[發明專利]基于光學傳感原理集成了溫度傳感的反射式電流和磁場傳感器

有效

• 申請號: 201710081762.2
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN107091950B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 姚曉天
• 申請（專利權）人: 姚曉天;蘇州光環科技有限公司
• 主分類號: G01R19/32
• 分類號: G01R19/32;G01R33/032
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何沖

在此公開了基于光學傳感的電流傳感器，其包括：光源、傳輸光纖、包括輸入起偏器的電流傳感器探頭、第一法拉第材料、第二法拉第材料、光學反射鏡、包括第一光探測器的光學探測單元、以及測量模塊。根據本申請的電流傳感器，基于光學傳感原理，集成了溫度傳感，其能夠確保光纖電流傳感器在感測電流時的感測精度、測量范圍和穩定性。

技術領域

本申請涉及電流和溫度傳感領域，具體地，涉及一種基于光學傳感原理集成了溫度傳感的反射式電流和磁場傳感器。

背景技術

電流是一種由于電荷在金屬一類的導體中移動而產生的電信號。給出電流的電特性，用于感知或測量電流的技術或裝置，目前很大程度上依賴于電子電路系統。電子電路系統通常需要現場供電，而且容易受到電磁干擾(EMI)的影響。各種用于感測電流的電子電路系統需要放在被測電流現場的位置，這就會在一些應用中受到限制。

對此，一種較好的方法是采用光學電流傳感器感測電流，這對于智能電網的變電站和配電系統的測量、控制和防護都是非常具有吸引力的。與目前傳統的電流傳感器相比，光學電流傳感器技術，可使處于被測電流位置的光學傳感器與處理電流信號的電子處理系統拉開距離，在檢測端不包含任何電路和供電，只單純有光的傳感信息，從而使得傳感頭不會受到電磁干擾，而且在高壓情況下更安全。采用光學電流傳感器還有體積小、重量輕、低功耗、避免電流飽和等其他優點。一些基于法拉第效應晶體或玻璃的電流傳感器具有更小的體積、重量和功耗，而且安裝更方便等優點，可直接安裝在包括生活用電導線在內的導線上，大大降低安裝成本。由于其低成本和小尺寸，可用在低壓或中壓變壓器監測和其他電流測量應用。

在光學電流傳感器中，光纖電流傳感器在很多應用方面都具有吸引力，包括智能電網和電解鋁生產廠的變電站和配電系統的檢測、控制和保護，等等；與傳統電流傳感器相比，光纖電流傳感器具有傳感頭和電子處理系統分開在不同位置的優點，因而不需要對傳感頭進行供電，在高壓環境中更安全。另外，與傳統電流傳感相比，光纖電流傳感精度更高，尤其是在溫度變化范圍寬的環境。其他優點還包括體積小、重量輕、不受電磁干擾、低功耗，且不會電飽和。

對于光纖電流傳感器來說，精度、測量范圍和穩定性是其重要指標。一種增加動態范圍的有效方法是增加磁場探測的靈敏度，盡量降低電路系統的光探測器的噪聲。由于法拉第材料(玻璃或晶體)的維爾德常數的溫度系數會影響測量精度，所以在傳感系統設計當中需要加以考慮。來自傳感探頭的光信號中的溫度效應會受到傳感器周邊環境穩定性的影響，所以要提供一種機理來補償這種溫度效應。另外，來自附近其他電流導體的磁場干擾也會影響電流檢測，這也需要減少和降低。

因此，需求能夠同時盡可能地確保測量精度、測量范圍和穩定性的光纖電流傳感器。

發明內容

基于此，本申請公開了一種基于光學傳感原理集成了溫度傳感的反射式電流和磁場傳感器，其能夠確保光纖電流傳感器在感測電流時的感測精度、測量范圍和穩定性。

根據本申請的一方面，一個基于光學傳感的電流傳感器，包括：

一個光源產生探測光；

一段傳輸光纖，其第一端口接收來自光源的探測光，并將所接收的探測光傳輸到第二端口；

一個電流傳感器探頭連接到傳輸光纖的第二端口，用來接收所述探測光；所述傳感器探頭包括一個輸入起偏器，用來過濾所述探測光產生一束輸入偏振光束；一個不受外部磁場影響的第一法拉第材料放置在所述輸入偏振光束的光路中；一個會受外部磁場影響的第二法拉第材料也放置在所述輸入偏振光束的光路中；一個光學反射鏡放置在通過第一和第二法拉第材料的偏振輸入光束光路后面，用來反射收到的輸入偏振光束回到第一和第二法拉第材料和輸入起偏器，并返回傳輸光纖；

一個包括一個第一光探測器的光學探測單元連接在傳輸光纖，用來從傳輸光纖接收來自光學傳感器探頭攜帶被測電流信息的光的至少一部分；