[發(fā)明專利]自聚焦型光學(xué)電流互感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810017457.8
• 申請日: 2008-01-31
• 公開（公告）號: CN101285854A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王美蓉;趙建林;萬洵;張鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01R15/22
• 分類號: G01R15/22;G01R19/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自聚焦型光學(xué)電流互感器，涉及光學(xué)電流互感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高壓電流互感器是電力系統(tǒng)將電網(wǎng)中的高壓大電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪盒‰娏餍盘枺瑥亩鵀橄到y(tǒng)的計量、監(jiān)控、繼電保護等提供統(tǒng)一、規(guī)范的電流信號的裝置。光學(xué)電流互感器(Optical?Current?Transducer，簡稱OCT)是一種集光纖傳感技術(shù)、光電技術(shù)、非線性光學(xué)及先進的信號處理技術(shù)等多個學(xué)科的理論和應(yīng)用于一體的新型高壓電流互感器。與傳統(tǒng)的高壓大電流互感器相比，光學(xué)電流互感器具有絕緣性能優(yōu)良、無磁飽和、動態(tài)測量范圍大、測量精度高、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點。

光學(xué)玻璃型OCT采用具有較高費爾德(Verdet)常數(shù)的整塊光學(xué)玻璃制作傳感頭。由于光束要在傳感頭內(nèi)形成圍繞載流導(dǎo)體的閉合光路，因此在此過程中不可避免地要采用全反射結(jié)構(gòu)使光線發(fā)生偏折。由于全反射時，反射光電矢量相對于入射光電矢量的相應(yīng)分量之間會產(chǎn)生附加的相位變化(簡稱反射相移，以下同)，使入射的線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光，從而降低了測量靈敏度，并嚴重影響測量精度。研究表明：若將總反射相移控制在0.24rad(約為14°)以內(nèi)，則傳感頭的靈敏度將不低于理想模型的靈敏度理論預(yù)期值的90％。同時系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性的提高都要靠減小反射相移來實現(xiàn)。由此看出，減小反射相移對提高系統(tǒng)的靈敏度、抗干擾能力和穩(wěn)定性具有重要意義。因此，如何減小由反射導(dǎo)致的相位差，已成為此類OCT設(shè)計中亟待解決的關(guān)鍵問題。

Gongde?Li等人(Sensitivity?Improvement?of?an?Optical?Current?Sensor?with?EnhancedFaraday?Rotation，Journal?of?Lightwave?Technology，VolL.15，No.12，1997)提出了一種光學(xué)玻璃型電流傳感器。該電流傳感器采用環(huán)形集磁器增大電流母線周圍磁場，并將長方體光學(xué)玻璃放置在集磁器開口處，利用法拉第效應(yīng)測量母線電流。但是，由于線偏振光在光學(xué)玻璃上下表面發(fā)生多次反射過程必然會引入反射相移，從而給測量結(jié)果帶來了誤差。

Benshun?Yi等人(New?Design?of?Optical?Electric-Current?Sensor?for?SensitivityImprovement，IEEE?Translations?on?Instrumentation?and?Measurement，Vol.49，No.2，2000)提出的一種光學(xué)玻璃型電流傳感器也采用了一個有開口的環(huán)形集磁器來增大電流母線周圍的磁場。他們將長方體光學(xué)玻璃的前端面研磨拋光成傾角為臨界角的斜面，后端面鍍金屬反射膜，并將其置于環(huán)形集磁器的開口處，線偏振光垂直于斜面入射，并在光學(xué)玻璃的上下表面處發(fā)生多次臨界反射，到達玻璃后端面時，經(jīng)后端面上的金屬反射膜反射回玻璃內(nèi)，再經(jīng)過上下表面的多次臨界反射，最終從入射端面出射。進而他們(Magneto-optical?electric-current?sensor?with?enhanced?sensitivity，MeasurementScience?and?Technology，Vol.13，2002，N61-N63)又對上述傳感頭進行了改進。但無論是改進前還是改進后的傳感頭，由于加工精度的限制和實際應(yīng)用中光束不能嚴格垂直于斜面入射，從而使得線偏振光在上下表面發(fā)生的反射不是嚴格的臨界反射，因此同樣會引入反射相移并降低傳感器的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種自聚焦型光學(xué)電流互感器。利用梯度折射率型磁光玻璃或晶體的自聚焦原理制作傳感頭，由于光線在到達玻璃的或晶體上下表面之前就會發(fā)生彎曲，避免了在表面上的全反射，因而可以完全消除反射相移，從而提高系統(tǒng)的靈敏度、抗干擾能力和穩(wěn)定性。

技術(shù)方案

一種自聚焦型光學(xué)電流互感器，包括光源1、準直器2、起偏器3、環(huán)形集磁器5、光纖耦合器8、單模保偏光纖9、檢偏器10和信號探測與處理系統(tǒng)11，其特征在于：在環(huán)形集磁器開口7位置安放傳感頭4，所述的傳感頭采用磁光玻璃或晶體，加工型狀為長方體，所述集磁器開口7的寬度為5mm到10mm，必須大于傳感頭4的寬度。

所述的傳感頭4的寬度必須大于2c，其中：c是梯度折射率層的厚度。