[发明专利]一种混合式光学电流互感器及其实现自校正测量的方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种光学电流互感器。

背景技术

电流互感器是电力系统不可或缺的电力设备。混合式光学电流互感器采用集磁环聚磁，并采用光学电流传感器测量，集电磁式电流互感器和光学电流互感器的优点于一身，集磁环的使用可以提高混合式光学电流互感器的抗外磁场干扰能力，其良好的聚磁能力还可以极大增强光学电流传感器处的磁场，从而提高混合式光学电流互感器的灵敏度；光学电流传感器具备交、直流测量能力，可以对待测电流进行全息测量。但是，集磁环是铁磁材料制作而成，存在磁饱和的问题，会导致混合式光学电流互感器的线性度较差，特别是集磁环进入磁饱和后其测量精度甚至是不可接受的；此外，光学电流传感器还存在线性双折射导致的测量精度温漂问题，使混合式光学电流互感器的准确度下降。这些问题的存在阻碍了混合式光学电流互感器的实用化进程。

解决混合式光学电流互感器存在的线性度差、温漂问题具有相当的技术难度，国内外很多专家学者对此作了许多针对性的研究，并提出了一些解决方案。现有解决方案的主要思想是：通过对混合式光学电流互感器的传感头进行优化设计来提高测量的线性度和准确度，具体包括精心设计集磁环的结构和参数、择磁导率高且剩磁小的铁磁材料作为集磁环的材料、合理设计磁光晶体的长度和安装位置等。但这些措施只是针对其中某一特定影响因素进行改进，尽管获得了一定的改进效果，但对混合式光学电流互感器整体性能的提高效果有限，未能根本解决混合式光学电流互感器的线性度差和温漂的问题。

混合式光学电流互感器要实现真正的实用化，必须寻找解决混合式光学电流互感器线性度差、温度漂移问题的新方法。

发明内容

本发明为了解决现有的混合式光学电流互感器存在的线性度差问题和测量精度温漂问题，提出一种混合式光学电流互感器及其实现自校正测量的方法。

一种混合式光学电流互感器，它包括混合式传感头、基准电流源、远端采集单元和信号处理单元，

所述混合式传感头包括集磁环、光学传感单元、自校正模块、航空插头、底座和环氧树脂胶，

底座为圆环形的底座，该底座为U型槽结构，所述集磁环、光学传感单元和自校正模块安装在底座的U型槽内，所述的集磁环设置有一个气隙，光学传感单元设置在气隙内，自校正模块由空心螺线管组成，所述空心螺线管套在集磁环上，并且与气隙的位置对称设置，在所述U型槽内灌封环氧树脂胶，

光学传感单元的光信号输入端通过航空插头与信号处理单元的光信号输出端相连，光学传感单元的两个光信号输出端分别通过航空插头与信号处理单元的两个光信号输入端相连，所述的自校正模块的电信号输入端通过航空插头1-4与基准电流源的第一电信号输出端相连，基准电流源的第二电信号输出端与远端采集单元的电信号输入端相连，远端采集单元的采集信号输出端与信号处理单元的信号输入端相连，信号处理单元的控制信号输出端与远端采集单元的控制信号输入端相连。

一种混合式光学电流互感器实现自校正测量的方法，它的具体过程如下：

步骤1：将通有待测电流i₁的导线从集磁环中心点穿过，执行步骤2；

步骤2：基准电流源的基准电流i₂输入到自校正模块，同时信号处理单元发出同步时钟控制信号给远端采集单元，远端采集单元采集基准电流源发送的基准电流作为基准参考电流i₃，远端采集单元将采集到的基准参考电流i₃输入给信号处理单元，执行步骤3；

步骤3：信号处理单元控制LED光源发出光信号给光学传感单元，光学传感单元基于法拉第磁旋光效应原理感应待测电流i₁和自校正模块中的基准参考电流i₂，使光学传感单元输入的线性偏振光获得一个法拉第偏转角，并将偏转后的线性偏振光传输回到信号处理单元的光电探测器处，执行步骤4；

步骤4：光电探测器将接收到的光信号转化为电信号，并输出两路相同的电信号，执行步骤5；

步骤5，将步骤4得到的两路相同信号分别传送给工频滤波器和高通滤波器，将工频滤波器的输出信号i_o1和高通滤波器的输出信号i_o2通过前置放大器进行放大后输入到A/D转换器，经A/D转换器后输出数字信号，将该数字信号输入到DSP电路，执行步骤6；

步骤6：DSP电路根据得到的基准参考电流信号i₃和远端采集单元的变比k_z得到远端采集单元的输出电压u_z，执行步骤7；