光纖電流傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光纖電流傳感器，尤其涉及一種測量準確的光纖電流傳感器，屬于電流測量領域。
【背景技術】
[0002]現代工業(yè)的高速發(fā)展，對電網的輸送和檢測提出了更高的要求，傳統(tǒng)的高壓大電流的測量手段將面臨嚴峻的考驗.隨著光纖技術和材料科學的發(fā)展而發(fā)展起來的光纖電流傳感系統(tǒng)，因具有很好的絕緣性和抗干擾能力，較高的測量精度，容易小型化，沒有潛在的爆炸危險等一系列優(yōu)越性，而受到人們的廣泛重視.光纖電流傳感器的主要原理是利用磁光晶體的法拉弟效應.根據of = VBI，通過對法拉弟旋轉角0F的測量，可得到電流所產生的磁場強度，從而可以計算出電流大小.由于光纖具有抗電磁干擾能力強、絕緣性能好、信號衰減小的優(yōu)點，因而在法拉弟電流傳感器研究中，一般均采用光纖作為傳輸介質，其中的一種工作方式為雙探測器法，其工作原理圖1所示。
[0003]起偏器的透光軸方向與沃拉斯頓棱鏡的兩個正交偏振方向成45度角，法拉第旋轉角為Θ，
[0004]Il = (1/2)(l+sin20)
[0005]I2 = (1/2)(l-sin29)
[0006]P=(I1-12)/(I1+I2)
[0007]簡化后變?yōu)镻 = sin20，當Θ遠遠小于1時，即變?yōu)棣?= 2Θ。
[0008]所以，通過檢測II和12的大小即可計算出Ρ值，再通過轉化即可得到Θ值，從而最終得到被測電流的大小，這種方法原理、裝置都比較簡單，同時測量方法也可以避免光強起伏對結果的影響。但是，這種方法面臨著另外一個問題，就是精確度不高，穩(wěn)定性較差，經過我們的分析，產生這些問題的原因主要在于外界的干擾較強。例如在野外進行測量時，由于測量環(huán)境的變化，例如刮風，會導致輸電線和光纖圈的晃動，這些晃動，以及其他可能的震動等都可能導致光纖中線偏振光偏振態(tài)的變化，也即會發(fā)生偏振面的旋轉，但是這樣導致的偏振面的旋轉并不是由于輸電線內電流強度變化造成的，而是由于擾動造成的，但是在測量結果上卻體現在了電流上，由此導致測量結果出現誤差。
[0009]本實用新型就是針對上述問題提出來的，以解決現有技術中光纖電流傳感器測量精度低，穩(wěn)定性差的問題。
【實用新型內容】
[0010]本實用新型提供了一種全新的電流傳感器，該傳感器可精確的測量出導線內傳輸的電流量，能夠完全克服現有技術中的缺陷，完全不受環(huán)境因素的影響。
[0011]根據本實用新型的一實施例，提供了一種光纖電流傳感器，包括激光器，起偏器，光纖分束器，光纖線圈，保偏光纖，被測導線，沃拉斯頓棱鏡，光探測器，以及信號處理器，其特征在于:其中激光器發(fā)出的激光光束經由起偏器2后起偏或直接發(fā)出線偏振激光束傳輸到光纖分束器，光纖分束器為50:50分束比，光纖分束器的兩個輸出端分別通過保偏光纖連接到一個光纖線圈的輸入端，每個光纖線圈的輸出端分別通過保偏光纖連接到一個沃拉斯頓棱鏡的輸入端，每個沃拉斯頓棱鏡的輸出端分別設置兩個光探測器，這兩個光探測器均連接一個第一信號處理單元，這兩個第一信號處理單元共同連接一個第二信號處理單元，其中兩個光纖線圈中的一個的光纖表面涂覆有電磁屏蔽層，其中所述兩個第一信號處理單元分別計算所接收到信號的光偏振面旋轉角度，而第二信號處理單元用于將接收到的兩個偏振面旋轉角度進行相減運算，從而得出最終的偏振面旋轉角度，并依據該最終計算出的偏振面旋轉角度來計算被測導線的電流強度。
[0012]根據本實用新型的一實施例，所述光纖分束器的數量為一個。
[0013]根據本實用新型的一實施例，所述屏蔽層為金屬涂覆層，厚度為幾個微米。
