專利名稱：一種新型光纖電流傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種光纖傳感器技術(shù)，具體涉及一種光纖電流傳感器系統(tǒng)及其傳 感方法。
背景技術(shù)：
在人類步入信息社會(huì)的今天，人們對(duì)信息的提取、處理、傳輸以及綜合等要 求愈加迫切。作為信息提取的功能器件，傳感器與人類的關(guān)系愈來愈密切。傳感 器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要組成部分，也是代表國家科技竟?fàn)幜Φ暮诵募夹g(shù)之
電力工業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著舉足輕重的地 位。近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)電力的需求日益增大，電力系統(tǒng)的額定
電壓等級(jí)和額定電流都有大幅度的提高，由80年代的220KV骨干電網(wǎng)發(fā)展到目 前500KV骨干電網(wǎng)，預(yù)計(jì)隨著金沙江等大容量梯級(jí)電站的建設(shè)，中國將出現(xiàn)由特 高壓1200 KV的輸電線路進(jìn)行電力的輸送。與^目應(yīng)的電力系統(tǒng)中的輸變電設(shè)備 的額定電壓和額定電流都要隨之提高，因此，必須研究和發(fā)展新型的高壓設(shè)備， 電流傳感器就是其中之一。
電流和電壓的測量在電力工業(yè)中起著極為重要的作用，它們?yōu)殡娏ο到y(tǒng)4是供 用于計(jì)量、控制和繼電保護(hù)所必需的信息。在計(jì)量方面，要求測量裝置具有4艮高 的測量準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性，而為了系統(tǒng)保護(hù)的需要，要求測量裝置測試速度快、反 應(yīng)迅速。同時(shí)，電力系統(tǒng)運(yùn)行的不間斷性也對(duì)測量裝置的可靠性及維護(hù)性提出了 很高的要求。目前，在電力系統(tǒng)中廣泛使用的電流傳感器是電磁式電流傳感器， 其傳感頭采用電磁感應(yīng)原理。電磁式電流互感器的結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，不易損 壞，這是其主要優(yōu)點(diǎn)。但由于結(jié)構(gòu)和使用條件的特殊性，它也存在頻率響應(yīng)差、 電磁干擾嚴(yán)重等缺點(diǎn)。
現(xiàn)在被大多數(shù)人采用的電流傳感器是以法拉第磁光效應(yīng)為基礎(chǔ)、以光纖為介 質(zhì)的新興電力計(jì)量裝置，它通過測量光波在通過^f茲光材料時(shí)其偏振面由于電流產(chǎn)
3生的磁場的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)的角度來確定被測電流的大小。具體原理是當(dāng)電纜中 有電流通過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生^ 茲場。磁場的強(qiáng)弱與通過的電流大小成正比。將傳感光纜 置于電纜磁場內(nèi)，電纜中電流的變化引起磁場強(qiáng)度發(fā)生變化，磁場的變化引起光 纜中傳輸光相位發(fā)生變化。再通過干涉技術(shù)將相位變化轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度變化，并通過 光電轉(zhuǎn)換檢測出來傳送至計(jì)算機(jī)。
但現(xiàn)有的采用上述原理的電流傳感器頻率響應(yīng)差、電磁干擾嚴(yán)重、相位變化 較小，所以導(dǎo)致4企測4青度不高。
為此設(shè)計(jì)一種新型光纖電流傳感器以解決上述技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的光纖電流傳感器系統(tǒng)及傳感方法。系統(tǒng)采用 光纖作傳感介質(zhì)，與傳統(tǒng)的電流傳感器相比，系統(tǒng)具有靈每丈度高、體積小、抗電 磁干擾、耐高壓、安全性好等特點(diǎn)。
為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供一種光纖電流傳感器系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括控制單元以及和控制單元通過傳感光纜連接的傳感頭，所述傳感頭包括纏 繞電纜的傳感光纜，所述傳感光纜內(nèi)封裝有傳感光纖和參考光纖，所述傳感光纖 上涂敷有磁致伸縮材料，所述控制單元包括
激光器，用于產(chǎn)生光源；
與激光器連接的光纖耦合器，用于將光源從一條光纖中分至多條光纖中； 與光纖耦合器通過傳感光纜連接的反射鏡，用于將傳感光纖和參考光纖內(nèi)的光
反射至耦合器處并發(fā)生千涉；
與光纖耦合器連接的光電轉(zhuǎn)換器，用于將光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)換為電壓變化； 與光電轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)處理器，用于處理光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)； 與數(shù)據(jù)處理器連接的信號(hào)采集器，用于采集數(shù)據(jù)處理器的輸出信號(hào)并送至計(jì)算
機(jī)中進(jìn)行分析處理。
優(yōu)選的，所述/f茲致伸縮材料為稀土。
優(yōu)選的，所述傳感光纖上涂敷/磁致伸縮材料的方法為化學(xué)氣相沉積法。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1) 傳感器探頭由全光纖組成，利用在傳感光纖的外壁涂敷磁致伸縮材料來
進(jìn)行傳感；
2) 系統(tǒng)體積小，免受電磁干擾，傳感器容易安裝；
3) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍大，探測靈敏度高。
圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將通過具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)說明。
一種光纖電流傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制單元3以及和控制單元通過傳感 光纜連接的傳感頭，所述傳感頭纏繞電纜2的傳感光纜1，所述傳感光纜1內(nèi)封 裝有傳感光纖U和參考光纖12，所述傳感光纖11上涂敷有磁致伸縮材料，所 述控制單元3包括
激光器31，用于產(chǎn)生光源；與激光器連接的光纖耦合器32,用于將光源從 一條光纖中分至多條光纖中；與光纖耦合器通過傳感光纜1連接的反射鏡4，用 于將傳感光纖和參考光纖內(nèi)的光反射至耦合器處并發(fā)生干涉；與光纖耦合器連接 的光電轉(zhuǎn)換器33,用于將光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)換為電壓變化；
