[发明专利]一种直通光路线性光学电流传感器及电流检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直通光路线性光学电流传感器及电流检测方法。

背景技术

光学电流互感器主要分为全光纤型和混合型两大类：前者传光、传感均采用光纤，后者传光用光纤、传感用磁光晶体、磁光玻璃或磁光薄膜等磁光材料。其中混合型光学电流互感器的传感结构大多为集磁式，将棱镜、偏振片、磁光材料等光学器件置于铁芯气隙中，因此气隙要足够大。但大气隙影响集磁性能，并使传感头体积偏大。光路中的入射棱镜与反射棱镜引入反射相移，使线偏光退偏为椭偏光，降低了测量灵敏度。目前双正交反射保偏、反射面镀膜保偏和临界角反射保偏等消除反射相移的方法，效果均不理想，仅保偏膜反射相移引起的测量误差就高达1.55％，远不能满足光学电流互感器0.2级的测量准确度要求。此外，光学电流互感器的检测方式都是基于马吕斯定律的偏振光光强检测模式，测量结果具有光功率相关性，易受光功率波动的影响；利用正弦函数小角度时的近似线性变换测量法拉第旋转角，导致动态测量范围和测量谐波的能力有限。同时，温漂和线性双折射产生的随机噪声降低了互感器长期运行的稳定性与可靠性，制约了其实用化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直通光路线性光学电流传感器及电流检测方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种直通光路线性光学电流传感器，包括：依次设置于同一光路上的光源、准直器、起偏器、第一导磁板、磁光薄膜、第二导磁板以及径向检偏光栅；所述第一导磁板的设置于一开气隙的集磁环气隙开口的一侧，所述第二导磁板的设置于该集磁环气隙开口的另一侧；还包括一穿过所述集磁环的载流导线。

在本发明一实施例中，所述集磁环气隙小于15mm，且磁场分布均匀。

在本发明一实施例中，所述第一导磁板以及所述第二导磁板均为方形铁片；所述第一导磁板以及所述第二导磁板对应开设有相同尺寸的通光孔。

在本发明一实施例中，所述径向检偏光栅为圆形，内径为4mm，外径为5mm；光栅栅条为铝金属，间距为50nm。

进一步的，还提供一种基于权利要求1所述的一种直通光路线性光学电流传感器的电流检测方法，光信号从所述光源经所述准直器后得到平行光；所述平行光经过所述起偏器得到线偏振光；所述线偏振光通过所述第一导磁板上的通光孔后，射入到所述磁光薄膜上；线偏振光的偏振面在所述载流导线电流磁场的作用下产生旋转，产生一旋转角；线偏振光通过所述第二导磁板上的通光孔到达所述径向检偏光栅，经径向检偏后得到一个形状固定的光斑；该光斑与所述旋转角同步旋转，通过测出该光斑的旋转角度即可得到所述载流导线中的待测电流值。

在本发明一实施例中，所述旋转角的大小是电流磁场强度、通光长度及磁光薄膜费尔德常数的线性函数。

在本发明一实施例中，所述径向检偏光栅的琼斯矩阵为：

其中，t_β表示透射光切向的振幅，η表示透射光径向和切向方向的相位延迟，β为光栅的旋转角。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明利用两块带有通光孔的长方形纯铁片(导磁板)引出气隙磁场，磁光薄膜放置在导磁板中间，直通光路不需要直角反射棱镜，消除了反射相移的影响。气隙磁场中只有400um厚度的磁光薄膜，大大降低了应力线双折射的影响；气隙小于15mm，磁场分布明显改善。且通过径向检偏光栅，将法拉第旋转角转换为环形光斑的同步转动，直接对光斑图像进行信号处理可获得待测电流值，实现了电流的线性测量。

附图说明

图1为本发明一实施例中直通光路线性光学电流传感器的结构图。

图2为本发明一实施例中径向检偏光栅的结构示意图。

图3为本发明一实施例中径向检偏光栅中光栅的结构示意图。

【标号说明】：1-集磁环；2-载流导线；3-第一导磁板；4-第二导磁板；5-光源；6-准直器；7-起偏器；8-磁光薄膜；9-径向检偏光栅；10-光路。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供一种直通光路线性光学电流传感器，如图1所示，包括：依次设置于同一光路上的光源5、准直器6、起偏器7、第一导磁板3、磁光薄膜8、第二导磁板4以及径向检偏光栅9，以形成一直通光路；第一导磁板3的设置于一开气隙的集磁环1气隙开口的一侧，第二导磁板4的设置于该集磁环1气隙开口的另一侧；还包括一穿过集磁环的载流导线2。

进一步的，在本实施例中，集磁环气隙小于15mm，且磁场分布均匀。