[发明专利]基于光学传感原理集成了温度传感的反射式电流和磁场传感器

说明书

在此公开了基于光学传感的电流传感器，其包括：光源、传输光纤、包括输入起偏器的电流传感器探头、第一法拉第材料、第二法拉第材料、光学反射镜、包括第一光探测器的光学探测单元、以及测量模块。根据本申请的电流传感器，基于光学传感原理，集成了温度传感，其能够确保光纤电流传感器在感测电流时的感测精度、测量范围和稳定性。

技术领域

本申请涉及电流和温度传感领域，具体地，涉及一种基于光学传感原理集成了温度传感的反射式电流和磁场传感器。

背景技术

电流是一种由于电荷在金属一类的导体中移动而产生的电信号。给出电流的电特性，用于感知或测量电流的技术或装置，目前很大程度上依赖于电子电路系统。电子电路系统通常需要现场供电，而且容易受到电磁干扰(EMI)的影响。各种用于感测电流的电子电路系统需要放在被测电流现场的位置，这就会在一些应用中受到限制。

对此，一种较好的方法是采用光学电流传感器感测电流，这对于智能电网的变电站和配电系统的测量、控制和防护都是非常具有吸引力的。与目前传统的电流传感器相比，光学电流传感器技术，可使处于被测电流位置的光学传感器与处理电流信号的电子处理系统拉开距离，在检测端不包含任何电路和供电，只单纯有光的传感信息，从而使得传感头不会受到电磁干扰，而且在高压情况下更安全。采用光学电流传感器还有体积小、重量轻、低功耗、避免电流饱和等其他优点。一些基于法拉第效应晶体或玻璃的电流传感器具有更小的体积、重量和功耗，而且安装更方便等优点，可直接安装在包括生活用电导线在内的导线上，大大降低安装成本。由于其低成本和小尺寸，可用在低压或中压变压器监测和其他电流测量应用。

在光学电流传感器中，光纤电流传感器在很多应用方面都具有吸引力，包括智能电网和电解铝生产厂的变电站和配电系统的检测、控制和保护，等等；与传统电流传感器相比，光纤电流传感器具有传感头和电子处理系统分开在不同位置的优点，因而不需要对传感头进行供电，在高压环境中更安全。另外，与传统电流传感相比，光纤电流传感精度更高，尤其是在温度变化范围宽的环境。其他优点还包括体积小、重量轻、不受电磁干扰、低功耗，且不会电饱和。

对于光纤电流传感器来说，精度、测量范围和稳定性是其重要指标。一种增加动态范围的有效方法是增加磁场探测的灵敏度，尽量降低电路系统的光探测器的噪声。由于法拉第材料(玻璃或晶体)的维尔德常数的温度系数会影响测量精度，所以在传感系统设计当中需要加以考虑。来自传感探头的光信号中的温度效应会受到传感器周边环境稳定性的影响，所以要提供一种机理来补偿这种温度效应。另外，来自附近其他电流导体的磁场干扰也会影响电流检测，这也需要减少和降低。

因此，需求能够同时尽可能地确保测量精度、测量范围和稳定性的光纤电流传感器。

发明内容

基于此，本申请公开了一种基于光学传感原理集成了温度传感的反射式电流和磁场传感器，其能够确保光纤电流传感器在感测电流时的感测精度、测量范围和稳定性。

根据本申请的一方面，一个基于光学传感的电流传感器，包括：

一个光源产生探测光；

一段传输光纤，其第一端口接收来自光源的探测光，并将所接收的探测光传输到第二端口；

一个电流传感器探头连接到传输光纤的第二端口，用来接收所述探测光；所述传感器探头包括一个输入起偏器，用来过滤所述探测光产生一束输入偏振光束；一个不受外部磁场影响的第一法拉第材料放置在所述输入偏振光束的光路中；一个会受外部磁场影响的第二法拉第材料也放置在所述输入偏振光束的光路中；一个光学反射镜放置在通过第一和第二法拉第材料的偏振输入光束光路后面，用来反射收到的输入偏振光束回到第一和第二法拉第材料和输入起偏器，并返回传输光纤；

一个包括一个第一光探测器的光学探测单元连接在传输光纤，用来从传输光纤接收来自光学传感器探头携带被测电流信息的光的至少一部分；