專利名稱：一種數(shù)字光纖電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字光纖電流傳感器，基本原理是基于法拉第磁旋光效應(yīng)使線偏 振光的偏振面在電流磁場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，應(yīng)用徑向檢偏器和數(shù)字圖像處理方法測(cè)量偏 振面旋轉(zhuǎn)的角度并得到數(shù)字電流信號(hào)。適用于電力系統(tǒng)的交直流電流測(cè)量。
背景技術(shù)：
目前電力系統(tǒng)中使用的電流互感器或電流傳感器，是基于法拉第電磁感應(yīng)原理的 電磁式和磁旋光效應(yīng)的模擬磁光式和利用羅哥夫斯基線圈實(shí)現(xiàn)的電子式。模擬磁光式電流傳感器已有60多年的發(fā)展歷史，其原理是基于線偏振光的偏振 面在電流磁場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度與電流的大小成正比，比例系數(shù)為費(fèi)爾德常 數(shù)。利用檢偏器檢出因偏振面旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的光強(qiáng)變化，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換得到模擬電流信號(hào)。其優(yōu) 點(diǎn)是利用光信號(hào)的傳遞實(shí)現(xiàn)了高低電位之間的完全電氣隔離；其缺點(diǎn)是光強(qiáng)測(cè)量的方法是 非線性的，使測(cè)量的范圍和準(zhǔn)確度受到限制。另外，電磁式、模擬磁光式和電子式電流傳感 器是把一次模擬信號(hào)傳變?yōu)槎文M信號(hào)，需要借助于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路才能得到數(shù)字信號(hào)， 在電力系統(tǒng)向數(shù)字化發(fā)展的今天，以上幾種傳感器在數(shù)字化變電站的應(yīng)用中有很大的局限 性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于法拉第磁旋光效應(yīng)并利用徑向檢偏器和數(shù)字圖像 處理方法實(shí)現(xiàn)的電流測(cè)量方法，如附圖1所示。本發(fā)明所述的方法是將激光信號(hào)[1]經(jīng)耦合器[2]耦合至傳輸光纖[3]并從低電 位傳送到高電位，經(jīng)準(zhǔn)直器[4]準(zhǔn)直后再經(jīng)起偏器[5]得到線偏振光，并進(jìn)入置于電流磁場(chǎng) 中的磁光晶體[6]，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與線偏振光行進(jìn)的方向一致并使線偏振光的偏振面發(fā) 生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度與電流的大小成正比，比例系數(shù)為費(fèi)爾德常數(shù)。從磁光晶體[6]出射的 線偏振光經(jīng)耦合器[7]耦合至傳輸光纖[8]并從高電位傳送到低電位，經(jīng)準(zhǔn)直器[9]準(zhǔn)直 和擴(kuò)束器[10]擴(kuò)束后進(jìn)入環(huán)形檢偏器[11]如附圖2所示，環(huán)形檢偏器的特點(diǎn)是其透振方 向在180°的環(huán)形區(qū)域內(nèi)沿徑向均勻分布，與環(huán)形檢偏器上某一透振方向一致的線偏振光 能夠透過(guò)檢偏器，與該透振方向垂直的線偏振光不能透過(guò)檢偏器，從而在環(huán)形檢偏器上某 一 90°的區(qū)域內(nèi)透過(guò)檢偏器的偏振光強(qiáng)度由最大遞減到最小，形成一個(gè)光強(qiáng)分布圖像，由 CMOS/CCD圖像傳感器[12]對(duì)偏振光強(qiáng)分布圖像進(jìn)行分析處理并找出最大或最小光強(qiáng)的位 置，便確定了線偏振光旋轉(zhuǎn)角度的大小，從而得到了電流信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)字量。本發(fā)明提出的電流測(cè)量方法是線性的，既適用于交流電流的測(cè)量，也適用于直流 電流的測(cè)量。


附圖1是本發(fā)明的原理圖。
附圖2是本發(fā)明的環(huán)形檢偏器示意圖。附圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。其中，[1]是激光光源，[2]是耦合器，[3]是傳輸光纖，[4]是準(zhǔn)直器，[5 ]是起偏 器，[6]是磁光晶體，[7]是耦合器，[8]是傳輸光纖，[9]是準(zhǔn)直器，[10]是擴(kuò)束器，[11]是 環(huán)形檢偏器，[12]是CMOS/CCD圖像傳感器，[13]是絕緣子，[14]是高壓導(dǎo)線，[15]是分流 螺線管。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