[0014]根據本實用新型的一實施例，所述保偏光纖的長度為10cm以下。
[0015]根據本實用新型的一實施例，提供了一種利用光纖電流傳感器進行電流測量的方法，其特征在于包括以下步驟:激光器發(fā)出激光束經由起偏器后變?yōu)榫€偏振光或者由激光器直接發(fā)出線偏振激光束，然后經由光纖分束器之后變?yōu)閮墒耆嗤木€偏振激光束，這兩束線偏振激光束分別經過保偏光纖進入到一個纏繞到被測導線上、圈數相同的光纖線圈上，這兩個光纖線圈出射的光束經由沃拉斯頓棱鏡進行分光然后光探測器進行光強檢測，從而得到兩個檢測結果，然后對這兩個檢測結果進行比對即可得出上述兩個光束每個經過光纖線圈之后偏振面的旋轉角度，其中一個光纖線圈中的光纖上包覆有電磁屏蔽層，使得被測導線中的電磁場不能對該光纖線圈內的線偏振光產生影響，能夠產生影響的只是環(huán)境的因素，將得到的兩個偏振面旋轉角度進行相減運算以將由環(huán)境因素造成的偏振面旋轉角度減去，最終偏振面旋轉角度的變化僅是由電流引起的改變，最后，根據最終計算出的偏振面旋轉角度即可計算出被測導線內的電流值。
[0016]根據本實用新型的一實施例，所述光纖分束器的數量為一個。
[0017]根據本實用新型的一實施例，所述屏蔽層為金屬覆層，厚度為幾個微米。
[0018]根據本實用新型的一實施例，所述保偏光纖的長度為10cm以下。
[0019]根據本實用新型的一實施例，所述屏蔽層的厚度為2微米。
【附圖說明】
[0020]附圖1是現有技術中電流傳感器的示意圖；
[0021]附圖2是本實用新型中光纖電流傳感器的示意圖。
[0022]在上述的附圖中，1表不激光器，2表不起偏器，3表不光纖分束器，4表不光纖線圈，5表不保偏光纖，6表不被測導線，7表述沃拉斯頓棱鏡，P1和P2分別表不光探測器，8和9都表示信號處理器。
【具體實施方式】
[0023]下面將在結合附圖2的基礎上詳細描述本實用新型的實施例，在該實施例中，本實用新型的電流傳感器包括激光器1，起偏器2，光纖分束器3，光纖線圈4，保偏光纖5，被測導線6，沃拉斯頓棱鏡7，光探測器，以及信號處理器。其中激光器1發(fā)出的激光光束經由起偏器2后起偏傳輸到光纖分束器3，光纖分束器3為50:50分束比，光纖分束器3的兩個輸出端分別通過保偏光纖5連接到一個光纖線圈4的輸入端，兩個光纖線圈以位置錯開、其余方式相同的方式纏繞在被測導線上，每個光纖線圈的輸出端分別通過保偏光纖連接到一個沃拉斯頓棱鏡的輸入端，每個沃拉斯頓棱鏡的輸出端分別設置兩個光探測器P1和P2，這兩個光探測器均連接一個信號處理單元8，兩個信號處理單元8共同連接一個第二信號處理單元9，其中兩個光纖線圈中的一個的光纖表面涂覆有電磁屏蔽層，其中所述兩個信號處理單元8分別計算所接收到信號的光偏振面旋轉角度，而第二信號處理單元9用于將接收到的兩個偏振面旋轉角度進行相減運算，從而得出最終的偏振面旋轉角度，并依據該最終計算出的偏振面旋轉角度來計算被測導線的電流強度。
[0024]下面來說明使用本實用新型的電流檢測傳感器進行電流檢測的方法，根據本實用新型的電流傳感器，激光器發(fā)出激光束經由起偏器后變?yōu)榫€偏振光，然后經由光纖分束器之后變?yōu)閮墒耆嗤木€偏振激光束，這兩束線偏振激光束分別經過保偏光纖進入到一個纏繞到被測導線上、圈數相同的光纖線圈上，這兩個光纖線圈出射的光束經由沃拉斯頓棱鏡進行分光然后光探測器進行光強檢測，從而得到兩個檢測結果，然后對這兩個檢測結果進行比對即可得出上述兩個光束每個經過光纖線圈之后偏振面的旋轉角度。由于其中一個光纖線圈中的光纖上包覆有電磁屏蔽層，例如金屬層，使得被測導線中的電磁場不能對該光纖線圈內的線偏振光產生影響，能夠產生影響的只是環(huán)境的因素，這樣，將得到的兩個偏振面旋轉角度進行相減運算即可將由環(huán)境因素造成的偏振面旋轉角度減去，也即最終偏振面旋轉角度的變化僅是由電流引起的改變，最后，根據最終計算出的偏振面旋轉角度即可計算出被測導線內的電流值。
