[发明专利]一种光纤电流传感器现场校验装置

说明书

技术领域

本发明属于光学仪器测量电变量技术领域，涉及一种采用光调制方法测量电流的装置及其使用方法和应用，尤其涉及一种对现场长期工作的电流检测传感器进行方便﹑准确地误差检测与量值传递用的光纤电流传感器现场校验装置及其使用方法和应用。

背景技术

在化工或有色金属等电解行业中，直流大电流传感器得到了广泛的应用，其起到了对生产过程中的直流大电流进行计量和控制的作用。因为所属行业的生产工艺具有长期性和连续性的特征，所以在使用现场，由于温度﹑时间﹑位置，以及外磁场等诸多因素的影响，使得很多直流大电流传感器普遍存在准确度超差的问题，而又因为直流大电流值的计量和控制的准确度和稳定度对生产设备﹑人员安全﹑操作工艺和生产效率都有直接影响，所以对在现场长期工作的电流检测传感器进行方便快捷﹑经济准确的误差检测与量值传递是非常有必要的。

传统的直流电流检测传感器多采用以电磁感应原理为基础的电流互感器和霍尔检测式检测装置，其体积较大并且比较笨重，导致运输和现场安装难度增加，此外，其受外磁干扰较大，导致检测精度差，并且其差值需要靠校验人读取，使得人为误差增大，难以准确反映真实结果数值。

目前，基于法拉第效应的光纤电流传感器以其测量范围较大，且精度较高，被广泛应用于电流测量中，这种光纤电流传感器主要利用安培环路定律和和法拉第磁光效应来测量导体的电流，其根据安培环路定律，通有电流的导体周围会产生闭合的磁场，而在传感光纤中传播的两束偏振光会在磁场的作用下产生相位差，然后利用干涉法检测出此相位差，从而得到与磁场相对应的电流值的大小。这种光纤电流传感器中的传感光纤一般预先安装在封闭的环状金属结构体内，传感光纤绕制在金属结构体的外沿或侧面的阿基米德螺旋槽内，传感光纤初次绕制成功后，用硅胶进行填充固定，使得传感光纤的曲率、放置路径得以固定，即这种传感光纤是被预先固定在闭合的环状结构体上的不可拆卸的结构。在测量导体的电流值时，需要将闭合的环状结构体套到电流导体上，此时只能先将电流导体断开，然后将闭合的环状结构体套入后，再将电流导体连接上。然而，在冶金或化工领域所使用的大电流导体的直径一般可以达到1米以上，是难以轻易断开的，由此可见，现有的这种光纤电流传感器因为不能够在现场进行开口安装，所以其在上述领域中的应用受到极大的限制。

此外，目前的调制器其主要采用的技术方案基本上都是将调制信号与闭环信号叠加在一起，这样由于微弱电信号交叉耦合的原因，就会存在一些例如直流小电流测量的闭锁问题，对此，通常的解决方法是增加电信号抖动或者进行随机调制，但是这种解决方法只能减小闭锁现象，却不能从根本上对其进行消除，因此导致整体的测量精度难以达到0.05%。

申请号为201010150176.7，申请公布号为CN102213729A，名称为“光纤电流传感器装置和光纤电流传感系统”的中国发明专利申请公开了一种包括传感光纤和支架的光纤电流传感装置，同时还公开了一种包括光电探测器、信号处理单元，以及顺序连接的光源、Y形波导、45°熔接点、条形波导调制器、保偏光纤和所述光纤电流传感装置的光纤电流传感系统，以用于对通过导体的电流进行测量，其虽然能够实现现场开口安装以解决工作现场的电流检测和控制，但是因为其采用的是分路调制的干涉法的光纤技术，所以其测量结果很容易并且在很大程度上受到分路调制技术水平的限制，同时也会受到干涉光路各元件其各种光学参数其误差的影响，另外由于分路调制的干涉光路其本身受现场环境温度、时间、位置和外磁场等诸多因素的影响较大，所以其电流检测传感器同样存在容易发生准确度超差情况的问题。

申请号为200710041685.4，申请公布号为CN101320055A，名称为“全光纤电流传感器”的中国发明专利申请公开了包括光源、3X3保偏光纤耦合器、光纤偏振器、1/4光纤波片和传感光纤环的全光纤电流传感器，其虽然能够在不添加额外的相位偏置装置的情况下，通过采用3X3保偏光纤耦合器提供较为稳定的Sagnac干涉光路，但是因为其同样采用的是干涉法的光纤技术，所以其测量结果同样很容易并且在很大程度上受到分路调制技术水平的限制，同时也会同样受到干涉光路各元件其各种光学参数其误差的影响，另外由于分路调制的干涉光路其本身同样受现场环境温度、时间、位置和外磁场等诸多因素的影响较大，所以其电流检测传感器同样存在容易发生准确度超差情况的问题。