干涉式精確電流傳感器的制造方法
【專利摘要】一種干涉式精確電流傳感器，包括：激光器，光纖分束器，被測導(dǎo)線，光纖線圈，保偏光纖，光纖合束器，光探測器，信號處理器，其特征在于：激光器為線偏振激光器或者輸出端具有偏振片，該激光器發(fā)射出的光經(jīng)保偏光纖傳輸?shù)焦饫w分束器，由光纖分束器分為四束相同的子光束，這四束子光束分別經(jīng)過保偏光纖傳輸?shù)揭粋€光纖線圈內(nèi)，這四個光纖線圈均纏繞在被測導(dǎo)線上，四個光纖線圈除位置錯開之外，纏繞方式以及匝數(shù)均相同，其中一個光纖線圈的光纖外表面具有電磁屏蔽層，其中每兩個光纖線圈的輸出端連接到一個光纖合束器，每個光纖合束器的輸出端分別通過光纖連接到一個光探測器，兩個光探測器的輸出端經(jīng)由信號線連接到同一個信號處理器。
【專利說明】
干涉式精確電流傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及光纖電流傳感器，尤其涉及一種測量準確的光纖電流傳感器，屬于電流測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，對電網(wǎng)的輸送和檢測提出了更高的要求，傳統(tǒng)的高壓大電流的測量手段將面臨嚴峻的考驗.隨著光纖技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來的光纖電流傳感系統(tǒng)，因具有很好的絕緣性和抗干擾能力，較高的測量精度，容易小型化，沒有潛在的爆炸危險等一系列優(yōu)越性，而受到人們的廣泛重視.光纖電流傳感器的主要原理是利用磁光晶體的法拉弟效應(yīng).根據(jù)of = VBI，通過對法拉弟旋轉(zhuǎn)角OF的測量，可得到電流所產(chǎn)生的磁場強度，從而可以計算出電流大小.由于光纖具有抗電磁干擾能力強、絕緣性能好、信號衰減小的優(yōu)點，因而在法拉弟電流傳感器研究中，一般均采用光纖作為傳輸介質(zhì)，其工作原理圖1所示。
[0003]激光束通過光纖，并經(jīng)起偏器產(chǎn)生偏振光，經(jīng)自聚焦透鏡人射到磁光晶體:在電流產(chǎn)生的外磁場作用下，偏振面旋轉(zhuǎn)9F角度;經(jīng)過檢偏器、光纖，進入信號檢測系統(tǒng)，通過對0F的測量得到電流值.
[0004]當(dāng)設(shè)置系統(tǒng)中兩偏振器透光主軸的夾角為45°，經(jīng)過傳感系統(tǒng)后的出射光強為:
[0005]I = (1/2)(l+sin29F)
[0006]式中1為入射光強.通過對出射光強的測量，就可以得出0F，從而可測出電流的大小。
[0007]但是，現(xiàn)有技術(shù)中的光纖電流傳感器均存在一個問題，那就是精確度不高，穩(wěn)定性較差，經(jīng)過我們的分析，產(chǎn)生這些問題的原因主要在于外界的干擾較強。例如在野外進行測量時，由于測量環(huán)境的變化，例如刮風(fēng)，會導(dǎo)致輸電線和光纖圈的晃動，這些晃動，以及其他可能的震動等都可能導(dǎo)致光纖中線偏振光偏振態(tài)的變化，也即會發(fā)生偏振面的旋轉(zhuǎn)，但是這樣導(dǎo)致的偏振面的旋轉(zhuǎn)并不是由于輸電線內(nèi)電流強度變化造成的，而是由于擾動造成的，但是在測量結(jié)果上卻體現(xiàn)在了電流上，由此導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。
[0008]本實用新型就是針對上述問題提出來的，以解決現(xiàn)有技術(shù)中光纖電流傳感器測量精度低，穩(wěn)定性差的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]本實用新型提供了一種全新的電流傳感器，該傳感器可精確的測量出導(dǎo)線內(nèi)傳輸?shù)碾娏髁?，能完全克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，完全不受環(huán)境因素的影響。
[0010]根據(jù)本實用新型的一實施例，提供了一種干涉式精確電流傳感器，包括:激光器，光纖分束器，被測導(dǎo)線，光纖線圈，保偏光纖，光纖合束器，光探測器，信號處理器，其特征在于:激光器為線偏振激光器或者輸出端具有偏振片，該激光器發(fā)射出的光經(jīng)保偏光纖傳輸?shù)焦饫w分束器，由光纖分束器分為四束相同的子光束，這四束子光束分別經(jīng)過保偏光纖傳輸?shù)揭粋€光纖線圈內(nèi)，這四個光纖線圈均纏繞在被測導(dǎo)線上，四個光纖線圈除位置錯開之夕卜，纏繞方式以及匝數(shù)均相同，其中一個光纖線圈的光纖外表面具有電磁屏蔽層，其中每兩個光纖線圈的輸出端連接到一個光纖合束器，每個光纖合束器的輸出端分別通過光纖連接到一個光探測器，兩個光探測器的輸出端經(jīng)由信號線連接到同一個信號處理器。
