[发明专利]光纤电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤电流传感器，尤其涉及一种测量准确的光纤电流传感器，属于电流测量领域。

背景技术

现代工业的高速发展，对电网的输送和检测提出了更高的要求，传统的高压大电流的测量手段将面临严峻的考验.随着光纤技术和材料科学的发展而发展起来的光纤电流传感系统，因具有很好的绝缘性和抗干扰能力，较高的测量精度，容易小型化，没有潜在的爆炸危险等一系列优越性，而受到人们的广泛重视.光纤电流传感器的主要原理是利用磁光晶体的法拉弟效应.根据of＝VBI，通过对法拉弟旋转角OF的测量，可得到电流所产生的磁场强度，从而可以计算出电流大小.由于光纤具有抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、信号衰减小的优点，因而在法拉弟电流传感器研究中，一般均采用光纤作为传输介质，其中一种工作方式为双探测器法，其工作原理图1所示。

起偏器的透光轴方向与沃拉斯顿棱镜的两个正交偏振方向成45度角，法拉第旋转角为θ，

I1＝(Io/2)(1+sin2θ)

I2＝(Io/2)(1-sin2θ)

P＝(I1-I2)/(I1+I2)

简化后变为P＝sin2θ，当θ远远小于1时，即变为P＝2θ。

所以，通过检测I1和I2的大小即可计算出P值，再通过转化即可得到θ值，从而最终得到被测电流的大小，这种方法原理、装置都比较简单，同时测量方法也可以避免光强起伏对结果的影响。但是，这种方法面临着另外一个问题，就是精确度不高，稳定性较差，经过我们的分析，产生这些问题的原因主要在于外界的干扰较强。例如在野外进行测量时，由于测量环境的变化，例如刮风，会导致输电线和光纤圈的晃动，这些晃动，以及其他可能的震动等都可能导致光纤中线偏振光偏振态的变化，也即会发生偏振面的旋转，但是这样导致的偏振面的旋转并不是由于输电线内电流强度变化造成的，而是由于扰动造成的，但是在测量结果上却体现在了电流上，由此导致测量结果出现误差。

本发明就是针对上述问题提出来的，以解决现有技术中光纤电流传感器测量精度低，稳定性差的问题。

发明内容

本发明提供了一种全新的电流传感器，该传感器可精确的测量出导线内传输的电流量，能够完全克服现有技术中的缺陷，完全不受环境因素的影响。

根据本发明的一实施例，提供了一种光纤电流传感器，包括激光器，起偏器，光纤分束器，光纤线圈，保偏光纤，被测导线，沃拉斯顿棱镜，光探测器，以及信号处理器，其特征在于：其中激光器发出的激光束经由起偏2后起偏或直接发出线偏振激光束传输到光纤分束器，光纤分束器为50∶50分束比，光纤分束器的两个输出端分别通过保偏光纤连接到一个光纤线圈的输入端，每个光纤线圈的输出端分别通过保偏光纤连接到一个沃拉斯顿棱镜的输入端，每个沃拉斯顿棱镜的输出端分别设置两个光探测器，这两个光探测器均连接一个第一信号处理单元，这两个第一信号处理单元共同连接一个第二信号处理单元，其中两个光纤线圈中的一个的光纤表面涂覆有电磁屏蔽层，其中所述两个第一信号处理单元分别计算所接收到信号的光偏振面旋转角度，而第二信号处理单元用于将接收到的两个偏振面旋转角度进行相减运算，从而得出最终的偏振面旋转角度，并依据该最终计算出的偏振面旋转角度来计算被测导线的电流强度。

根据本发明的一实施例，所述光纤分束器的数量为一个。

根据本发明的一实施例，所述屏蔽层为金属涂覆层，厚度为几个微米。

根据本发明的一实施例，所述保偏光纤的长度为10cm以下。

根据本发明的一实施例，提供了一种利用光纤电流传感器进行电流测量的方法，其特征在于包括以下步骤：激光器发出激光束经由起偏器后变为线偏振光或者由激光器直接发出线偏振激光束，然后经过光纤分束器之后变为两束完全相同的线偏振激光束，这两束线偏振激光束分别经过保偏光纤进入到一个缠绕到被测导线上、圈数相同的光纤线圈上，这两个光纤线圈出射的光束经由沃拉斯顿棱镜进行分光然后光探测器进行光强检测，从而得到两个检测结果，然后对这两个检测结果进行比对即可得出上述两个光束每个经过光纤线圈之后偏振面的旋转角度，其中一个光纤线圈中的光纤上包覆有电磁屏蔽层，使得被测导线中的电磁场不能对该光纤线圈内的线偏振光产生影响，能够产生影响的只是环境的因素，将得到的两个偏振面旋转角度进行相减运算以将由环境因素造成的偏振面旋转角度减去，最终偏振面旋转角度的变化仅是由电流引起的改变，最后，根据最终计算出的偏振面旋转角度即可计算出被测导线内的电流值。

根据本发明的一实施例，所述光纤分束器的数量为一个。