與光電轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)處理器34,用于處理光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)；與 數(shù)據(jù)處理器連接的信號(hào)采集器35,用于采集數(shù)據(jù)處理器的輸出信號(hào)并送至計(jì)算 機(jī)36中進(jìn)4亍分沖斤處理。
當(dāng)電纜中有電流通過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場。磁場的強(qiáng)弱與通過的電流大小成正比。 將傳感光纜1置于電纜磁場內(nèi)，電纜2中電流的變化引起磁場強(qiáng)度發(fā)生變化，磁 場的變化引起光纜中傳輸光相位發(fā)生變化。通過干涉技術(shù)將相位變化轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度 變化，并通過光電轉(zhuǎn)換檢測出來。系統(tǒng)根據(jù)光強(qiáng)的變化檢測電纜中電流的變化， 當(dāng)有事件發(fā)生時(shí)，以此進(jìn)行報(bào)警。光纖的外圍涂敷有石茲致伸縮性材 料，如稀土。磁致伸縮材料是指因磁化而引起彈性變形的磁性材料。磁致伸縮的 原因是由于在磁化時(shí)材料磁疇結(jié)構(gòu)變化引起晶格間距的改變，因此磁致伸縮材料 必須是鐵磁物質(zhì)。常用的磁致伸縮材料是以鐵、鈷、鎳為主的合金及軟磁鐵氧體。
所述傳感光纖上涂敷磁致伸縮材料的方法為化學(xué)氣相沉積法。當(dāng)放置于磁場 中，磁場變化時(shí)，材料會(huì)隨之伸縮，由此會(huì)擠壓光纖，導(dǎo)致光纖的長度和折射率 發(fā)生變化。
使用時(shí)，激光器發(fā)出的光，經(jīng)耦合器注入到傳感光纖和參考光纖中，傳感光 纖和參考光纖封裝于同一根傳感光纜內(nèi)。傳感光纜安裝于待測的電纜周圍，當(dāng)電 纜中有電流通過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場，磁場導(dǎo)致傳感光纖外圍的磁致伸縮材料發(fā)生形 變，引起光纖長度和折射率發(fā)生變化。傳感光纖和參考光纖中的光，經(jīng)反射鏡反 射后，在耦合器處發(fā)生千涉。由于參考光纖為普通單模光纖，外圍沒有磁致伸縮 材料，其相位沒有受到電纜中電流產(chǎn)生的^茲場的影響，則傳感光纖和參考光纖中 的光相位差會(huì)發(fā)生變化。干涉后，系統(tǒng)將相位變化轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)變化，并通過光電 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓變化。光電轉(zhuǎn)換器輸出的傳感信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理器數(shù)據(jù)處理后， 被信號(hào)采集器采集，最終送入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析處理，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)電纜中 電流實(shí)施監(jiān)控。
本發(fā)明的有益效果如下
1) 傳感器探頭由全光纖組成。利用在傳感光纖的外壁涂敷磁致伸縮材料來 進(jìn)行傳感；
2) 系統(tǒng)體積小，免受電磁干擾，傳感器容易安裝；
3) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍大，探測靈敏度高
上述實(shí)施例僅列示性說明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何 熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修 改。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種光纖電流傳感器系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括控制單元以及和控制單元通過傳感光纜連接的傳感頭，所述傳感頭包括纏繞電纜的傳感光纜，其特征在于所述傳感光纜內(nèi)封裝有傳感光纖和參考光纖，所述傳感光纖上涂敷有磁致伸縮材料，所述控制單元包括激光器，用于產(chǎn)生光源；與激光器連接的光纖耦合器，用于將光源從一條光纖中分至多條光纖中；與光纖耦合器通過傳感光纜連接的反射鏡，用于將傳感光纖和參考光纖內(nèi)的光反射至耦合器處并發(fā)生干涉；與光纖耦合器連接的光電轉(zhuǎn)換器，用于將光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)換為電壓變化；與光電轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)處理器，用于處理光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)；與數(shù)據(jù)處理器連接的信號(hào)采集器，用于采集數(shù)據(jù)處理器的輸出信號(hào)并送至計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的光纖電流傳感器系統(tǒng)，其特征在于所迷》茲致伸縮材料為稀土。
3. 如權(quán)利要求1所述的光纖電流傳感器系統(tǒng)，其特征在于所述傳感光纖上涂敷磁致伸縮材料的方法為化學(xué)氣相沉積法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光纖電流傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制單元以及和控制單元通過傳感光纜連接的傳感頭，所述傳感頭包括電纜和纏繞電纜的傳感光纜，所述傳感光纜內(nèi)封裝有傳感光纖和參考光纖，所述傳感光纖上涂敷有磁致伸縮材料，所述控制單元包括激光器，與激光器連接的光纖耦合器，與光纖耦合器通過傳感光纜連接的反射鏡，與光纖耦合器連接的光電轉(zhuǎn)換器，與光電轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)處理器，與數(shù)據(jù)處理器連接的信號(hào)采集器，用于采集數(shù)據(jù)處理器的輸出信號(hào)并送至計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析處理。本系統(tǒng)采用光纖作傳感介質(zhì)，與傳統(tǒng)的電流傳感器相比，系統(tǒng)具有靈敏度高、體積小、抗電磁干擾、耐高壓、安全性好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/42GK101672865SQ200910056760
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者仝芳軒, 亮 劉, 周正仙, 剛 席, 魏 皋, 齊龍舟 申請(qǐng)人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司