[0011]根據(jù)本實用新型的另外一實施例，所述光纖分束器的數(shù)量為一個，該一個光纖分束器直接將入射光束分為均等的四份。
[0012]根據(jù)本實用新型的另外一實施例，所述光纖分束器的數(shù)量為三個。
[0013]根據(jù)本實用新型的另外一實施例，所述屏蔽層為金屬涂覆層，厚度為幾個微米。
[0014]根據(jù)本實用新型的另外一實施例，所述保偏光纖的長度為1cm以下。
[0015]根據(jù)本實用新型的一實施例，提供了一種利用電流傳感器進行電流測量的方法，其特征在于包括以下步驟:激光器發(fā)出的激光束經(jīng)由光纖分束器之后變?yōu)樗氖耆嗤木€偏振激光束，這四束線偏振激光束分別經(jīng)過保偏光纖進入到一個光纖線圈上，其中每兩個光纖線圈出射的光束進行干涉，然后再對干涉后的光強進行檢測，從而得到兩個檢測結(jié)果，四個光纖線圈中的一個的光纖上包覆有電磁屏蔽層，使得被測導(dǎo)線中的電磁場不能對該光纖線圈內(nèi)的線偏振光產(chǎn)生影響，能夠?qū)ζ駪B(tài)產(chǎn)生影響的只是環(huán)境的因素，將該光纖線圈輸出的光束與另外一個光纖線圈輸出的光束進行相干作用即可在由光探測器所探測的結(jié)果中得到體現(xiàn)，干涉以后光強的變化僅是由電流引起的改變，然后將該光強測量結(jié)果與另外兩個光纖線圈輸出光的干涉結(jié)果進行對比，另外兩個線圈干涉后產(chǎn)生的光強為基準值，根據(jù)對比結(jié)果即可得出偏振面旋轉(zhuǎn)的角度，進而得到導(dǎo)線內(nèi)的電流值。
[0016]根據(jù)本實用新型的一實施例，所述光纖線圈的匝數(shù)為30圈。
[0017]根據(jù)本實用新型的一實施例，所述信號處理器為PC機或單片機。
[0018]根據(jù)本實用新型的一實施例，所述屏蔽層的厚度為2微米。
【附圖說明】
[0019]附圖1是現(xiàn)有技術(shù)中電流傳感器的示意圖；
[0020]附圖2是本實用新型中精確的干涉式電流傳感器的示意圖。
[0021 ] 在上述的附圖中，I表不激光器，2和1表不光纖分束器，3表不被測導(dǎo)線，4表不光纖線圈，5表示保偏光纖，6表示屏蔽層，7表述光纖合束器，8表示光強探測器，9表示信號處理器。
【具體實施方式】
[0022]下面將在結(jié)合附圖2的基礎(chǔ)上詳細描述本實用新型的實施例，在該實施例中，本實用新型的電流傳感器包括激光器1，該激光器發(fā)射出線偏振激光束，發(fā)出的光經(jīng)保偏光纖傳輸?shù)降谝还饫w分束器10，被第一光纖分束器分為相同的兩束光，分別為第一束光和第二束光，然后這兩束光分別經(jīng)保偏光纖5傳輸?shù)揭粋€1:1的第二光纖分束器2，其中第一束光經(jīng)由第二光纖分束器2分束之后變?yōu)橄嗤膬墒?，分別為第三束光和第四束光，第三束光和第四束光中的每一束均經(jīng)過保偏光纖5分別傳輸?shù)降谝还饫w線圈和第二光纖線圈4內(nèi)，其中每個光纖線圈的數(shù)量為至少一圈，兩個光纖線圈以完全相同的但是位置錯開的方式纏繞在被測導(dǎo)線上。其中第一光纖線圈和第二光纖線圈4中的一個光纖外包覆有電磁屏蔽層6，例如金屬層，第一光纖線圈和第二光纖線圈的輸出端分別經(jīng)由保偏光纖連接到光纖合束器7上，光纖合束器7經(jīng)由光纖連接到光探測器8上。所述第二束光由另外一個第二光纖分束器2分束之后也變?yōu)橄嗤膬墒?，分別為第五束光和第六束光。第五束光和第六束光中的每一束均經(jīng)過保偏光纖5分別傳輸?shù)降谌饫w線圈和第四光纖線圈4內(nèi)，其中每個光纖線圈的數(shù)量為至少一圈，兩個光纖線圈以與第一和第二光纖線圈完全相同的但是位置錯開的方式纏繞在被測導(dǎo)線上，也即四個光纖線圈除位置錯開之外，纏繞方式相同，并且這四個光纖線圈的圈數(shù)也是一樣的。第三光纖線圈和第四光纖線圈的輸出端分別經(jīng)由保偏光纖連接到另外一個光纖合束器7上，該光纖合束器7經(jīng)由光纖連接到另外一個光探測器8上。兩個光探測器分別經(jīng)由信號線連接到信號處理器9上，由信號處理器9來處理由兩個光探測器傳輸來的光強信號。
