專利名稱：一種光學(xué)電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電流檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電流檢測設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)容量不斷增加，電網(wǎng)運(yùn)行電壓等級也越來越高。電流互感器 作為電力系統(tǒng)中進(jìn)行電能計量、繼電保護(hù)和控制與監(jiān)視的重要設(shè)備，其準(zhǔn)確度及可靠性與電 力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)。
目前國內(nèi)用于電力工業(yè)電流計量與線路故障防護(hù)的電流互感器，均為傳統(tǒng)的油浸電磁式 電流互感器，越來越呈現(xiàn)出由于其工作原理所決定的技術(shù)上難以解決的困難隨著電壓等級 提高，增大了絕緣難度，致使絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積、重量更大，安裝、運(yùn)輸不便，且成本上 升、造價高；由于鐵心磁特性所限，在某些較大的工作電流或故障電流作用下會發(fā)生鐵心嚴(yán) 重飽和，導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)不容許的偏差，給電力系統(tǒng)提供錯誤信息；電流互感器在運(yùn)行中， 當(dāng)輸出端突然開路時，輸出端會感應(yīng)高電壓，導(dǎo)致絕緣故障或危及其它設(shè)備及工作人員的安 全；由于內(nèi)部充以礦物油作為絕緣和散熱介質(zhì)，存在著突然失效(如絕緣擊穿)而導(dǎo)致燃 燒、爆炸的危險，對周圍設(shè)備及工作人員構(gòu)成潛在威脅；若增大磁路長度、二次側(cè)負(fù)載、鐵 心消耗的電流都會影響測量精度；不易與數(shù)字設(shè)備連接等缺點，越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代電力系 統(tǒng)發(fā)展的需求。
近年發(fā)展起來的光學(xué)電流傳感器，如專利號為ZL99254692.6 "—種光學(xué)電流傳感器"專 利，主要包括光源、光學(xué)玻璃傳感頭、光學(xué)入射透鏡、起偏器、偏振分束棱鏡、輸入光纖、 信號輸出光纖、電子線路組件等。該傳感器采用光學(xué)玻璃作為傳感頭，其主要的缺點是光 學(xué)玻璃傳感頭加工難度大、易碎且成本高；光在磁光玻璃材料中反射引入的反射相移和磁光 玻璃材料因溫度變化引起的應(yīng)力雙折射，都會使線偏振光變成橢圓偏振光，產(chǎn)生不必要的光 強(qiáng)變化，引起偏差，從而影響測量系統(tǒng)的性能；磁光玻璃的維爾德(Verdet)常數(shù)較低，影響 測量系統(tǒng)的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有光學(xué)電流傳感器的不足之處，提供一種光學(xué)電流傳感器，具有 成本低，對磁場響應(yīng)靈敏度高、響應(yīng)快，不存在雙折射效應(yīng)，能有效地提高系統(tǒng)的測量精度 等特點。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種光學(xué)電流傳感器，主要包括傳感頭、偏振光系統(tǒng)、信
