[發明專利]一種磁光電流傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 200910183929.1
• 申請日: 2009-08-13
• 公開（公告）號: CN101672870A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 焦新兵;蔣春萍
• 申請（專利權）人: 蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R15/24
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種光學電流傳感器，尤其是一種用于電力系統高壓大電流測量的新型磁光電流傳感器及其制造方法。

背景技術

光學電流互感器(Optical?Current?Transducer，簡稱OCT)是以法拉第磁光效應為基礎，直接或間接對電流進行測試的裝置。與傳統的電磁感應式電流互感器相比，在高電壓大電流測量的應用中采用OCT具有明顯的優越性：1.不含油，無爆炸危險；2.與高壓線路完全隔離，滿足絕緣要求，運行安全可靠；3.不含鐵心、無磁飽和、鐵磁共振和磁滯現象；4.不含交流線圈，不存在輸出線圈開路危險，可以測量直流；5.抗電磁干擾；6.響應頻域寬；7.便于遙感和遙測；8.有利于變電站綜合自動化水平的提高；9.體積小、重量輕、易安裝等。光學電流互感器分為無源型光學電流互感器和有源型光學電流互感器。

華中理工大學的中國實用新型專利(專利號為：ZL98235729.6)-110千伏無源式光纖電流互感器。一種具有塊狀光學傳感頭的光學電流互感器，其傳感頭的主體玻璃環外圍有對稱的5個45度角的反射面及一個垂直的通光面，被測電流導線從主體玻璃環中心孔穿過，偏振光經過反射面的多次全反射圍繞導體一周，偏振光在被測電流的磁場作用下偏振面發生旋轉，從而測量出電流。以及哈爾濱工程技術大學的中國實用新型專利(專利號為：ZL200710144590.5)-一種排除光學電流互感器中線性雙折射影響的三態偏振?檢測法。可以同時測量光學電流傳感器系統輸出的橢圓偏振光三個極化方向的光強(水平極化強度，垂直極化強度和水平成45方向極化強度的數據)，利用三態測量數據，計算橢圓偏振光水平極化分量和垂直極化分量之間的位相差信息，實時分離檢測法拉第效應和線性雙折射。但是，由于電流從光學玻璃中心通過，實用性差；而且長期穩定性不好，反射面的性質會隨著時間推移而發生變化，致使折射率發生變化，反射的光越來越弱，測量的精度及其可靠性越來越差。

而中國專利(專利號為：ZL200420112010.6)-光學電流互感器。采用條狀磁光材料為主要傳感元件的傳感頭置于被測電流通過的螺線管內，并與螺線管的軸線平行，條狀磁光材料處于螺線管內的穩定磁場區域中。由于光路為直線形，避免了現有技術中塊狀傳感頭多次45度的反射，克服了隨時間推移反射面變形導致反射光強變弱而喪失穩定性的缺點。光學電流互感器能夠長期穩定運行，通電螺線管內的磁場強大，且磁場方向與磁光材料的平行度好，通過條狀磁光材料的偏振光旋轉角大，測量精度高。但采用條狀磁光材料成本較高，加上條狀磁光材料位于螺線管中心位置，長時間使用穩定性不好。另外，需要外加供給電源來產生外加磁場，耗能，體積較大。

還有中國專利(申請號為：200610060605.5)及美國專利US6756781提及采用小尺寸磁光材料結合光學元件構成自由空間的光探頭。這種方案中，沒有采取措施固定磁光材料的磁化方向，偏振態的漂移將影響整個系統的測量精度和穩定性。中國專利(申請號為：200910056802.3)采用磁光記錄方式，利用光學刻蝕方法得到了永久磁疇，但是這種工藝過程復雜、能耗高、生產率低、實用性不強。

發明內容

鑒于上述現有光學電流傳感器及相關技術方案的不足，本發明的目的旨在提供一種磁光電流傳感器及其制造方法，以實現安全監控高壓線路和測量高壓線路的電流。

本發明的第一個目的，是通過如下技術方案來實現的：

一種磁光電流傳感器，其特征在于：包括沿光路設置的光源、起偏器、磁光傳感單元、檢偏器及方位探測器。其中：該磁光傳感單元為保護層、永磁薄膜和磁光材料層疊生長結構，且所述保護層朝向光源一側，磁光材料朝向檢偏器和方位探測器一側。該永磁薄膜為永磁材料，由釹鐵硼、釤鈷或鋁鎳鈷等永磁材料構成，薄膜厚度介于10nm-1cm；該保護層為SiN或SiO₂薄膜，薄膜厚度介于5nm-100nm。

進一步地，前述一種磁光電流傳感器，其中該光源用于提供點光源或面光源；起偏器能夠將光源轉換成線偏振光；保護層用于防止永磁薄膜被氧化，保持永磁薄膜的磁性；永磁薄膜用于對磁光材料提供外加磁場，固定磁光材料的磁化方向；在外磁場的作用下磁光材料將線偏振光旋轉；檢偏器檢測偏振光；方位探測器用于探測偏振光的光強和相位。

更進一步地，前述一種磁光電流傳感器，其中該磁光電流傳感器的各構件光源、起偏器、磁光傳感單元、檢偏器及方位探測器為沿光路直線設置。

本發明的第二個目的，是通過如下技術方案來實現的：