專利名稱：一種自聚焦型光學(xué)電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自聚焦型光學(xué)電流互感器，涉及光學(xué)電流互感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高壓電流互感器是電力系統(tǒng)將電網(wǎng)中的高壓大電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪盒‰娏餍盘枺?從而為系統(tǒng)的計(jì)量、監(jiān)控、繼電保護(hù)等提供統(tǒng)一、規(guī)范的電流信號的裝置。光學(xué)電流
互感器(Optical Current Transducer,簡稱OCT)是一種集光纖傳感技術(shù)、光電技術(shù)、 非線性光學(xué)及先進(jìn)的信號處理技術(shù)等多個(gè)學(xué)科的理論和應(yīng)用于一體的新型高壓電流互 感器。與傳統(tǒng)的高壓大電流互感器相比，光學(xué)電流互感器具有絕緣性能優(yōu)良、無磁飽 和、動(dòng)態(tài)測量范圍大、測量精度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
光學(xué)玻璃型OCT采用具有較高費(fèi)爾德(Verdet)常數(shù)的整塊光學(xué)玻璃制作傳感頭。 由于光束要在傳感頭內(nèi)形成圍繞載流導(dǎo)體的閉合光路，因此在此過程中不可避免地要 采用全反射結(jié)構(gòu)使光線發(fā)生偏折。由于入射線偏振光經(jīng)過全反射，其電矢量的分量之 間產(chǎn)生了相位差，從而使入射的線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光，降低了測量靈敏度，并嚴(yán) 重影響測量精度。研究表明若將總反射相移控制在0.24rad (約為14°)以內(nèi)，則傳 感頭的靈敏度將不低于理想模型的靈敏度理論預(yù)期值的90%。同時(shí)系統(tǒng)的抗干擾能力 和穩(wěn)定性的提高都要靠減小反射相移來實(shí)現(xiàn)。由此看出，減小反射相移對提高系統(tǒng)的 靈敏度、抗干擾能力和穩(wěn)定性具有重要意義。因此，如何減小由反射導(dǎo)致的相位差， 已成為此類OCT設(shè)計(jì)中亟待解決的關(guān)鍵問題。
Sato等人(Method and apparatus for optically measuring a current. European Patent Application, No: 831022.10.B, Publication No: 0088 419 Al, 1983)首先提出并設(shè)計(jì)了雙 正交反射式方形玻璃OCT傳感頭。它的原理是在光路中的每個(gè)全反射點(diǎn)處用兩次正交 全反射代替原來的一次全反射，這樣可使第二次反射光的分量分別與第一次反射光的 兩個(gè)正交分量互相正交，從而使兩次反射產(chǎn)生的相移互相抵消；但其存在的問題是光路在與載流導(dǎo)體平行面上的投影不閉合，致使系統(tǒng)抗干擾能力受到影響。同時(shí)，由于 加工精度的限制和應(yīng)用時(shí)光束的實(shí)際入射角有可能偏離原定入射角，使得兩次全反射 光束不能完全正交，因而反射相移不能完全被消除，并且會隨著實(shí)際應(yīng)用中引入的各 方面的誤差的增大而增大。
李紅斌(《光學(xué)電流傳感器傳感頭的研究》，光學(xué)學(xué)報(bào)，1997， 26(7): 946 949) 將雙正交反射方案中光束在最后一個(gè)反射點(diǎn)向上的反射改為向下反射，使光路實(shí)現(xiàn)基 本閉合，可提高系統(tǒng)抗外電磁場干擾的能力。但由于在實(shí)現(xiàn)光路折返時(shí)并沒有采取使 線偏振光兩個(gè)正交分量之間方向互換的措施，即便是嚴(yán)格按原光路返回，也不能抵消 或降低反射相移等互易性因素的影響。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題
為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種自聚焦型光學(xué)電流互感器，利用 梯度折射率型玻璃的自聚焦原理制作傳感頭，可以通過避免在光學(xué)玻璃型電流互感器 傳感頭中引入反射結(jié)構(gòu)的方式來完全消除反射相移，從而提高系統(tǒng)的靈敏度、抗干擾 能力和穩(wěn)定性。
技術(shù)方案
