光纤电流传感器概述及应用

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  • 光纤电流传感器是一种新型的电流传感器,与电磁式电流互感器相比,基于光学、微电子、微机技术的光纤式电流传感器(OFCT),具有无铁心、绝缘结构简单可靠,体积小、重量轻、线性度好、动态范围大、无饱和现象,输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等优点。这些优点既满足、推动了电力系统的发展,而且应用前景十分广阔。

      当线偏振光(见光的偏振)在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比,即ψ=VBl,比例系数V称为费尔德常数,与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应。1845年由M.法拉第发现。

      由于光在光纤中,一边反射,一边行进,偏振波相应于曲线的形状会出现旋转。针对此现象,在光纤的一端设置一块镜面导致光纤中光线的往返,借助光的来回往返,成功补偿和解决了偏振波的旋转问题。将铅玻璃光纤用于传感器元件,并结合利用镜面的方法,只需把光纤卷绕在载流导体上,用于电流计测的反射型传感器就基本完成。其次,开发了调制程度的平均处理与信号处理方式,这有利于特性的稳定及噪音的抑制。此外,对光源、受光元件、信号传输光纤等种类与传感器特性的关系进行了研究,而且,慎重选择了旨在降低成本和实现小型化的传感器制作技术。目前,光纤传感器技术正朝实用化的方向进展,以适应电力系统的广泛需求。

      光纤电流传感器的结构

      光纤电流传感器主要由传感头、输送与接收光纤、电子回路等三部分组成,如图1所示。传感头包含载流导体,绕于载流导体上的传感光纤,以及起偏镜、检偏镜等光学部件。电子回路则有光源、受光元件、信号处理电路等。从传感头有无电源的角度,可分为无源式和有源式两类。

      

    光纤电流传感器的结构示意图

     

      图一光纤电流传感器的结构示意图光纤电流传感器工作原理

     

      光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础,以光纤为介质的新兴电力计量装置,它通过测量光波在通过磁光材料时其偏振面由于电流产生的磁场的作用而发生旋转的角度来确定被测电流的大小。传感头是光纤电流传感器最为重要和关键的部件。分析了全光纤型和混合型光纤电流传感器传感头的结构和工作原理,对改进光纤电流传感器的设计,提高光纤电流传感器的性能具有重要的指导作用。

      光纤回转仪是MOCT(光纤电流互感器)的核心部件,它由光源,探测器,调节器,以及缠绕电流导线的光电探头组成。其中调节器是光纤电流传感器的核心部件,通过这套系统可以对电流进行精确测量,此项技术受20多项国际专利保护。光纤回转仪最早由波音公司和霍尼韦尔公司共同研制。

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