[0023]下面來說明本實用新型的電流傳感器的測量方法及所取得的效果，根據(jù)本實用新型的電流傳感器，激光器發(fā)出的線偏振激光束經(jīng)由第一光纖分束器和第二光纖分束器之后變?yōu)樗氖耆嗤木€偏振激光束，這四束線偏振激光束分別經(jīng)過保偏光纖進入到一個纏繞到被測導(dǎo)線上、圈數(shù)相同的光纖線圈上，其中每兩個光纖線圈出射的光束進行干涉，然后再對干涉后的光強進行檢測，從而得到兩個檢測結(jié)果，然后對這兩個檢測結(jié)果進行比對即可得出導(dǎo)線中電流的大小。這四個光纖線圈中的一個光纖上包覆有電磁屏蔽層，例如金屬層，由于該光纖線圈的光纖包覆有電磁屏蔽層，使得被測導(dǎo)線中的電磁場不能對該光纖線圈內(nèi)的線偏振光產(chǎn)生影響，能夠產(chǎn)生影響的只是環(huán)境的因素，這樣，將該光纖線圈輸出的光束與另外一個光纖線圈輸出的光束進行相干作用即可在由光探測器所探測的結(jié)果中得到體現(xiàn)，也即干涉以后光強的變化僅是由電流引起的改變，而環(huán)境因素所造成的變化由于對于兩個光纖線圈來說是一樣的，所以在兩束光干涉之后該因素就得到了消除，然后將該光強測量結(jié)果與另外兩個光纖線圈輸出光的干涉結(jié)果進行對比，由于另外兩個光纖線圈均沒有設(shè)置電磁屏蔽層，所以另外兩個線圈干涉后產(chǎn)生的光強為基準值，所以根據(jù)簡單的對比即可得出偏振面旋轉(zhuǎn)的角度，進而得到導(dǎo)線內(nèi)的電流值。
[0024]其中，為了使得測量結(jié)果盡可能準確，所使用的其中每兩個器件之間的保偏光纖的長度要盡可能短，例如可設(shè)置在1cm以下，更短的可設(shè)置為5cm以下。
[0025]綜上所述，通過本實用新型的方法即可簡單的消除環(huán)境因素的影響，從而得到準確的測量結(jié)果。
[0026]其中的電磁屏蔽層可為簡單涂覆的一層金屬層，例如鋁層或銅層，值要能實現(xiàn)電磁屏蔽作用即可。屏蔽層的厚度可設(shè)置為幾個微米，例如2微米。
[0027]光纖線圈的匝數(shù)可設(shè)置為多一點，以進一步提高測量精度，例如可設(shè)置為30圈。
[0028]信號處理器可為現(xiàn)有技術(shù)中任意的能夠進行數(shù)據(jù)處理的裝置，例如PC機，單片機等等。
[0029]其中的激光器可不為線偏振激光器，可以在激光器外面增加一個偏振片以實現(xiàn)激光束的線偏振化。
[0030]需要說明的是，上面的說明均是以特定的實施方式進行的，但是這并不能解釋為對本實用新型的限制，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在上述公開的基礎(chǔ)上進行的各種公知的變形及改進均處于本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種干涉式精確電流傳感器，包括:激光器，光纖分束器，被測導(dǎo)線，光纖線圈，保偏光纖，光纖合束器，光探測器，信號處理器，其特征在于:激光器為線偏振激光器或者輸出端具有偏振片，該激光器發(fā)射出的光經(jīng)保偏光纖傳輸?shù)焦饫w分束器，由光纖分束器分為四束相同的子光束，這四束子光束分別經(jīng)過保偏光纖傳輸?shù)揭粋€光纖線圈內(nèi)，這四個光纖線圈均纏繞在被測導(dǎo)線上，四個光纖線圈除位置錯開之外，纏繞方式以及匝數(shù)均相同，其中一個光纖線圈的光纖外表面具有電磁屏蔽層，其中每兩個光纖線圈的輸出端連接到一個光纖合束器，每個光纖合束器的輸出端分別通過光纖連接到一個光探測器，兩個光探測器的輸出端經(jīng)由信號線連接到同一個信號處理器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于:所述光纖分束器的數(shù)量為一個，該一個光纖分束器直接將入射光束分為均等的四份。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于:所述光纖分束器的數(shù)量為三個。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于:所述屏蔽層為金屬涂覆層，厚度為幾個微米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于:所述保偏光纖的長度為1cm以下。
【文檔編號】G01R19/00GK205427017SQ201521007308
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月4日
【發(fā)明人】李松濤, 劉洋
【申請人】華北電力大學(xué)（保定）