一種自聚焦型光學(xué)電流互感器，包括光源l、準(zhǔn)直器2、起偏器3、光纖耦合器4、 單模保偏光纖5、檢偏器10和信號探測與處理系統(tǒng)11，其特征在于環(huán)形傳感頭9 為磁光玻璃或晶體的矩形的圓環(huán)狀，且有開口；所述環(huán)形傳感頭9的開口兩端面經(jīng)研
磨拋光處理；環(huán)形傳感頭9開口中心角應(yīng)滿足6>;-,。-arcsin(^&)，其中丄為 偏振光的入射點(diǎn)距環(huán)形傳感頭中心處的距離，7。為入射光線與入射點(diǎn)所在圓周切線的 夾角且tan;^^02—， "G為環(huán)形傳感頭9中間均勻?qū)诱凵渎剩?2為環(huán)形傳感頭9內(nèi)、 外表面處折射率，A為環(huán)形傳感頭9的外徑，且^小于40mm。所述的環(huán)形傳感頭9折射率沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向呈均勻分布，沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的徑向滿 足當(dāng)i 2^r^/ 3時(shí)，折射率均勻分布；當(dāng)《^S^時(shí)和i 3 ^r^i 4折射率呈梯度分布； 為環(huán)形傳感頭內(nèi)徑且大于被測電流母線的半徑，^ 、 &分別為中間折射率均勻?qū)?與內(nèi)、外折射率梯度分布層界面處半徑，A4-Wf/ 2-W產(chǎn)C， C是梯度折射率分布層的厚 度。所述的環(huán)形傳感頭9折射率沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向呈均勻分布，沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的徑向滿 足當(dāng)《^r《A時(shí)，折射率均勻分布；當(dāng)A^r^A時(shí)，折射率呈梯度分布。所述的環(huán)形傳感頭9的前后兩端面被研磨拋光，光纖耦合器4連接在線偏振光出 射端面。所述的環(huán)形傳感頭9的線偏振光出射端面鍍一層保偏反射膜，光纖耦合器4連接在線偏振光入射端面。所述傳感頭根據(jù)光束自聚焦原理制作，傳感頭材料為磁光玻璃，所述磁光玻璃材 料被加工成橫斷面為矩形的圓環(huán)狀，采用離子交換法或溶膠凝膠法或化學(xué)氣相沉積法 等工藝將所述圓環(huán)狀磁光玻璃的折射率制備成梯度分布，從而使光線在傳感頭內(nèi)部以 曲線軌跡向前傳播，并不與傳感頭和空氣界面接觸。方案一中的傳感頭為有一開口的 環(huán)形結(jié)構(gòu)。被測電流母線從環(huán)形傳感頭的中心垂直穿過，磁場方向沿環(huán)形傳感頭的圓 周方向。所述環(huán)形傳感頭的內(nèi)、外層折射率成梯度分布，中間層折射率呈均勻分布， 并且折射率沿軸向也呈均勻分布。該傳感頭的開口兩端面經(jīng)研磨拋光處理，光線從其中一個(gè)端面進(jìn)入傳感頭，并從另-端面出射。將第一種方案中的環(huán)形傳感頭的線偏振 光出射端面鍍一層保偏反射膜即為第二種設(shè)計(jì)方案。將第一種方案中的環(huán)形傳感頭的 外層折射率制成梯度分布，內(nèi)層折射率呈均勻分布，則構(gòu)成了第三種傳感頭設(shè)計(jì)方案。將第三種方案中的環(huán)形傳感頭的線偏振光出射端面鍍-I!保偏反射膜即為第四種設(shè)計(jì) 方案?？紤]到光在梯度折射率介質(zhì)中傳播時(shí)，光線不再與介質(zhì)和空氣界面接觸，而是按曲線軌跡在介質(zhì)中周期性向前傳播。在曲線軌跡的頂點(diǎn)位置，光線仍可以看作是發(fā)生了全反射，引入的相移被稱作彎曲相移，但這里TE波和TM波的彎llll相移都是兀Z2， 所以該全反射不改變線偏振光的偏振態(tài)，因此對測量結(jié)果沒有影響。 有益效果本發(fā)明的有益效果是線偏振光在所述傳感頭中以曲線軌跡周期性向前傳播，不 發(fā)生反射，因此避免了因全反射引入的反射相移對線偏振光偏振態(tài)的影響，提高了傳 感系統(tǒng)的靈敏度；由于光線在傳感頭中傳播時(shí)不與界面接觸，偏振光的光強(qiáng)沒有損耗， 因此克服了現(xiàn)有光學(xué)玻璃型電流互感器中輸出光強(qiáng)信號弱，信噪比差的缺點(diǎn)；避免了 現(xiàn)有技術(shù)中采用雙光源的做法，降低了傳感系統(tǒng)的成本。