[0025]其中，為了使得測量結果盡可能準確，所使用的其中每兩個器件之間所使用的保偏光纖的長度要盡可能短，例如可設置在10cm以下，更短的可設置為5cm以下。
[0026]綜上所述，通過本實用新型的方法即可簡單的消除環(huán)境因素的影響，從而得到準確的測量結果。
[0027]其中的電磁屏蔽層可為簡單涂覆的一層金屬層，例如鋁層或銅層，值要能實現電磁屏蔽作用即可。屏蔽層的厚度可設置為幾個微米，例如2微米。
[0028]光纖線圈的匝數可設置為多一點，以進一步提高測量精度，例如可設置為30圈。
[0029]信號處理器可為現有技術中任意的能夠進行數據處理的裝置，例如PC機，單片機等等。
[0030]其中的激光器也可以是直接輸出線偏振光的激光器。
[0031]需要說明的是，上面的說明均是以特定的實施方式進行的，但是這并不能解釋為對本實用新型的限制，對于本領域技術人員來說，在上述公開的基礎上進行的各種公知的變形及改進均處于本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種光纖電流傳感器，包括激光器，起偏器，光纖分束器，光纖線圈，保偏光纖，被測導線，沃拉斯頓棱鏡，光探測器，以及信號處理器，其特征在于:其中激光器發(fā)出的激光光束經由起偏器2后起偏或直接發(fā)出線偏振激光束傳輸到光纖分束器，光纖分束器為50: 50分束比，光纖分束器的兩個輸出端分別通過保偏光纖連接到一個光纖線圈的輸入端，兩個光纖線圈以位置錯開、其余方式相同的方式纏繞在被測導線上，每個光纖線圈的輸出端分別通過保偏光纖連接到一個沃拉斯頓棱鏡的輸入端，每個沃拉斯頓棱鏡的輸出端分別設置兩個光探測器，這兩個光探測器均連接一個第一信號處理單元，這兩個第一信號處理單元共同連接一個第二信號處理單元，其中兩個光纖線圈中的一個的光纖表面涂覆有電磁屏蔽層，其中所述兩個第一信號處理單元分別計算所接收到信號的光偏振面旋轉角度，而第二信號處理單元用于將接收到的兩個偏振面旋轉角度進行相減運算，從而得出最終的偏振面旋轉角度，并依據該最終計算出的偏振面旋轉角度來計算被測導線的電流強度。2.根據權利要求1所述的電流傳感器，其特征在于:所述光纖分束器的數量為一個。3.根據權利要求1所述的電流傳感器，其特征在于:所述屏蔽層為金屬涂覆層，厚度為幾個微米。4.根據權利要求1所述的電流傳感器，其特征在于:所述保偏光纖的長度為10cm以下。
【專利摘要】一種光纖電流傳感器，包括激光器，起偏器，光纖分束器，光纖線圈，保偏光纖，被測導線，沃拉斯頓棱鏡，光探測器，以及信號處理器，其中激光器發(fā)出的激光光束經由起偏器后起偏傳輸到光纖分束器，光纖分束器的兩個輸出端分別通過保偏光纖連接到一個光纖線圈的輸入端，每個光纖線圈的輸出端分別通過保偏光纖連接到一個沃拉斯頓棱鏡的輸入端，每個沃拉斯頓棱鏡的輸出端分別設置兩個光探測器，這兩個光探測器均連接一個第一信號處理單元，這兩個第一信號處理單元共同連接一個第二信號處理單元，其中兩個光纖線圈中的一個的光纖表面涂覆有電磁屏蔽層。
【IPC分類】G01R15/24, G01R19/00
【公開號】CN205139230
【申請?zhí)枴緾N201520975777
【發(fā)明人】李松濤, 靳偉佳
【申請人】華北電力大學（保定）
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月28日