如附圖3所示，激光信號(hào)[1]經(jīng)耦合器[2]將光信號(hào)耦合到傳輸光 纖[3]并從低電位傳送到高電位，經(jīng)準(zhǔn)直器[4]準(zhǔn)直和起偏器[5]得到線偏振光并進(jìn)入磁 光晶體[6]，分流螺線管[15]分流了主導(dǎo)線電流，流過(guò)[15]的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與線偏振光 行進(jìn)的方向一致并使線偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從[6]出射的線偏振光經(jīng)耦合器[7]耦 合至傳輸光纖[8]傳送到低電位，經(jīng)準(zhǔn)直器[9]準(zhǔn)直和擴(kuò)束器[10]擴(kuò)束后進(jìn)入環(huán)形檢偏器 [11]，透過(guò)[11]的偏振光形成的光強(qiáng)分布圖像經(jīng)CM0S/C⑶圖像傳感[12]分析處理得到最 大或最小光強(qiáng)的位置，便確定了線偏振光旋轉(zhuǎn)角度的大小，得到電流信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)字量。激 光光源[1]、耦合器[2]和[7]、傳輸光纖[3]和[8]、準(zhǔn)直器[4]和[9]、，起偏器[5]、磁光 晶體[6]、擴(kuò)束器[10]、環(huán)形檢偏器[11]、CMOS/CCD圖像傳感器[12]、分流螺線管[15]均 置于絕緣子[13]中，高壓導(dǎo)線[14]在絕緣子[13]的頂部。
權(quán)利要求
一種數(shù)字光纖電流傳感器，其特征是透過(guò)磁光晶體的線偏振光的偏振面在電流磁場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度與電流的大小成正比，一個(gè)環(huán)形檢偏器檢出透過(guò)磁光晶體的線偏振光并形成一個(gè)光強(qiáng)分布圖像，經(jīng)CMOS/CCD圖像傳感器分析處理得到線偏振光旋轉(zhuǎn)角度的大小并得到電流信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)字量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字光纖電流傳感器，其特征是環(huán)形檢偏器的透振方向在 180°的環(huán)形區(qū)域內(nèi)沿徑向均勻分布，與環(huán)形檢偏器上某一透振方向一致的線偏振光能透 過(guò)檢偏器，與該透振方向垂直的線偏振光不能透過(guò)檢偏器，從而在環(huán)形檢偏器上某一 90° 的區(qū)域內(nèi)透過(guò)檢偏器的偏振光強(qiáng)度由最大遞減到最小，形成一個(gè)光強(qiáng)分布圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字光纖電流傳感器，其特征是應(yīng)用傳輸光纖在高電 位和低電位間傳遞光信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的數(shù)字光纖電流傳感器，其特征是應(yīng)用CMOS/CCD圖 像傳感器對(duì)偏振光強(qiáng)分布圖像進(jìn)行分析處理并找出最大或最小光強(qiáng)的位置，以確定偏振光 旋轉(zhuǎn)角度的大小，得到電流信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)字量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的數(shù)字光纖電流傳感器，其特征是既適用于交 流電流的測(cè)量，也適用于直流電流的測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字光纖電流傳感器，基本原理是基于法拉第磁旋光效應(yīng)使透過(guò)磁光晶體的線偏振光的偏振面在電流磁場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度與電流的大小成正比。一個(gè)環(huán)形檢偏器的透振方向在180°的環(huán)形區(qū)域內(nèi)沿徑向均勻分布，與環(huán)形檢偏器上某一透振方向一致的線偏振光能透過(guò)檢偏器，與該透振方向垂直的線偏振光不能透過(guò)檢偏器，從而在環(huán)形檢偏器上某一90°的區(qū)域內(nèi)透過(guò)檢偏器的偏振光強(qiáng)度由最大遞減到最小，形成一個(gè)光強(qiáng)分布圖像，經(jīng)CMOS/CCD圖像傳感器分析處理找出最大或最小光強(qiáng)的位置，便確定了偏振光旋轉(zhuǎn)角度的大小并得到電流信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)字量。本發(fā)明提出的電流測(cè)量方法是線性的，既適用于交流電流的測(cè)量，也適用于直流電流的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01R15/24GK101846703SQ20091015793
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者徐啟峰 申請(qǐng)人:徐啟峰