-400kA的电流，如闪电电流。通过选择性地分析特定频率范围内的传感器信号(例如在低于1kHz的频率范围内)，可以确定小到50-60A的电流。另外，根据该第一方面的传感器组件能够在-30℃到+70℃的温度间隔内工作。就所给出的传感器组件的再现性来说，该组件的测量精度在2％以内。

可以关于所述第一传播方向基本相反地设置所述第二传播方向。所述测量区域原则上可以关于所述第一和第二光导元件任意地设置。然而，优选地将该测量区域设置在第一和第二光导元件之间，使得第一光导元件、设置在测量区域中的导电元件以及第二光导元件结合形成三明治状结构。该导电元件可以用各种方式来实现。因此，该导电元件可以包括电导线、基本上刚性的棒、转子叶片的构成部分等。

根据本发明的传感器组件可以进一步包括输入偏振元件，其适于使耦合到所述第一和第二光导元件的每一个中的电磁辐射偏振。另外，根据本发明的法拉第传感器组件可以进一步包括输出偏振元件，其适于使从所述第一和第二光导元件的每一个耦合出的电磁辐射偏振。可以将所述输入偏振元件的偏振方向设置成不同于所述输出偏振元件的相应的偏振方向。优选地，将相关的输入和输出偏振元件对的偏振方向设置成相差大约45度的角。

在第一实施例中，可以将第一光导元件设置在第一壳体内，该第一壳体包括适于面向设置在测量区域中的导电元件的向内弯曲的外壳部分。类似地，可以将第二光导元件设置在第二壳体内，该第二壳体包括适于面向设置在测量区域中的导电元件的向内弯曲的外壳部分。这样，第一和第二壳体的向内弯曲的外壳部分可以组合在一起限定测量区域的边界。

第一和第二壳体中的每一个可以包括外部附着表面部分，其中第一壳体的外部附着表面部分与第二壳体的外部附着表面部分邻接。

第一和第二光导元件可以分别均光学透明的棒，例如玻璃棒。

第一和第二光导元件可以分别由第一和第二内盒来支撑，并且其中第一和第二内盒中的每一个包括适于接纳光导元件的通孔。