[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 |
| 地址: | 710072陜*** | 國省代碼: | 陜西;61 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 自聚焦 光學(xué) 電流 互感器 | ||
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。
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