閣1是本發(fā)明自聚焦型光學(xué)電流互感器第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本發(fā)明自聚焦型光學(xué)電流互感器圖1中傳感頭A-A'截面折射率分布圖圖3是本發(fā)明自聚焦型光學(xué)電流互感器第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明自聚焦型光學(xué)電流互感器圖3傳感頭A-A'截面折射率分布圖圖5是本發(fā)明自聚焦型光學(xué)電流互感器第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明自聚焦型光學(xué)電流互感器圖5傳感頭A-A'截面折射率分布圖；圖7是本發(fā)明自聚焦型光學(xué)電流互感器第四實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示怠圖。圖8是本發(fā)明自聚焦型光學(xué)電流互感器圖7傳感頭A-A'截面折射率分布圖；l-光源；2-準(zhǔn)直器；3-起偏器；4-光纖耦合器；5-單模保偏光纖；6-中間折射率均 勻?qū)油庋兀?-中間折射率均勻?qū)樱?-中間折射率均勻?qū)觾?nèi)沿；9-環(huán)形傳感頭，10-檢偏 器；i2-被檢測母線；13-保偏反射膜。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例l:參閱附圖l，包括光源l，準(zhǔn)直器2，起偏器3，光纖耦合器4，單模保偏光纖5，環(huán)形傳感頭9，檢偏器IO，信號探測與處理系統(tǒng)ll。所述環(huán)形傳感頭9系用磁光材料加工成的有一開LJ的環(huán)形結(jié)構(gòu)，其外徑為30nim，內(nèi)徑為2()mm，開口處的兩個(gè)端面經(jīng)研磨拋光，分別作為線偏振光的入射面和出射面，光纖耦合器4連接在線偏振光出射端面。被測電流母線12從環(huán)形傳感頭9的中心穿過，磁場方向沿環(huán)形傳感頭的圓周方向。在環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)外側(cè)同時(shí)進(jìn)行離子交換。這樣，在離子交換層，磁光材料的折射率成梯度分布，以下均以折射率成平方律漸變分布為例。在沒有進(jìn)行離子交換的中間層，其折射率仍是均勻分布的。折射率沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向呈均勻分布，沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的徑向滿足"1 7 3 O S &時(shí)，"2 (r) = "J [1 - W 0 - & )2 ]其中"o為中間均勻?qū)拥恼凵渎剩? "2 ="(i ,c爿mm是折射率漸變層的厚度，因此，i 4-i fi 2-i 產(chǎn)C，如圖2所示。利用光線方程求解光線在折射率成平方律漸變分布介質(zhì)中的傳播軌跡為G COS ^。式中A為入射光線與入射點(diǎn)所在圓周切線的夾角，計(jì)算得出入射角;1)應(yīng)滿足/^~^ ^~ ^ w0 — 2ta"0 2-選擇材料的n(H.58， n2=1.5，r。應(yīng)小于18度，取:1—5度；此時(shí)^應(yīng)滿足6>三—n-arcsin(^^)，則大于2度，所以取^等于5度。 — 2 / 4卩7T由此可知，光線在介質(zhì)中按正弦型路徑傳播，其傳播周期為r-;cos^，幅值<formula>formula see original document page 8</formula>
從所述光源1發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直器2后變成平行光，經(jīng)起偏器3后轉(zhuǎn)變成線偏振 光，并從環(huán)形傳感頭9開口處的一端面入射，在該傳感頭的外側(cè)漸變折射率分布層6 中以正弦型路徑向前傳播。當(dāng)光束因折射進(jìn)入均勻折射率分布層7后，沿直線傳播， 進(jìn)而以相同的角度折射進(jìn)入漸變折射率分布i！ 8。如此周期性向前傳播，直到在環(huán)形 開口的另-一端面處出射。出射光由光纖耦合器4耦合進(jìn)單模保偏光纖5傳輸?shù)綑z偏器 10，最后輸出至信號探測與處理系統(tǒng)11進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號解調(diào)。由于被測電流母線12產(chǎn)生的磁場方向沿環(huán)形傳感頭9的圓周方向，因此，所述互 感器的有效光程約為環(huán)形傳感頭均勻折射率層7分別與漸變折射率層6、8分界面周長的平均值。如圖1所示，可以看出，所述傳感頭中線偏振光的有效光程約為7X(/ 2+i 3)。本實(shí)施例1中線偏振光在所述環(huán)形傳感頭9內(nèi)、外側(cè)的漸變折射率層6、 8沿iH弦刑 路徑傳播，不與內(nèi)、外壁和空氣的界面接觸，不發(fā)生全反射—在環(huán)形傳感頭9的中間層 7以直線傳播。