號檢測系統(tǒng)、電源等。傳感頭為集磁環(huán)光學(xué)傳感頭，由集磁環(huán)和液體池及鐵磁流體組成。集 磁環(huán)為牌號1511或1512的電工鋼片開口圓環(huán)，開口圓環(huán)的內(nèi)徑為90 94ram、厚度為30 40mm、 寬度為20 40mm，開口氣隙的寬度為9.9 10. lmm，在集磁環(huán)的兩開口端并對準(zhǔn)端面中心處， 分別設(shè)置一個邊長為l. 8~2. 2mm的正方形小孔，以便分別插入偏振光系統(tǒng)的輸入光纖的插針及 輸出光纖的插針。兩個正方形小孔的中心與液體池的前框架中心處嵌入的法蘭中心及后框架 中心處嵌入的法蘭中心在一條直線上，從而使輸入光和輸出光能夠穿過集磁環(huán)并實現(xiàn)光耦合。 液體池設(shè)置在集磁環(huán)的開口氣隙處，液體池依次由前框架、窗片框架、前墊片、前窗片、間 隔片、后窗片、后墊片、后框架構(gòu)成。前、后框架為中心有圓形小孔的非導(dǎo)磁金屬片，其間 通過螺桿和螺帽固接，并將其間的窗片框架和前、后墊片及前、后窗片以及間隔片夾緊固接。 前、后窗片為氟化鈣晶體薄片。前、后墊片為中心有方孔的氯丁橡膠片。窗片框架為外形呈
"n:"形、中心小孔呈"工"形的非導(dǎo)磁金屬框架。間隔片為中心有方孔的聚四氟乙烯薄片，
間隔片的厚度為6 5(^m。前墊片、前窗片、間隔片、后窗片、后墊片依次放入窗片框架內(nèi)。 市購的鐵磁流體，先用蒸餾水稀釋為質(zhì)量濃度為2~31.2%的鐵磁流體，后注入窗片框架內(nèi)的由 前、后窗片夾持間隔片的中心方孔所形成的容器內(nèi)。被測導(dǎo)體穿過集磁環(huán)的中心，當(dāng)被測導(dǎo) 體有電流通過時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在集磁環(huán)中就形成與被測電流成正比例磁場，該磁場 通過液體池中的鐵磁流體，鐵磁流體在該磁場作用下，使偏振光系統(tǒng)的輸入光纖的插針輸入 的線偏振光的電場矢量(根據(jù)麥克斯韋理論光是某一波段的電磁波，因此光分為電場和磁 場分量)的角度發(fā)生旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)角的大小與集磁環(huán)形成的磁場成正比例，即與被測導(dǎo)體的 電流大小成正比例。
偏振光系統(tǒng)主要由光源、準(zhǔn)直鏡、起偏器步進(jìn)電機(jī)和起偏器、耦合透鏡、塑料板和調(diào)整 架、輸入光纖、輸出光纖、塑料板和調(diào)整架、檢偏器和檢偏器步進(jìn)電機(jī)、電控箱等組成。其 中光源、準(zhǔn)直鏡、起偏器步進(jìn)電機(jī)和起偏器、耦合透鏡、檢偏器和檢偏器步進(jìn)電機(jī)以及信號 檢測系統(tǒng)的光電探測器，依次固接在暗盒內(nèi)。該暗盒用以遮擋外界雜散光輸入，提高檢測的 精確度。光源為半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器通過導(dǎo)線與激光驅(qū)動電源連接，產(chǎn)生穩(wěn)定性較 高的波長為648 652nm、輸出功率為3 5.1mw的單色光源。準(zhǔn)直鏡為普通光學(xué)玻璃凸透鏡， 設(shè)置在光源的后面，將光源射出的發(fā)散光匯聚為平行光。起偏器步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在準(zhǔn)直鏡的后 面，在起偏器步進(jìn)電機(jī)的中心處固接起偏器，起偏器為格蘭棱鏡，將準(zhǔn)直鏡出射的非線偏振 光變成線偏振光。耦合透鏡為梯度折射率透鏡，設(shè)置在起偏器的后面，將起偏器出射的線偏 振光耦合進(jìn)入輸入光纖。輸入光纖為保偏光纖，其一端通過插針，插入設(shè)置在暗盒內(nèi)的耦合 透鏡后面的固接于調(diào)整架上的塑料板中心處嵌入的陶瓷法蘭中，通過調(diào)整架調(diào)節(jié)塑料板，以 保證從耦合透鏡傳輸過來的光信號耦合進(jìn)入輸入光纖；其另一端通過插針，插入液體池的前框架中心處嵌入的陶瓷法蘭中，以便將起偏器出射的線偏振光傳輸進(jìn)入集磁環(huán)開口氣隙的液 體池中。