[发明专利]基于反射结构的光学电流互感器及其电流测量方法

说明书

本发明公开了一种基于反射结构的光学电流互感器及其电流测量方法，包括由光纤连接的激光光源(1)、光纤环形器(2)、传感头(3)以及光电探测器(4)，所述传感头内的头部至尾部依次设置有准直器(5)、偏振片(6)、偏振调制器(7)、磁光晶体(8)和反射镜(9)；首先记录下没有磁场时的光强输出信号。然后记录不同磁场强度下的光强输出值以及相对应的磁场强度，获得磁场强度H的值；再由电流i与其产生的磁场H之间的关系，即可求得所测电流值的大小。与现有技术相比，本发明能够提高光学电流互感器对磁场及电流值测量的灵敏度，从而实现对微弱磁场及小电流的测量。

技术领域

本发明涉及光学电流互感器领域，特别是涉及一种基于反射结构的光学电流互感器及其测量磁场及电流的方法。

背景技术

光学电流互感器作为一种新型的电流互感器，其具有动态范围大、测量量程与造价不成比例关系、绝缘性能好等优点，因此受到了广泛的关注。但同时它也存在着一些缺陷，其中的一个方面就是由于受传感头体积以及器件分布的限制，磁光晶体一般制作的很薄，导致磁旋角非常小，输出光强变化非常微弱，因此在微弱磁场或小电流的情况下测量精度会大大下降。一般的基于法拉第效应的光学电流互感器的测量过程为：光源发出的光经过光纤进入准直器，从准直器发出的光经过起偏器后成为具有一定偏振方向的线偏振光，线偏振光经过磁光晶体时，在磁场的作用下，偏振方向会发生一定的偏转，从磁光晶体出射的光再通过与起偏器透光轴夹角为45°的检偏器，然后经准直器输出，最后经过光纤进入光电探测器转换为电信号。通过对电信号进行处理可以得到偏振光在磁场作用下的偏转角度，而偏振光的偏转角度与电流产生的磁场强度以及磁光材料的费尔德常数有关，由此可以测得电流的大小。而在小电流的情况下偏转角度通常很小，因此会对测量结果的准确度造成一定的影响。

发明内容

鉴于现有技术及其存在的缺陷，，本发明提出了一种基于反射结构的光学电流互感器及其电流测量方法，利用在传感头内设置的反射镜结构使得线偏振光经反射镜反射后，其偏振方向不发生改变，而且磁光晶体的磁致旋光效应具有非互易性，保证了反射光的偏转角与入射光的同向，从而实现光学电流互感器对磁场及电流值的测量。

本发明的一种基于反射结构的光学电流互感器，其结构包括由光纤连接的激光光源1、光纤环形器2、传感头3以及光电探测器4，所述光电探测器4的传感头内的头部至尾部依次设置有准直器5、偏振片6、偏振调制器7、磁光晶体8和反射镜9，其中：

在所述传感头3中，激光光源1发出的光通过光纤环形器2产生的光束经准直器5准直后入射至偏振片6，经过偏振片6后变为线偏振光入射至偏振调制器7，偏振调制器7出射的光经过磁光晶体8后由反射镜9反射后依次经过磁光晶体8、偏振调制器7、偏振片6、准直器5后输出，输出的光再经过光纤环形器2后入射至光电探测器4。

本发明的一种利用所述基于反射结构的光学电流互感器的电流值测量方法，该方法具体过程包括以下步骤：

首先，激光光源1发出的光通过光纤环形器2产生的光束经准直器5准直后入射至偏振片6，经过偏振片6后变为线偏振光入射至偏振调制器7，记录下偏振调制器7出射的光未经过磁场时的光强输出值；

然后，偏振调制器7出射的光经过磁光晶体8后由反射镜9反射后依次经过磁光晶体8、偏振调制器7、偏振片6、准直器5后输出，记录磁光晶体8的不同磁场强度下的光强输出值以及相对应的磁场强度，根据光强输出公式对传感头3中磁光晶体的费尔德常数V和长度L的乘积进行标定；

计算线偏振光在外界磁场的作用下经过磁光晶体后偏振方向旋转的角度

θ＝2VHL (1)

其中，V为磁光晶体的费尔德常数，H为传感头所在位置的磁场强度，L为光束在磁光晶体中通过的长度；

假设偏振调制器和磁光晶体引起的线偏振光的旋转方向相反，则经过偏振片后的出射光强I为：