[发明专利]一种高灵敏的小型化电流检测系统

权利要求书

1.一种高灵敏的小型化电流检测系统，其特征在于，包括：光源，光纤电流传感器，探测器，其中，所述光纤电流传感器由输入光导纤维、输入透镜、输入偏振片、由金薄膜包裹的磁光材料、输出偏振片、输出透镜和输出光导纤维组成，所述由金薄膜包裹的磁光材料为包括由金薄膜包裹的法拉第光纤和法拉第波导在内的任意一种形式；

所述光源与所述光纤电流传感器相连，所述光纤电流传感器与所述探测器相连；

当测量所述待测高压输电导线上的电流时，所述光源发出非偏振光，输入所述光纤电流传感器，经过光纤传输至所述探测器，通过法拉第磁光效应和马吕斯定理计算得到磁场强度B，根据毕奥-萨伐尔定理与所述磁场强度B推算得到待测导线的电流强度I；

其中，所述光纤电流传感器，接收到所述光源发出的所述非偏振光之后，所述非偏振光作为入射光由所述输入光导纤维导入磁敏区，由所述输入透镜聚焦后经过所述输入偏振片变成线偏振光，入射到所述由金薄膜包裹的磁光材料中，所述入射光的偏振面发生偏转；穿过所述由金薄膜包裹的磁光材料的所述入射光经过所述输出偏振片之后，所述入射光被所述输出透镜聚焦到所述输出光导纤维中；所述入射光经过所述由金薄膜包裹的磁光材料之后，所述入射光的光强由输入强度I₀变为输出光强I₁。

2.根据权利要求1所述的高灵敏的小型化电流检测系统，其特征在于，所述光纤电流传感器，还包括：玻璃管，用于将所述光纤电流传感器中包括所述输入透镜、所述输入偏振片、所述由金薄膜包裹的磁光材料、所述输出偏振片、所述输出透镜在内的结构包裹于所述玻璃管内。

3.根据权利要求1所述的高灵敏的小型化电流检测系统，其特征在于，所述通过法拉第磁光效应和马吕斯定理计算得到磁场强度B，根据毕奥-萨伐尔定理与所述磁场强度B推算得到所述待测导线的所述电流强度I，具体为：

根据法拉第磁光效应，当非偏振光入射到所述光纤电流传感器时，经过所述输入偏振片变成线偏振光，线偏振光在所述由金薄膜包裹的磁光材料中传播时，在平行于光的传播方向上输电导线施加一磁场，则光的偏振面将发生偏转，偏转角度θ_F与磁感应强度B和光穿越所述由金薄膜包裹的磁光材料的长度d的乘积成正比：

θ_F＝VBd (1)

其中，比例系数V称为韦尔代常数，与介质性质及光波频率有关；

偏转角度θ_F根据所述输入光强I₀和所述由金薄膜包裹的磁光材料所产生的受到磁场作用的光强I₁对比得到，根据马吕斯定理可知：

I₁＝I₀·sin²θ_F (2)

由毕奥-萨伐尔定理可知，对于无限长直导线，在距离导线的垂直距离r处，垂直于导线的磁场强度为：

其中，μ₀为真空中的磁导率，4π×10^-7H/m；r为被测点距离所述待测导线轴心的距离，单位m；I为被测电流的大小，单位A。

通过公式(2)推算得到θ_F，代入公式(1)中计算得到所述磁场B，再通过公式(3)计算得到所述电流强度I。

4.根据权利要求4所述的高灵敏的小型化电流检测系统，其特征在于，所述输入偏振片与所述输出偏振片互相垂直。

5.根据权利要求4所述的高灵敏的小型化电流检测系统，其特征在于，所述由金薄膜包裹的磁光材料为超短长度的由金薄膜包裹的所述法拉第波导或所述法拉第波导。

6.根据权利要求1所述的高灵敏的小型化电流检测系统，其特征在于，所述探测器，还包括：前置放大电路和有源带通滤波；

所述前置放大电路，将光信号转换成电信号，并进行运算放大；

所述有源带通滤波，过滤掉所述电信号中的噪声，获得一个包含有磁场强度信息的所述电信号。

7.根据权利要求3所述的高灵敏的小型化电流检测系统，其特征在于，还包括：被测点距离所述待测导线轴心的距离r,为提前输入的常量。

8.根据权利要求4所述的高灵敏的小型化电流检测系统，其特征在于，所述由金薄膜包裹的磁光材料为具有超高费尔德常数的磁光介质，具体可以是表面覆盖Au薄膜的掺铽法拉第介质波导或光纤。