[發明專利]自聚焦型光學電流互感器

無效

• 申請號: 200810017457.8
• 申請日: 2008-01-31
• 公開（公告）號: CN101285854A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 王美蓉;趙建林;萬洵;張鵬
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01R15/22
• 分類號: G01R15/22;G01R19/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種自聚焦型光學電流互感器，涉及光學電流互感器技術領域。

背景技術

高壓電流互感器是電力系統將電網中的高壓大電流信號轉變為低壓小電流信號，從而為系統的計量、監控、繼電保護等提供統一、規范的電流信號的裝置。光學電流互感器(Optical?Current?Transducer，簡稱OCT)是一種集光纖傳感技術、光電技術、非線性光學及先進的信號處理技術等多個學科的理論和應用于一體的新型高壓電流互感器。與傳統的高壓大電流互感器相比，光學電流互感器具有絕緣性能優良、無磁飽和、動態測量范圍大、測量精度高、抗電磁干擾能力強等優點。

光學玻璃型OCT采用具有較高費爾德(Verdet)常數的整塊光學玻璃制作傳感頭。由于光束要在傳感頭內形成圍繞載流導體的閉合光路，因此在此過程中不可避免地要采用全反射結構使光線發生偏折。由于全反射時，反射光電矢量相對于入射光電矢量的相應分量之間會產生附加的相位變化(簡稱反射相移，以下同)，使入射的線偏振光變為橢圓偏振光，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，則傳感頭的靈敏度將不低于理想模型的靈敏度理論預期值的90％。同時系統的抗干擾能力和穩定性的提高都要靠減小反射相移來實現。由此看出，減小反射相移對提高系統的靈敏度、抗干擾能力和穩定性具有重要意義。因此，如何減小由反射導致的相位差，已成為此類OCT設計中亟待解決的關鍵問題。

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

Benshun?Yi等人(New?Design?of?Optical?Electric-Current?Sensor?for?SensitivityImprovement，IEEE?Translations?on?Instrumentation?and?Measurement，Vol.49，No.2，2000)提出的一種光學玻璃型電流傳感器也采用了一個有開口的環形集磁器來增大電流母線周圍的磁場。他們將長方體光學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，并將其置于環形集磁器的開口處，線偏振光垂直于斜面入射，并在光學玻璃的上下表面處發生多次臨界反射，到達玻璃后端面時，經后端面上的金屬反射膜反射回玻璃內，再經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。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種自聚焦型光學電流互感器。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，從而提高系統的靈敏度、抗干擾能力和穩定性。

技術方案

一種自聚焦型光學電流互感器，包括光源1、準直器2、起偏器3、環形集磁器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11，其特征在于：在環形集磁器開口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。