環(huán)形傳感頭的開口大小直接影響傳感頭中光路的閉合程度，開口越小光路的閉合 程度越高，傳感頭受外界環(huán)境的千擾越小。假設(shè)線偏振光的入射點(diǎn)距環(huán)形傳感頭中心 處的距離為.L，由于測量光路的需要，環(huán)形傳感頭開口中心角應(yīng)滿足<formula>formula see original document page 8</formula>環(huán)形傳感頭9的外徑i 4還應(yīng)小于40mm，因?yàn)殡娏髂妇€所產(chǎn)生的環(huán)形磁場在距離母 線40mm處就十分微弱，且很不均勻了，因此如果環(huán)形傳感頭9的外徑超過這個(gè)范圍會 降低測量的靈敏度和穩(wěn)定性。實(shí)施例2:參閱附圖3，包括光源l，準(zhǔn)直器2，起偏器3，光纖耦合器4，單模 保偏光纖5，環(huán)形傳感頭9，檢偏器IO，信號探測與處理系統(tǒng)ll，保偏反射膜13。在實(shí)施例1中所述傳感頭9的線偏振光出射端面鍍- -層保偏反射膜13即為本實(shí)施 例中的傳感頭，光纖耦合器4連接在線偏振光入射端面。從所述光源l發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直器2后變成平行光，經(jīng)起偏器3后轉(zhuǎn)變成線偏振光，并從環(huán)形傳感頭9開口處的 一端面入射，在該傳感頭的外側(cè)漸變折射率分布層6中以正弦型路徑向前傳播。當(dāng)光 來肉折射進(jìn)入均勻折射率分布層7后，沿直線傳播，進(jìn)而以相同的角度折射進(jìn)入漸變 折射率分布層8。如此周期性向前傳播，直到入射到環(huán)形開U的增鍍保偏反射膜]3的 端面后，被反射回環(huán)形傳感頭9內(nèi)部繼續(xù)傳播，曲線軌跡仍滿足在漸變層沿正弦路徑， 在均勻?qū)友刂本€傳播。最終從原入射端面出射'，由光纖耦合器4耦合進(jìn)，模保偏光纖 5傳輸?shù)綑z偏器10，最后輸出至信號探測與處理系統(tǒng)11進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號解調(diào)。實(shí)施例2中環(huán)形傳感頭9中的有效光程是實(shí)施例1中環(huán)形傳感頭9中的有效光程的2 倍。這樣有效提高了系統(tǒng)的靈敏度。實(shí)施例3，參閱附圖5，包括光源l，準(zhǔn)直器2，起偏器3，光纖耦合器4，單模保 偏光纖5，環(huán)形傳感頭9，檢偏器IO，信號探測與處理系統(tǒng)ll。所述環(huán)形傳感頭9系用磁光材料加工成的有 開口的環(huán)形結(jié)構(gòu)，其外徑為30mm， 內(nèi)徑為20mm ，幵L:處的兩個(gè)端面經(jīng)研磨拋光，分別作為線偏振光的入射而和出射-ltn,, 所述環(huán)形傳感頭9的外側(cè)折射率成平方律漸變分布，而內(nèi)層折射率呈均勻分布，同時(shí) 環(huán)形傳感頭9的折射率沿軸向均勻分布。即所述環(huán)形傳感頭9中的折射率在橫截面上 的分布滿足以下關(guān)系<formula>formula see original document page 9</formula>。式中^為中間均勻?qū)拥恼凵渎剩?V"。、2 ， &="0 4)， c^mm是折射率漸變層的厚度，因此R4-A二c，如圖6所示。利用光線力程求解光線在折射率成平方律漸變分布介質(zhì)中的傳播軌跡為<formula>formula see original document page 9</formula>式中h為入射光線與入射點(diǎn)所在圓周切線的夾角，討'算得出入射角;i)應(yīng)滿足<formula>formula see original document page 10</formula>由此可知，光線在介質(zhì)中按正弦型路徑傳播，其傳播周期為7^^cos7。，幅值丑=tany0—d °從所述光源1發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直器2后變成平行光，經(jīng)起偏器3后轉(zhuǎn)變成線偏振 光，并從環(huán)形傳感頭9開口處的一端面入射，其在該傳感頭的漸變折射率分布層6中 以JH弦型路徑向前傳播，然后光束將因折射進(jìn)入均勻折射率分布g 7，沿直線傳播， 進(jìn)而將會以相同的角度再次折射進(jìn)入漸變折射率分布層6。如此周期性傳播，直到在 環(huán)形開口的另一端面處出射。出射光由光纖耦合器4耦合進(jìn)單模保偏光纖5傳輸?shù)綑z 偏器10，最后輸出至信號探測與處理系統(tǒng)11進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號解調(diào)。