[发明专利]一种数字光纤电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字光纤电流传感器，基本原理是基于法拉第磁旋光效应使线偏振光的偏振面在电流磁场的作用下发生旋转，应用径向检偏器和数字图像处理方法测量偏振面旋转的角度并得到数字电流信号。适用于电力系统的交直流电流测量。

背景技术

目前电力系统中使用的电流互感器或电流传感器，是基于法拉第电磁感应原理的电磁式和磁旋光效应的模拟磁光式和利用罗哥夫斯基线圈实现的电子式。

模拟磁光式电流传感器已有60多年的发展历史，其原理是基于线偏振光的偏振面在电流磁场的作用下发生旋转，旋转的角度与电流的大小成正比，比例系数为费尔德常数。利用检偏器检出因偏振面旋转导致的光强变化，经光电转换得到模拟电流信号。其优点是利用光信号的传递实现了高低电位之间的完全电气隔离；其缺点是光强测量的方法是非线性的，使测量的范围和准确度受到限制。另外，电磁式、模拟磁光式和电子式电流传感器是把一次模拟信号传变为二次模拟信号，需要借助于模数转换电路才能得到数字信号，在电力系统向数字化发展的今天，以上几种传感器在数字化变电站的应用中有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于法拉第磁旋光效应并利用径向检偏器和数字图像处理方法实现的电流测量方法，如附图1所示。

本发明所述的方法是将激光信号[1]经耦合器[2]耦合至传输光纤[3]并从低电位传送到高电位，经准直器[4]准直后再经起偏器[5]得到线偏振光，并进入置于电流磁场中的磁光晶体[6]，电流产生的磁场与线偏振光行进的方向一致并使线偏振光的偏振面发生旋转，旋转的角度与电流的大小成正比，比例系数为费尔德常数。从磁光晶体[6]出射的线偏振光经耦合器[7]耦合至传输光纤[8]并从高电位传送到低电位，经准直器[9]准直和扩束器[10]扩束后进入环形检偏器[11]如附图2所示，环形检偏器的特点是其透振方向在180°的环形区域内沿径向均匀分布，与环形检偏器上某一透振方向一致的线偏振光能够透过检偏器，与该透振方向垂直的线偏振光不能透过检偏器，从而在环形检偏器上某一90°的区域内透过检偏器的偏振光强度由最大递减到最小，形成一个光强分布图像，由CMOS/CCD图像传感器[12]对偏振光强分布图像进行分析处理并找出最大或最小光强的位置，便确定了线偏振光旋转角度的大小，从而得到了电流信号的实时数字量。

本发明提出的电流测量方法是线性的，既适用于交流电流的测量，也适用于直流电流的测量。

附图说明

附图1是本发明的原理图。

附图2是本发明的环形检偏器示意图。

附图3是本发明的具体实施方式。

其中，[1]是激光光源，[2]是耦合器，[3]是传输光纤，[4]是准直器，[5]是起偏器，[6]是磁光晶体，[7]是耦合器，[8]是传输光纤，[9]是准直器，[10]是扩束器，[11]是环形检偏器，[12]是CMOS/CCD图像传感器，[13]是绝缘子，[14]是高压导线，[15]是分流螺线管。

具体实施方式

具体实施方式如附图3所示，激光信号[1]经耦合器[2]将光信号耦合到传输光纤[3]并从低电位传送到高电位，经准直器[4]准直和起偏器[5]得到线偏振光并进入磁光晶体[6]，分流螺线管[15]分流了主导线电流，流过[15]的电流产生的磁场与线偏振光行进的方向一致并使线偏振光的偏振面发生旋转，从[6]出射的线偏振光经耦合器[7]耦合至传输光纤[8]传送到低电位，经准直器[9]准直和扩束器[10]扩束后进入环形检偏器[11]，透过[11]的偏振光形成的光强分布图像经CMOS/CCD图像传感[12]分析处理得到最大或最小光强的位置，便确定了线偏振光旋转角度的大小，得到电流信号的实时数字量。激光光源[1]、耦合器[2]和[7]、传输光纤[3]和[8]、准直器[4]和[9]、，起偏器[5]、磁光晶体[6]、扩束器[10]、环形检偏器[11]、CMOS/CCD图像传感器[12]、分流螺线管[15]均置于绝缘子[13]中，高压导线[14]在绝缘子[13]的顶部。