輸出光纖為保偏光纖，其一端通過插針，插入液體池的后框架中心處嵌入的陶瓷法 蘭中，其另一端通過插針，插入設(shè)置在暗盒內(nèi)的檢偏器前面的固接于調(diào)整架上的塑料板中心 處嵌入的陶瓷法蘭中，通過調(diào)整架調(diào)節(jié)塑料板，以保證被測導(dǎo)體所載電流產(chǎn)生的集磁環(huán)中的 磁場作用后的線偏振光經(jīng)輸出光纖垂直射入檢偏器。檢偏器為格蘭棱鏡，固接在檢偏步進(jìn)電 機(jī)的中心處，以便檢測輸出光纖傳輸來的光信號。電控箱通過電纜線分別與起偏器步進(jìn)電機(jī)、 檢偏器步進(jìn)電機(jī)、工業(yè)計算機(jī)連接，電控箱通過信號線接受工業(yè)計算機(jī)信號，并控制起偏器 步進(jìn)電機(jī)和檢偏器步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié)起偏器和檢偏器透光軸的夾角。
信號檢測系統(tǒng)由光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡、工業(yè)計算機(jī)組成。光電探測器為市購集成件， 裝設(shè)在暗盒內(nèi)的檢偏器步進(jìn)電機(jī)的后面，市購集成塊光電探測器由光電二極管電源、光電二 極管、1/V變換電路、極性反置電路和無源低通濾波電路構(gòu)成，其電源由光電探測器電源供給， 光電探測器通過信號線與數(shù)據(jù)采集卡連接，以便將檢測到的輸出光纖傳送來的光信號轉(zhuǎn)換為 電信號，并通過I/V變換、極性反置及低通濾波后，使其輸出的電壓信號f/。w與被測導(dǎo)體的電
流信號I成正比例關(guān)系，再傳送給數(shù)據(jù)采集卡。光電探測器選用的是S3590-08光電二極管， 其探測的波長范圍為320 1100ww ，突出的特點是暗電流小(2 L4)、光敏度大(0.464/『)且響 應(yīng)頻率高(達(dá)40ikfflz)。數(shù)據(jù)采集卡采用的是W/t/S56211數(shù)據(jù)釆集卡，其最高采樣頻率為 400i&〃，垂直分辨率達(dá)166/"其工作電源由數(shù)據(jù)采集卡電源供給，數(shù)據(jù)采集卡通過USB接 口直接與工業(yè)計算機(jī)相連，工業(yè)計算機(jī)在其相應(yīng)的軟件上直接表示電流的波形，讀出電流的 幅值和頻率的數(shù)值。
電源為220kv通用電源，通過導(dǎo)線分別與激光驅(qū)動電源和光電探測器電源及數(shù)據(jù)采集卡電 源以及工業(yè)計算機(jī)連接，用以分別供給其工作電源。
本發(fā)明的工作過程當(dāng)光學(xué)電流傳感器開始工作時，光源發(fā)出的光通過準(zhǔn)直鏡轉(zhuǎn)變成平 行光，該平行光又通過起偏器，轉(zhuǎn)變成線偏振光然后經(jīng)耦合透鏡耦合進(jìn)入輸入光纖，線偏振 光在被測導(dǎo)體所載電流產(chǎn)生的集磁環(huán)中的磁場作用下，通過液體池中的鐵磁流體，使線偏振 光電場矢量的角度發(fā)生旋轉(zhuǎn)(根據(jù)法拉第效應(yīng))，由鐵磁流體出射的光耦合進(jìn)入輸出光纖，從 輸出光纖出射的光經(jīng)檢偏器進(jìn)入光電探測器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)I/V變換，極性反置，低通濾波
后，輸出的電壓信號f/。w與被測導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度成正比例關(guān)系，將該電壓f/。w輸出信號送 入工業(yè)計算機(jī)，在相應(yīng)的軟件上顯示波形和讀出數(shù)據(jù)，從而完成了光學(xué)電流傳感器的測量任 務(wù)。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案蔬要有以下效果-
1、 由于鐵磁流體具有超順磁性，無磁滯，響應(yīng)時間快，因此本發(fā)明光學(xué)電流傳感器能實 時在線檢測電流幅值和頻率的變化。
