[发明专利]一种利用磁光材料测量导体电流的装置及方法

说明书

本发明提供了一种利用磁光材料测量导体电流的装置及方法。本发明通过设置两个相对固定放置的磁光材料来同时作为电流传感器件；测量导体电流过程中，保证两个磁光材料的相对位置固定不变。当这两个磁光材料处于通电导体所形成的磁场中时，两个磁光材料内通过的偏振光都会由于法拉第效应而使偏振方向发生偏转；通过测量两束偏振光经两个磁光材料后每一个偏振光的偏振方向所发生的偏转角，结合两个磁光材料内通光光路距导体中心的距离差就可计算出导体内的电流。采用本发明测量导体电流时，磁光材料距导体的安装距离不敏感，可消除现有技术中因磁光材料与导体之间位置的不确定性而造成的测量误差。

技术领域

本发明涉及电流测量技术领域，具体地说是一种利用磁光材料测量导体电流的装置及方法。

背景技术

电流测量，尤其是大电流测量，是电力系统、供电系统和大型生产企业在电力保障方面的一项重要工作。目前该领域普遍采用的是电磁式互感测量方式，这种方式的测量技术非常成熟，但存在着一些严重的缺点：一、设备笨重(因为存在线包和铁芯)；二、在互感过程中耗能高；三、为了防止过热，需要将设备发热部分浸入到油中，带来极大的公共安全及正常生活秩序的隐患。

近些年，采用光传感技术进行电流测量日益受到重视。目前主流技术是利用法拉第磁光效应。利用法拉第磁光效应测电流又分为两类，一类是采用光纤环绕在电流导体的周围，通过测量电流产生的磁感应强度，从而实现电流的测量；另一类是采用磁光材料，将磁光材料放在导体附近，通电导体产生的磁场会改变通过磁光材料的光的偏振态，通过测量光的偏振态随着磁场的变化情况，实现对导体的电流测量。

如图1所示，图1是采用磁光材料测量导体电流的原理图。当一束偏振光通过一个处于磁场当中的磁光材料时，其偏振方向由于法拉第磁光效应而发生改变，在磁光材料长度一定的情况下，偏振方向改变的角度β随磁感应强度B的增加而增加。而在导体中有电流通过的时候，在导体周边就会产生随着电流的增加而增加的磁场，利用图1长度为D的磁光材料，通过测量偏振光由于磁场变化产生的偏转角度，从而计算出导体中的电流强度。

在使用磁光材料测量导体电流的系统上，磁光材料作为一种传感介质，通常是将其放置在导体附近或者紧贴导体，从而实现电流测量。如图2所示，图2中示出了磁光材料、导体、光输入和光输出路径(光输入和光输出路径均采用光纤来实现)等的侧视图(图2(a))及端视图(图2(b))。

前普遍采用的利用磁光材料测量导体电流的系统示意图如图3所示。其中光源产生一 束光，通过一个起偏器变成偏振光，再通过放置在电流导体(以下图示中图4~图11所示的导体均为导体横截面)附 近的磁光材料，由于电流磁场的作用，磁光材料使得通过的偏振光的偏振方向发生偏转，在 另一端输出的光就是一个与之前输入偏振光偏振方向不一致的偏振光。这个输出偏振光再通 过一个检偏器(或叫偏振片，这个检偏器的偏振化方向是已知的，比如和前面的起偏器的偏 振化方向一致)；这时候通过检偏器的光强就会减弱，因为光的偏振方向发生了偏转，只有平 行于检偏器偏振轴方向的偏振光分量能够通过。而且电流越大周边磁场越强，磁光材料对通 过的偏振光偏振方向的偏转就越大，通过检偏器的光强就越小(这里选定磁光材料使偏振光 偏振方向发生偏振的偏转角不超过90°)。使用一个光探测器接收检偏器的输出光，并产生一 个电信号，通过一个信号处理电路与光源输出光光强进行比较、计算即可测出电流导体中的 电流强度。