[实用新型]全光纤反射式大电流光学电流传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光电技术领域，其涉及一种应用在电解，电冶炼，电加热，电化学工业，或电力交通系统中的全光纤反射式大电流光学电流传感器，用于以全光纤光学干涉方法测量大电流，特别是直流大电流。

背景技术

很多金属，例如：铝，镁，锰，锌，铜，钢，以及氯气等的制备和加工过程中都需要精确测量大电流以便控制生产过程和保护所用设备。在各种应用中，如电化工，电力交通系统等领域中，也都需要精确测量大电流，以便对运行过程进行控制和对系统设备作保护。

一种常规的大电流传感器的工作原理是基于霍尔效应。实际应用中具有磁通量补偿的霍尔效应传感器系统是相当复杂的，需要消耗高达近十千瓦的功率，且重量达2吨以上。其安装与调试过程繁杂且费时，而且通常必须分析磁场的空间分布，以便恰当的置放霍尔效应传感器感应头而使源自磁场非对称分布的误差以及因与邻近电流互相耦合所产生的误差最小化。源自于局部磁场极大所致放大器饱和，传感器中热耗散的不均匀，或因相邻电流引起的磁场方向局部反转等都可能产生错误的输出信号。

近年来以光学方法精确测量高达500kA或更高的大电流的技术正在被广泛研究并将逐步进入工业应用阶段。

与传统的利用霍尔效应的技术相比较，本实用新型给出的全光纤反射式大电流光学电流传感器主要的优点为：

传感头结构简单；

安装无需停电；

更高的动态范围；

更大的带宽；

重量轻；

体积小；

无需工程建筑；

功耗可以忽略，节省能量；

局部极大场饱和不会发生；

标准的双向电流测量；

数字信号输出；

安装时不需要切开汇流导体；

在大测量范围内有更高的精度；

可避免安装完成时的再标定；

测量精度对传感头安放位置，方位及中心度不敏感，仅感受传感光纤圈所封闭地环绕载流导体中电流产生的磁场，而不受任何外来杂散磁场的干扰等；

能够提高其光源发出光强的利用效益，从而显著地降低成本。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种以全光纤光学干涉方法测量大电流，特别是直流大电流的装置。

为了实现本实用新型的目的，提供了一种全光纤反射式大电流光学电流传感器，用于以全光纤光学干涉方法测量大电流。其包括：

光电单元；

光纤传输线单元，以及

光纤电流传感单元；

所述光电单元，光纤传输线单元和光纤电流传感单元依次相互光连接构成全光纤反射式大电流光学电流传感器；

其中所述光电单元用于提供适合检测的光束，光纤传输线单元将上述光束从光电单元正向传输到光纤电流传感单元，光纤电流传感单元利用上述光束对载流导体中的待测电流进行传感；并且使此光束返回再反向经过光纤传输线单元进入所述光电单元，所述光电单元检出所述光束中的待测电流信号并将其转换为电信号输出，其中所述光电单元还包括一个保偏光学环形器，所述检测光束正向、反向传播路径中都经过该保偏光学环形器。

上述光电单元至少由输出线偏振光的宽带光源、保偏光学环形器、光纤偏振器、保偏光纤消偏器、光学双折射相位调制器、信号发生器、光检测器以及信号数据处理器组合构成。

上述光电单元在检测光束正向、反向传播路径中都利用同一个保偏光学环形器以显著地提高其宽带光源的使用效益。

由宽带光源发出的线偏振光束正向经过保偏光学环形器传输到光纤偏振器，从其中出射的线偏振光经保偏光纤45度熔接处后被等分为两个相等的正交线偏振光进入保偏光纤消偏器用以抑制上述传播在同一保偏光纤里的两个正交偏振光之间在行进途中寄生的交叉偏振耦合，随后分别传播进入光学双折射相位调制器；依照信号发生器给出的调制信号上述光学双折射相位调制器对两个正交线偏振光进行同步调制，随后经由保偏光纤延迟线传输给光纤电流传感单元；通过光纤电流传感单元经反射返回的载有待测电流信号的光束在光纤偏振器产生干涉，此干涉光反向通过保偏光学环形器后传输到光检测器，在其中转化为电信号输出后再经过信号数据处理而得到待测电流值。

上述光电单元必要时还可以加上由反馈控制电路，光学双折射相位调制器而形成的闭环光学相位调制部分，以提高系统的信噪比和稳定性。

光纤传输线单元包括：在光路中的作用为保偏延迟的保偏光纤光缆；所述保偏光纤光缆将上述光电单元输出的光束传输到光纤电流传感单元。