2、 由于鐵磁流體本身維爾德常數(shù)大，從而提高了本發(fā)明光學(xué)電流傳感器的靈敏度。
3、 鐵磁流體不存在磁光玻璃加工工藝引起的會隨外界溫度變化的應(yīng)力雙折射，從而提高 了本發(fā)明光學(xué)電流傳感器的精度。
4、 鐵磁流體加工工藝成熟，成本低，可廣泛應(yīng)用于光學(xué)電流電流傳感器的研制。
5、 本發(fā)明光學(xué)電流傳感器容易與數(shù)字設(shè)備連接，便于利用計算機(jī)進(jìn)行實時在線監(jiān)測。 本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的輸電電流及大型工礦用電企業(yè)的電流測量，特別適用于
超特高壓電網(wǎng)的電流測量。


圖l為本發(fā)明的去掉暗盒后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的液體池的外觀圖； 圖3為圖2的A-A剖視圖4為本發(fā)明液體池的放大的結(jié)構(gòu)分解示意圖； 圖5為本發(fā)明中光電探測器的電路原理圖。
圖中l(wèi)被測導(dǎo)體，2集磁環(huán)，3液體池，5、 9塑料板，8、 12插針，13輸入光纖，14輸出
光纖，15光源，16準(zhǔn)直鏡，17起偏器步進(jìn)電機(jī)，18起偏器，19耦合透鏡，20檢偏器步進(jìn)電機(jī)，
21檢偏器，22光電探測器，24數(shù)據(jù)采集卡，25工業(yè)計算機(jī)，26激光驅(qū)動電源，27電控箱，28
光電探測器電源，29數(shù)據(jù)采集卡電源，30通用電源，31前框架，32窗片框架，33前墊片，34
前窗片，35間隔片，36后窗片，37后墊片，38后框架39螺帽，40光電二極管電源，41光電二
極管，42 1/V變換電路，43極性反置電路，44無源低通濾波器。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施方式
，對本發(fā)明進(jìn)一步說明。 實施例l
如圖1 5所示， 一種光學(xué)電流傳感器，主要包括傳感頭、偏振光系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、電 源等。傳感頭為集磁環(huán)光學(xué)傳感頭，由集磁環(huán)2和液體池3及鐵磁流體組成。集磁環(huán)為牌號1511 的電工鋼片開口圓環(huán)，開口圓環(huán)的內(nèi)徑為90隨、厚度為30國、寬度為20mm，開口氣隙的寬度 為9.9mm，在集磁環(huán)2的兩開口端并對準(zhǔn)端面中心處，分別設(shè)置一個邊長為l. 8mm的正方形小孔， 以便分別插入偏振光系統(tǒng)的輸入光纖13的插針8及輸出光纖14的插針12。兩個正方形小孔的中 心與液體池3的前框架31中心處嵌入的法蘭中心及后框架38中心處嵌入的法蘭中心在一條直 線上，從而使輸入光和輸出光能夠穿過集磁環(huán)2并實現(xiàn)光耦合。液體池3設(shè)置在集磁環(huán)2的開口
氣隙處。液體池3依次由前框架31、窗片框架32、前墊片33、前窗片34、間隔片35、后窗片36、 后墊片37、后框架38構(gòu)成，前、后框架31、 38為中心有圓形小孔的非導(dǎo)磁金屬片，其間通過 螺桿和螺帽39固接，并將其間的窗片框架32和前、后墊片33、 37及前、后窗片34、 36以及間 隔片35夾緊固接。前、后窗片34、 36為氟化鈣晶體薄片。前、后墊片33、 37為中心有方孔的
氯丁橡膠片。窗片框架32為外形呈"n"形、中心小孔呈"工"形的非導(dǎo)磁金屬框架。間隔
