[發明專利]光纖電流傳感器線圈及光纖電流傳感器

有效

• 申請號: 201210006068.1
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102539873A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 曹輝;徐金濤;趙衛;石念寶;王嘉;劉尚波
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R19/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 姚敏杰

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，涉及一種傳感器，尤其涉及一種光纖電流傳感器線圈及光纖電流傳感器。

背景技術

電流是電力系統的基本參數之一，對電流的測量是其基本并且非常重要的任務，根據測量的結果，可以為電力系統提供用于計量、控制和繼電保護等所必需的信息，因此對測量工具有很高的要求。近年來隨著各國經濟的迅速發展，對電力的需求日益增大，電力系統的額定電壓等級和額定電流都有大幅度的提高，傳統的電磁式電流測量設備已經越來越不能滿足要求。

光纖電流傳感正是為了克服電磁式電流傳感器的缺點而研制的，自七十年代問世以來，受到了各國的廣泛關注。光纖電流傳感器是基于Faraday效應來檢測電流大小的光學傳感器件。Faraday效應是指線性偏振光沿外加磁場方向通過介質時其偏振面發生旋轉的現象。目前，光纖電流傳感器的研究方向主要有兩個：Sagnac干涉型光纖電流傳感器和反射式光纖電流傳感器。由于外加磁場使得物質對左旋和右旋圓偏振光的折射率不同，Sagnac干涉型光纖電流傳感器就是利用兩束傳播方向相反、旋向相同的圓偏振光在傳播一段距離后產生的相位差，實現對電流的測量。反射式光纖電流傳感器是利用兩束傳播方向相同、旋向相反的圓偏振光沿磁場傳播一段距離，經鏡面反射，原路返回后引起的相位差實現對電流的測量。限制光纖電流傳感器實用化的主要問題是：因振動或轉動引起的Sagnac相位誤差，光纖中殘留的線性雙折射在溫度變化時引起的相位誤差等。

Sagnac干涉型光纖電流傳感器的缺點：

Sagnac干涉型光纖電流傳感器采用Sagnac環形結構，雖然提高了靈敏度，但很容易受Sagnac效應的影響，從而引起測量誤差、降低系統的穩定性。Sagnac效應是指，當光束在一個環形通道中前進時，如果這個環形通道是轉動的，沿著通道轉動的方向前進所需要的時間比沿著通道轉動相反的方向前進所需要的時間多，兩束光產生光程差，光程差大小與環形通道轉速成正比。因此，Sagnac干涉型光纖電流傳感器是一種角傳感器，對振動比較敏感。高壓線路分布在室外，刮風和振動都會引起電流傳感器傳感部分振動，這樣就會產生測量誤差，從而影響到Sagnac式傳感器的實用性。

反射式光纖電流傳感器的缺點：

由于反射式光纖電流傳感器利用兩束正交模式的偏振光傳輸產生的相位差，因此對光路中傳輸光的偏振態有比較嚴格的要求。受現有光纖制備工藝限制以及光纖形變影響，光纖中存在附加線性雙折射。由于光纖電流傳感器工作在室外，外界條件(如溫度)會隨時發生變化，這樣就會改變光纖中殘余線性雙折射的折射率大小，因此，兩束正交偏振光正向與反向經過光纖后的光程不同，從而產生了一個相位差。這個相位誤差與法拉第相移一起影響著探測器探測的輸出光強，因此對測量結果造成誤差，最終使計算得到的待測電流產生誤差，傳感器輸出的零偏較大。同時需要采用雙軸調制器進行相位調制，增加了系統的復雜性，穩定性受到削弱。并且在調制過程中會引起兩正交模式的串擾，影響測量精度。

因此，基于這些技術缺陷，目前這些電流傳感器不能滿足實際的需求，限制了其在工程上的廣泛應用。

發明內容

為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種靈敏度高、精度高、可消除Sagnac效應因而對振動不敏感、采用雙光路感應因而對溫度不敏感的光纖電流傳感器線圈及光纖電流傳感器。

本發明的技術解決方案是：本發明提供了一種光纖電流傳感器線圈，包括繞制在待測電流上的第一電流傳感光路，其特殊之處在于：所述光纖電流傳感器還包括繞制在待測電流上并與第一電流傳感光路繞制方向相反的第二電流傳感光路。

上述第二電流傳感光路包括第二四分之一波片、第二傳感光纖以及第二反射鏡；所述第二四分之一波片通過第二傳感光纖接入第二反射鏡；所述第二傳感光纖繞制在待測電流上。

上述第一電流傳感光路包括第一四分之一波片、第一傳感光纖以及第一反射鏡；所述第一四分之一波片通過第一傳感光線接入第一反射鏡；所述第一傳感光纖繞制在待測電流上。

上述第一傳感光纖與第二傳感光纖的繞制方向相反。

一種光纖電流傳感器，其特殊之處在于：所述光纖電流傳感器包括激光光源、起偏器、光纖耦合器、光電探測器、相位調制器以及光纖電流傳感器線圈；所述起偏器設置在激光光源的出射光路上；所述激光光源通過起偏器后與光電探測器通過光纖耦合器耦合后接入光纖電流傳感器線圈；所述相位調制器設置在光纖耦合器和光纖電流傳感器線圈之間的光路上。