由于被測電流母線12產(chǎn)牛的磁場方向沿環(huán)形傳感頭9的圓周方向，因此，所述丁r. 感器的有效光程為環(huán)形傳感頭漸變折射率層6和均勻折射率層7分界ldl的周長。如閣 3所示，可以看出，所述傳感頭中線偏振光的有效光程約為2兀/ 3。與實(shí)施例1、 2相比，實(shí)施例3中線偏振光在傳感頭9中的傳播軌跡更接近圓，閑此有利于更加精確的計(jì)算有效光程。實(shí)施例4，參閱附圖7，包括光源l，準(zhǔn)直器2，起偏器3，光纖耦合器4，單模保 偏光纖5，環(huán)形傳感頭9，檢偏器IO，信號探測與處理系統(tǒng)ll。在實(shí)施例3中所述傳感頭9的線偏振光出射端面鍍一層保偏反射膜13即為本實(shí)施例 中的傳感頭。從所述光源1發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直器2后變成平行光，經(jīng)起偏器3后轉(zhuǎn)變成線 偏振光，并從環(huán)形傳感頭9開口處的一端面入射，其在該傳感頭的漸變折射率分布層6 中以正弦型路徑向前傳播，然后光束將因折射進(jìn)入均么J折射率分布層7，沿直線傳播， 進(jìn)而將會以相同的角度再次折射進(jìn)入漸變折射率分布層6，如此周期性傳播。當(dāng)線偏振 光傳播到達(dá)被增鍍保偏反射膜B的端面后并不出射，而是被反射回環(huán)形傳感頭9內(nèi)部傳 播，曲線軌跡仍滿足在漸變層沿正弦路徑，在均勻?qū)友刂本€傳播。最終從原入射端面出射，由光纖耦合器4耦合進(jìn)單模保偏光纖5傳輸?shù)綑z偏器10，最后輸出至信號探測與 處理系統(tǒng)1 ]進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號解調(diào)。實(shí)施例4中環(huán)形傳感頭9中的有效光程是實(shí)施例3中環(huán)形傳感頭9中的有效光程的2 倍。這樣有效提高了系統(tǒng)的靈敏度。本發(fā)明自聚焦型光學(xué)電流互感器利用自聚焦原理發(fā)明了四種光學(xué)電流互感器，所 述四種互感器均克服了現(xiàn)有光學(xué)玻璃型電流互感器中因傳感頭不可避免的反射相移向 降低了系統(tǒng)抗千擾能力和穩(wěn)定性的缺點(diǎn)。線偏振光在傳感頭中沿曲線軌跡周期性向前 傳播，因而避免了線偏振光與空氣和傳感頭界面的接觸，消除了反射所產(chǎn)生的反射相 移對測量結(jié)果的影響。而且由于偏振光的光強(qiáng)沒有損耗，也避免了現(xiàn)存光學(xué)玻璃型電 流互感器中輸出光強(qiáng)信號弱，信噪比差的缺點(diǎn)。本發(fā)明所述光學(xué)電流互感器不但具有 較高的光路閉合程度，而且有較大的有效光程，因而具有較高的靈敏度、抗千擾能力 和穩(wěn)定性。實(shí)施例2、 4中的環(huán)形傳感頭的有效光程分別是實(shí)施例1、 3中有效光程的 2倍，因此具有更高的靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種自聚焦型光學(xué)電流互感器，包括光源(1)、準(zhǔn)直器(2)、起偏器(3、光纖耦合器(4)、單模保偏光纖(5)、檢偏器(10)和信號探測與處理系統(tǒng)(11)，其特征在于環(huán)形傳感頭(9)為磁光玻璃或晶體的矩形的圓環(huán)狀，且有開口；所述環(huán)形傳感頭(9)的開口兩端面經(jīng)研磨拋光處理；環(huán)形傳感頭(9)開口中心角應(yīng)滿足<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>&theta;</mi><mo>></mo><mfrac> <mi>&pi;</mi> <mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mi>arcsin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msub> <mrow><mi>L</mi><mi>cos</mi><mi>&gamma;</mi> </mrow> <mn>0</mn></msub><msub> <mi>R</mi> <mn>4</mn></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2008100174582C00011.gif" wi="213" he="41" img-content="drawing" img-format="tif"/-->其中L為偏振光的入射點(diǎn)距環(huán)形傳感頭中心處的距離，γ0為入射光線與入射點(diǎn)所在圓周切線的夾角且<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>tan</mi><msub> <mi>&gamma;</mi> <mn>0</mn></msub><mo>&le;</mo><mfrac> <msqrt><msup> <msub><mi>n</mi><mn>0</mn> </msub> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup> <msub><mi>n</mi><mn>2</mn> </msub> <mn>2</mn></msup> </msqrt> <msub><mi>n</mi><mn>0</mn> </msub></mfrac><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="S2008100174582C00012.gif" wi="138" he="48" img-content="drawing" img-format="tif"/-->n0為環(huán)形傳感頭(9)中間均勻?qū)诱凵渎?，n2為環(huán)形傳感頭(9)內(nèi)、外表面處折射率，R4為環(huán)形傳感頭(9)的外徑，且R4小于40mm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦型光學(xué)電流互感器，其特征在于所述的環(huán)形傳感 頭(9)折射率沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向呈均勻分布，沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的徑向滿足當(dāng)7 2 2r^A 時(shí)，折射率均勻分布；當(dāng)i , 9^2時(shí)和/ "^7 4折射率呈梯度分布；/ ,為環(huán)形傳 感頭內(nèi)徑且大于被測電流母線的半徑，W2 、 A分別為中間折射率均勻?qū)优c內(nèi)、外 折射率梯度分布層界面處半徑，A-i ^A-i 產(chǎn)c， c是梯度折射率分布層的厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦型光學(xué)電流互感器，其特征在于所述的環(huán)形傳感 頭(9)折射率沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向呈均勻分布，沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的徑向滿足當(dāng)《《r《/^ 時(shí)，折射率均勻分布；當(dāng)A《r^^時(shí)，折射率呈梯度分布。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的自聚焦型光學(xué)電流互感器，其特征在于所述的環(huán)形 傳感頭(9)的前后兩端面被研磨拋光，光纖耦合器(4)連接在線偏振光出射端面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的自聚焦型光學(xué)電流互感器，其特征在于所述的環(huán)形 傳感頭(9)的線偏振光出射端面鍍一層保偏反射膜，光纖耦合器(4)連接在線 偏振光入射端面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自聚焦型光學(xué)電流互感器，包括光源1、準(zhǔn)直器2、起偏器3、光纖耦合器4、單模保偏光纖5、檢偏器10和信號探測與處理系統(tǒng)11，其特征在于環(huán)形傳感頭9為磁光玻璃或晶體的矩形的圓環(huán)狀，且有開口；所述環(huán)形傳感頭9的開口兩端面經(jīng)研磨拋光處理；環(huán)形傳感頭9開口中心角應(yīng)滿足θ＞π/2-γ₀-arcsin(Lcosγ₀/R₄)。有益效果是由于光線在傳感頭中傳播時(shí)不與界面接觸，偏振光的光強(qiáng)沒有損耗，因此克服了現(xiàn)有光學(xué)玻璃型電流互感器中輸出光強(qiáng)信號弱，信噪比差的缺點(diǎn)；避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用雙光源的做法，降低了傳感系統(tǒng)的成本。
文檔編號G01R15/14GK101285855SQ200810017458
公開日2008年10月15日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者洵 萬, 鵬 張, 王美蓉, 趙建林 申請人:西北工業(yè)大學(xué)