[发明专利]一种电流传感测量系统以及传感回路中得到校准电流值的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电流传感测量系统，尤其涉及一种基于光纤磁光效应的带自校准的电流传感测量系统以及在传感回路中得到校准电流值的方法。

背景技术

采用基于法拉第效应的光电式电流互感器与传统电磁式电流互感器具有明显的特点。如图1所示，基于法拉第效应的偏振检测型电流传感系统的基本构成包括依次排列的光源A、传输光纤B、起偏器C、电流导线D、传感光纤或磁光材料(传感环路)E、检偏器F、光电转换及信号处理单元G。

根据法拉第效应的基本原理，若光纤传输方向存在磁场，则光纤中传输的线偏振光的偏振方向将发生旋转。若磁场由导线中的电流产生，故可通过检测偏振光的偏振角度变化来测量电流的大小。如图1所示，若传感光纤内不存在双折射，且沿光纤长度方向磁场强度H均匀时，线偏振光的旋转角，可由下式表示：

式中：V为费尔德常数，单位rad/A；H为磁场强度，单位为A/m；l为线偏振光在磁场H作用下的传输距离，单位为m；dl为处于磁场内的线偏振光在介质中传播的路径微元，单位为m。

根据安培环路定律可知：长直载流导线在周围空间产生的磁场为H＝I/(2πR)。若线偏振光在介质中传输的路径闭合，则上式可写成：

式中：V为费尔德常数，单位rad/A；N为光纤环绕导线的匝数；I为电流强度，单位A。

由于法拉第旋转角度不易测量，一般通过光强的形式表现出来。根据马吕斯定律，可以知道光强信号与线偏振面旋转角之间的关系。马吕斯定律计算如图2所示：有光源发出单色光，经起偏器P₁变成线偏振光后进入传感光纤，再通过检偏器P₂，进入光电探测器，出射光的振动方向沿Y周，检偏器光轴的方位角为φ，线偏振光偏振面的旋转角为θ_F，则探测器输出信号强度为

J＝E₀²cos²(φ-θ_F)

由于费尔德常数与温度相关，起偏器和检偏器等光学器件也受温度影响，以及光纤环路制作工艺引起的双折射等问题，需要对这些影响因素进行补偿。常规的补偿方案是在对系统进行温度影响进行测试，对每个温度点偏移进行预先设定补偿值。但由于该补偿值是预选设定的，随着光学器件性能变化和慢性温漂，会导致该补偿方案失效。或者外界温度激烈变化时，存在环路内外温度差，无法实时反映真实的数据。

发明内容

为克服光纤传感碰到的温度影响、光强弯曲损耗、光学器件温漂、双折射等问题，采用在传感环路中外施加一高频的恒定电流。本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电流传感测量系统，包括电流导线(1)，传感回路(2)，以及围绕在传感回路外壳(3)上的校准线圈(4)，以及与光源输入接口(6)连接的起偏器(5)，检偏器(8)，还包括一顶端电路模块(9)，激光供能电路模块(11)，数据采集控制模块(13)，所述数据采集模块(13)收集传感回路(2)、校准线圈(4)经过检偏器(8)转换的值，并得出所述顶端电路模块(9)应确保高频恒定电流的值。

本发明还提供一种传感回路中得到校准电流值的方法，包括以下步骤：

1)发出光源；

2)经起偏器后进入传感回路，所述传感回路具有拉法第效应；

3)传感回路测得校准线圈和待测电流导线的信号；

4)再经过检偏器检测后进入数据采集控制模块，将光信号转为电信号；

5)所述电信号经过调解后分别获得校准线圈的电流和待测电流导线的电流I_b；

6)进行FPGA运算；

7)将算出校准线圈测得的电流值i_a与实际校准线圈的恒定电流值i_b的差值，得出因外界因素干扰造成电流曲线变化值I_a；

计算方法如下：

在一较佳的实施例中，通过一反馈控制电路来控制高频恒定电流。

在一较佳的实施例中，所述传感回路(2)为传感光纤或磁光材料。

在一较佳的实施例中，所述顶端电路模块(9)包括变换电路模块和反馈控制电路模块。

在一较佳的实施例中，所述变换电路模块包括：

1)光电转换模块；2)直流变换模块；3)线性稳压模块；4)高频振荡模块。

在一较佳的实施例中，所述反馈电路模块包括：