片35為中心有方孔的聚四氟乙烯薄片，間隔片35的厚度為6pm。前墊片33、前窗片34、間隔 片35、后窗片36、后墊片37依次放入窗片框架32內(nèi)。市購的鐵磁流體，先用蒸餾水稀釋成質(zhì) 量濃度為2%的鐵磁流體，后注入窗片框架32內(nèi)的由前、后窗片34、 36夾持間隔片35的中心方 孔所形成的容器內(nèi)。被測導(dǎo)體1穿過集磁環(huán)2的中心，當(dāng)被測導(dǎo)體l有電流通過時，根據(jù)電磁感 應(yīng)原理，在集磁環(huán)2屮就形成與被測電流1成正比例磁場，該磁場通過液體池3中的鐵磁流體， 鐵磁流體在該磁場作用下，使偏振光系統(tǒng)的輸入光纖13的插針8輸入的線偏振光的電場矢量 (根據(jù)麥克斯韋理論光是某一波段的電磁波，因此光分為電場和磁場分量)的角度發(fā)生旋 轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)角的大小與集磁環(huán)2形成的磁場成正比例，即與被測導(dǎo)體l的電流大小成正比例。
偏振光系統(tǒng)主要由光源15、準(zhǔn)直鏡16、起偏器步進(jìn)電機(jī)17和起偏器18、耦合透鏡19、塑 料板5和調(diào)整架、輸入光纖13、輸出光纖14、塑料板9和調(diào)整架、檢偏器21和檢偏器步進(jìn)電機(jī) 20、電控箱27等組成。其中光源15、準(zhǔn)直鏡16、起偏器步進(jìn)電機(jī)17和起偏器18、耦合透鏡19、 檢偏器21和檢偏器步進(jìn)電機(jī)20以及信號檢測系統(tǒng)的光電探測器22，依次固接在暗盒內(nèi)。該暗 盒用以遮擋外界雜散光輸入，提高檢測的精確度。光源15為半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器通 過導(dǎo)線與激光驅(qū)動電源26連接，產(chǎn)生穩(wěn)定性較高的波長為648nm，輸出功率為5.1mw的單色光 源。準(zhǔn)直鏡16為普通光學(xué)玻璃凸透鏡，設(shè)置在光源15的后面，將光源15射出的發(fā)散光匯聚為 平行光。起偏器步進(jìn)電機(jī)17設(shè)置在準(zhǔn)直鏡16的后面，在起偏器步進(jìn)電機(jī)17的中心處固接起偏 器18，起偏器18為格蘭棱鏡，將準(zhǔn)直鏡16出射的非線偏振光變成線偏振光。耦合透鏡19為梯 度折射率透鏡，設(shè)置在起偏器18的后面，將起偏器18出射的線偏振光耦合進(jìn)入輸入光纖13。 輸入光纖13為保偏光纖，其一端通過插針8，插入設(shè)置在暗盒內(nèi)的耦合透鏡19后面的固接于調(diào) 整架上的塑料板5中心處嵌入的陶瓷法蘭中，通過調(diào)整架調(diào)節(jié)塑料板5，以保證從耦合透鏡19 傳輸過來的光信號耦合進(jìn)入輸入光纖13;其另一端通過插針8，插入液體池3的前框架31中心 處嵌入的陶瓷法蘭中，以便將起偏器18出射的線偏振光傳輸進(jìn)入集磁環(huán)2開口氣隙的液體池3 中。輸出光纖14為保偏光纖，其一端通過插針12，插入液體池3的后框架38中心處嵌入的陶瓷 法蘭中，其另一端通過插針12，插入設(shè)置在暗盒內(nèi)的檢偏器21前面的固接于調(diào)整架上的塑料 板9中心處嵌入的陶瓷法蘭中，通過調(diào)整架調(diào)節(jié)塑料板9，以保證被測導(dǎo)體l所載電流產(chǎn)生的集 磁環(huán)2中的磁場作用后的線偏振光經(jīng)輸出光纖14垂直射入檢偏器21。檢偏器21為格蘭棱鏡，固 接在檢偏步進(jìn)電機(jī)20的中心處，以便檢測輸出光纖I4傳輸來的光信號。電控箱27分別通過電 纜線，分別與起偏器步進(jìn)電機(jī)17、檢偏器步進(jìn)電機(jī)20、工業(yè)計算機(jī)25連接，電控箱27通過信 號線接受工業(yè)計算機(jī)25信號并控制起偏器步進(jìn)電機(jī)17和檢偏器步進(jìn)電機(jī)20的旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié) 起偏器18和檢偏器21透光軸的夾角。
