[实用新型]新型光纤电流传感器

说明书

本实用新型是一种光纤电流传感器，适用于发电厂、高压传输线、变电所等处所的大电流的测量。

对大电流的测量普通采用电流互感器，但互感器结构笨重、绝缘性不好、不易用计算机监测。现在被大多数人采用的光纤法拉第电流传感器，它是通过测量光纤偏振面的旋转角，来实现大电流的测量，测量装置中，免不了光纤要弯曲，光纤弯曲就会产生双折射，而引起光偏振面的附加旋转，给传感器带来误差，降低传感器的灵敏度；法拉第电流传感器最理想的是使用保偏性能好的保偏光纤，以防止环境温度、振动、噪声干扰，但目前保偏光纤还没有达到这么高要求，所以，这种传感器的性能完善还有待保偏光纤性能的提高。

本实用新型的目的是：设计一种易于实现、性能稳定、易于与计算机相连的一种测量大电流的传感器。

新型光纤电流传感器，由激光器、透镜、传感头、光电二极管pin、电子测量电路组成。传感头由光纤、感应线圈、显微物镜、起偏器、1／4波片、晶体、电极、检偏器、显微物镜、光纤构成，其光学元件依以上顺序放置在绝缘盒中，调好位置后固定。电极8夹在晶体的与x1轴垂直的平面上，电极8与感应线圈的导线1相连；感应线圈将被测电流线性的转换为感应电压，利用晶体的一次电光效应测量感应电压，而得到被测电流。

本实用新型的优点是，绝缘性能好、性能稳定、易于用计算机进行实时监测。

图1感应线圈

图2光纤电流传感器示意图

图3光电转换放大、滤波、除法器电路

结合附图对本实用新型作进一步说明：

新型光纤电流传感器结构见图2，其感应线圈见图1，感应线圈是由导线均匀地密绕在矩形的铁磁材料上制成，为使铁磁材料的磁导率工作在线性区域，在铁磁材料上开一个气隙2；线圈的匝数及铁磁材料气隙间隔大小，应使线圈产生的感应电压小于晶体半波电压的1／π。传感头由光纤4、感应线圈（1、2、3）、显微物镜5、起偏器6、1／4波片7、晶体11（晶体可用BGO、BSO或LN）、检偏器9、显微物镜5、电极8、光纤4构成，其光学元件依5、6、7、11、9、5的顺序放置在绝缘盒10中，调好位置后固定，电极8夹在晶体的与x1轴垂直的平面上，电极8与感应线圈的导线1相连；感应线圈将电流线性的转换为感应电压，利用晶体的一次电光效应测量感应电压，而得到被测电流。

图3为光电转换放大、滤波、除法器电路，其光电转换放大电路12由光电二极管pin、集成运算放大器Lm308及反馈电阻R1组成，它将光电流转换为电压；放大电路由集成运算放大器Lm741及电阻R3、R4组成。低通滤波13由集成运算放大器F107、电阻R8、R9，电容C2、C3组成，电阻、电容值应满足R9×C2＝R8×C3。带通滤波15由集成运算放大器F107、电阻R5、R6、R7、电线圈的感应电压应满足V／V_π＜1／π，这时有sinφ≈φ由（1）式得出：

P＝P₀／2（1＋πV／V_π） （4）

式中，V为感应线圈的感应电压。

由（4）式可见，其输出光强与感应电压有线性关系。输出光强P，经光纤，经pin光电二极管转换为电信号，经放大、滤波将交直流分开，并将两路作除法运算，得出信号：

S＝πV／V_π（5）

将S值输入单片机（MCS－51），算出被测电流，并由数字显示出来。

经理论分析和试验表明，调整铁磁材料的气隙间隔和晶体的半波电压，可满足不同测量范围的要求，并且有很好的线性。

依上述光纤电流传器的结构，晶体采用铌酸锂晶体，晶体尺寸为mm：9×9×25，半波电压为1.04kV；起偏器和检偏器为渥拉斯棱镜，感应线圈的匝数为4000匝，制成的光纤电流传感器，对50A－300A范围内的电流进行测试，证明传感器有很好的线性与稳定性，非线性误差为1.09％。

容C1组成，电阻应满足R7＝R5／R6。除法器电路14是由除法器（BJH1010）和外围电路组成，其中＋10V由基准电源提供。