[發明專利]基于法拉第磁光效應的光學電流傳感器及其電流測量方法

在審

• 申請號: 201710828444.8
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107643438A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 楊鳴;司馬文霞;孫魄韜;袁濤;鄭榮鋒;張涵
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司11228
• 代理人: 武君

技術領域

本發明屬于非接觸式的光學電流傳感器測量技術領域，具體的為一種基于法拉第磁光效應的光學電流傳感器及其電流測量方法。

背景技術

隨著電力系統的發展，系統對安全及穩定性的要求也越來越高。電流傳感器作為電力系統中進行電能計量和繼電保護的重要設備，其準確度及可靠性與電力系統的安全、可靠和經濟運行密切相關。傳統的電磁式電流傳感器存在著諸多缺點，例如：絕緣結構復雜、體積大、易產生磁飽和鐵磁諧振、存在磁滯等，越來越難適應電力系統發展的需求。雖然傳統的電磁式電流傳感器也在不斷的改進，但這并不能從根本上改變其存在的缺點。與傳統的電磁式電流傳感器相比，光學電流傳感器在以下幾個方面都存在優勢，例如:無鐵心、高低壓隔離、體積小、頻率響應寬、適合數字化變電站的要求等。因此，人們將目光轉向新型電流傳感器的研究，光學電流傳感器在此背景下產生。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于法拉第磁光效應的光學電流傳感器及其電流測量方法，能夠滿足電流測量的要求。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明首先提出了一種基于法拉第磁光效應的光學電流傳感器，包括：

激光發生器，用于產生設定波長的偏振激光；

集成探頭，包括磁光介質，所述磁光介質的兩端分別設有起偏器和檢偏器，所述起偏器和檢偏器分別絕緣封裝在所述磁光介質的兩端；

光電探測器，用于將光信號轉換為電信號；

數據分析與處理裝置，采用硬件濾波與軟件濾波相結合的方式濾除噪聲，得到良好的響應效果；

所述激光發生器與所述起偏器之間、以及所述光電探測器與所述檢偏器之間分別采用光纖光路相連。

進一步，所述磁光介質采用磁光玻璃。

進一步，所述磁光玻璃為用于測量螺旋管線電流的圓柱形或用于測量長直導線電流的長方體形。

本發明還提出了一種如上所述的基于法拉第磁光效應的光學電流傳感器的電流測量方法，令所述起偏器和所述檢偏器之間成45°或135°角時，利用激光發生器輸入光強I₁，經過起偏器、磁光玻璃、檢偏器后輸出光強I₂為：

其中，β為法拉第旋轉角，由于β極小，可將sinβ近似為β，則有：

其中，β＝VBL

式中，V為磁光材料的費爾德(Verder)常數，單位為rad/(T·m)；B是電流引起的磁場；L是偏振光透射磁光介質的光程，即磁光介質的厚度；

則：

當被測導線為長直導線時，最終輸出電壓與被測電流之間的關系為：

其中，則，

其中，I為長直導線內的被測電流；r為測量點距離長直導線的距離；μ₀為磁光介質的磁導率；

當I₁和r為定值時，k₂和k₃為常數；

當被測導向為螺旋管線時，最終輸出電壓與被測電流之間的關系為：

其中，B＝nμ₀I，則，

其中，I為螺旋管線內的被測電流，n為螺旋管線單位長度匝數，μ₀為磁光介質的磁導率；當I₁為定值時，則，k₂和k₄均為常數。

本發明的有益效果在于：

本發明基于法拉第磁光效應的光學電流傳感器相對于現有的電流傳感器具有以下優點：

1)安全可靠，對線路設備的絕緣性能不產生影響；

2)靈敏度高，量程大；

3)可測量多種類型的電流，包括直流電流、交流電流以及電網故障時的沖擊大電流；

4)集成化設計，安裝方便可靠；

5)頻率響應寬，暫態性能好；體積小，無鐵心，高低壓隔離，適合數字化變電站要求。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發明基于法拉第磁光效應的光學電流傳感器結構示意圖；

圖2為本實施例1的集成探頭的結構示意圖；

圖3為本發明基于法拉第磁光效應的光學電流傳感器實施例2的集成探頭的結構示意圖；

圖4為采用本實施例2的光學電流傳感器測量長直導線內電流值時的使用狀態參考圖。

具體實施方式