信號檢測系統(tǒng)由光電探測器22、數(shù)據(jù)采集卡24、工業(yè)計算機(jī)25組成。光電探測器22為市 購集成件，裝設(shè)在暗盒內(nèi)的檢偏器步進(jìn)電機(jī)20的后面，市購集成塊光電探測器22由光電二極 管電源40、光電二極管41、 1/V變換電路42、極性反置電路43和無源低通濾波電路44構(gòu)成，其 電源由光電探測器電源28供給，光電探測器22通過信號線與數(shù)據(jù)采集卡24連接，以便將檢測 到的輸出光纖14傳送來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并通過I/V變換、極性反置及低通濾波后，使
其輸出的電壓信號C/自與被測導(dǎo)體1的電流信號I成正比例關(guān)系，再傳送給數(shù)據(jù)采集卡24。光
電探測器22選用的是S3590-08光電二極管，其探測的波長范圍為320 ~ 1100wn ，突出的特 點是暗電流小(2"j)、光敏度大(0.46^/『)且響應(yīng)頻率高(達(dá)407ltffe)。數(shù)據(jù)采集卡24采用的是 A/^7S56211數(shù)據(jù)采集卡，其最高采樣頻率為400^&/^,垂直分辨率達(dá)166/f，其工作電源由數(shù) 據(jù)采集卡電源29供給，數(shù)據(jù)采集卡24通過USB接口直接與工業(yè)計算機(jī)25相連，工業(yè)計算機(jī)25 在其相應(yīng)的軟件上可直接表示電流的波形，讀出電流的幅值和頻率的數(shù)值。
電源為220kv通用電源30,通過導(dǎo)線分別與激光驅(qū)動電源26和光電探測器電源28及數(shù)據(jù)采 集卡電源29以及工業(yè)計算機(jī)25連接，用以分別供給其工作電源。
實施例2
一種光學(xué)電流傳感器，同實施例l，特征是集磁環(huán)光學(xué)傳感頭的集磁環(huán)為牌號1512的電
工鋼片開口圓環(huán)，開口圓環(huán)的內(nèi)徑為92.4mm、厚度為35腿、寬度為30mm，開口氣隙的寬度為 lOmm，正方形小孔的邊長為2咖，間隔片35的厚度為25jxm。鐵磁流體稀釋成質(zhì)量濃度為10% 的鐵磁流體。偏振光系統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器光源產(chǎn)生穩(wěn)定性較高的波長為650nm、輸出功率為 5mw的單色光源。 實施例3
一種光學(xué)電流傳感器，同實施例l，特征是集磁環(huán)光學(xué)傳感頭的集磁環(huán)牌號為1512的電
工鋼片開口圓環(huán)，開口圓環(huán)的內(nèi)半徑為94mm、厚度為40mm、寬度為40mm，開口氣隙的寬度為 lO.lmm，正方形小孔的邊長為2.2隱，間隔片35的厚度為50pm，鐵磁流體的質(zhì)量濃度為31.2% 的鐵磁流體。半導(dǎo)體激光器光源產(chǎn)生穩(wěn)定性較高的波長為652nm,輸出功率為3mw的單色光源。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)電流傳感器，主要包括傳感頭、偏振光系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、電源，其特征在于傳感頭為集磁環(huán)光學(xué)傳感頭，由集磁環(huán)(2)和液體池(3)及鐵磁流體組成，集磁環(huán)(2)為牌號1511或1512的電工鋼片開口圓環(huán)，開口圓環(huán)的內(nèi)徑為90～94mm、厚度為30～40mm、寬度為20～40mm，開口氣隙的寬度為9.9～10.1mm，在集磁環(huán)(2)的兩開口端并對準(zhǔn)端面中心處，分別設(shè)置一個邊長為1.8～2.2mm的正方形小孔，兩個正方形小孔的中心與液體池(3)的前框架(31)中心處嵌入的法蘭中心及后框架(38)中心處嵌入的法蘭中心在一條直線上，液體池(3)設(shè)置在集磁環(huán)(2)的開口氣隙處，液體池(3)依次由前框架(31)、窗片框架(32)、前墊片(33)、前窗片(34)、間隔片(35)、后窗片(36)、后墊片(37)、后框架(38)構(gòu)成，前、后框架(31)、(38)為中心有圓形小孔的非導(dǎo)磁金屬片，其間通過螺桿和螺帽(39)固接，并將其間的窗片框架(32)和前、后墊片(33)、(37)及前、后窗片(34)、(36)以及間隔片(35)夾緊固接，前、后窗片(34)、(36)為氟化鈣晶體薄片，前、后墊片(33)、(37)為中心有方孔的氯丁橡膠片，窗片框架(32)為外形呈“II”形、中心小孔呈“工”形的非導(dǎo)磁金屬框架，間隔片(35)為中心有方孔的聚四氟乙烯薄片，間隔片(35)的厚度為6～50μm，前墊片(33)、前窗片(34)、間隔片(35)、后窗片(36)、后墊片(37)依次放入窗片框架(32)內(nèi)，市購的鐵磁流體，先用蒸餾水稀釋成質(zhì)量濃度為2～31.2％的鐵磁流體，后注入窗片框架(32)內(nèi)的由前、后窗片(34)、(36)夾持間隔片(35)的中心方孔所形成的容器內(nèi)，被測導(dǎo)體(1)穿過集磁環(huán)(2)的中心，偏振光系統(tǒng)主要由光源(15)、準(zhǔn)直鏡(16)、起偏器步進(jìn)電機(jī)(17)和起偏器(18)、耦合透鏡(19)、塑料板(5)和調(diào)整架、輸入光纖(13)、輸出光纖(14)、塑料板(9)和調(diào)整架、檢偏器(21)和檢偏器步進(jìn)電機(jī)(20)、電控箱(27)組成，其中光源(15)、準(zhǔn)直鏡(16)、起偏器步進(jìn)電機(jī)(17)和起偏器(18)、耦合透鏡(19)、檢偏器(21)和檢偏器步進(jìn)電機(jī)(20)以及信號檢測系統(tǒng)的光電探測器(22)，依次固接在暗盒內(nèi)，光源(15)為半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器通過導(dǎo)線與激光驅(qū)動電源(26)連接，產(chǎn)生穩(wěn)定性較高的波長為648～652nm、輸出功率為3～5.1mw的單色光源，準(zhǔn)直鏡(16)為普通光學(xué)玻璃凸透鏡，設(shè)置在光源(15)的后面，起偏器步進(jìn)電機(jī)(17)設(shè)置在準(zhǔn)直鏡(16)的后面，在起偏器步進(jìn)電機(jī)(17)的中心處固接起偏器(18)，起偏器(18)為格蘭棱鏡，耦合透鏡(19)為梯度折射率透鏡，設(shè)置在起偏器(18)的后面，輸入光纖(13)為保偏光纖，其一端通過插針(8)，插入設(shè)置在暗盒內(nèi)的耦合透鏡(19)后面的固接于調(diào)整架上的塑料板(5)中心處嵌入的陶瓷法蘭中，其另一端通過插針(8)，插入液體池(3)的前框架(31)中心處嵌入的陶瓷法蘭中，輸出光纖(14)為保偏光纖，其一端通過插針(12)，插入液體池(3)的后框架(38)中心處嵌入的陶瓷法蘭中，其另一端通過插針(12)，插入設(shè)置在暗盒內(nèi)的檢偏器(21)前面的固接于調(diào)整架上的塑料板(9)中心處嵌入的陶瓷法蘭中，檢偏器(21)為格蘭棱鏡，固接在檢偏步進(jìn)電機(jī)(20)的中心處，電控箱(27)通過電纜線分別與起偏器步進(jìn)電機(jī)(17)、檢偏器步進(jìn)電機(jī)(20)、工業(yè)計算機(jī)(25)連接，信號檢測系統(tǒng)由光電探測器(22)、數(shù)據(jù)采集卡(24)、工業(yè)計算機(jī)(25)組成，光電探測器(22)為市購集成件，裝設(shè)在暗盒內(nèi)的檢偏器步進(jìn)電機(jī)(20)的后面，市購集成塊光電探測器(22)由光電二極管電源(40)、光電二極管(41)、I/V變換電路(42)、極性反置電路(43)和無源低通濾波電路(44)構(gòu)成，其電源由光電探測器電源(28)供給，光電探測器(22)通過信號線與數(shù)據(jù)采集卡(24)連接，光電探測器(22)選用的是S3590-08光電二極管，其探測的波長范圍為320～1100nm，數(shù)據(jù)采集卡(24)采用的是NIUSB6211數(shù)據(jù)采集卡，其最高采樣頻率為400Ks/s，垂直分辨率達(dá)16bit，其工作電源由數(shù)據(jù)采集卡電源(29)供給，數(shù)據(jù)采集卡(24)通過USB接口直接與工業(yè)計算機(jī)(25)相連，電源為220kv通用電源(30)，通過導(dǎo)線分別與激光驅(qū)動電源(26)和光電探測器電源(28)及數(shù)據(jù)采集卡電源(29)以及工業(yè)計算機(jī)(25)連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于集磁環(huán)光學(xué)傳感頭的集磁環(huán) (2)為牌號1511的電工鋼片開口圓環(huán)，開口圓環(huán)的內(nèi)徑為90mm、厚度為30mm、寬度為20mm，開C氣隙的寬度為9.9mm，正方形小孔的邊長為1.8mm，間隔片(35)的厚度為6nm，鐵磁流 體稀釋成質(zhì)量濃度為2%的鐵磁流體，偏振光系統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器光源產(chǎn)生穩(wěn)定性較高的波長 為650nm、輸出功率為5mw的單色光源。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于集磁環(huán)光學(xué)傳感頭的集磁環(huán) (2)為牌號1512的電工鋼片開口圓環(huán)，開口圓環(huán)的內(nèi)徑為92.4mm、厚度為35mm、寬度為30mm，開口氣隙的寬度為10mm，正方形小孔的邊長為2mm，間隔片(35)的厚度為25nm， 鐵磁流體稀釋成質(zhì)量濃度為10%的鐵磁流體，偏振光系統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器光源產(chǎn)生穩(wěn)定性較 高的波長為650nm、輸出功率為5mw的單色光源。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)電流傳感器，其特征在于集磁環(huán)光學(xué)傳感頭的集磁環(huán) (2)牌號為1512的電工鋼片開口圓環(huán)，開口圓環(huán)的內(nèi)半徑為94mm、厚度為40mm、寬度為40mm，開口氣隙的寬度為10.1mm，正方形小孔的邊長為2.2mm，間隔片(35)的厚度為5(Hun， 鐵磁流體的質(zhì)量濃度為31.2。/。的鐵磁流體，半導(dǎo)體激光器光源產(chǎn)生穩(wěn)定性較高的波長為652nm, 輸出功率為3mw的單色光源。
全文摘要
一種光學(xué)電流傳感器，涉及電流檢測設(shè)備。本發(fā)明主要包括集磁環(huán)光學(xué)傳感頭、偏振光系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、電源四大部分。由于本發(fā)明具有靈敏度高、響應(yīng)快、測量精確度高、成本低，可實時在線監(jiān)測被測導(dǎo)體的電流幅值和頻率的變化，便于與數(shù)字化設(shè)備連接，實現(xiàn)計算機(jī)實時在線監(jiān)測等特點，故本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸電電流及大型工礦企業(yè)用電電流的檢測，特別適用于高壓及超特高壓電網(wǎng)的電流檢測。
文檔編號G01R15/24GK101354409SQ20081007025
公開日2009年1月28日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者孫才新, 廖瑞金, 劍 李, 林 杜, 王世彬, 王有元, 陳偉根 申請人:重慶大學(xué)