專利名稱：多光路反射式光纖電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電領(lǐng)域，涉及一種光纖電流傳感器，尤其是一種多光路反射式光纖電流傳感器。
背景技術(shù)：
目前，在電力系統(tǒng)中廣泛使用的電流互感器是電磁式電流互感器，其傳感頭采用電磁感應原理，在不同的電壓等級下，把一次側(cè)幾安培到幾千安培的電流變換到零電位狀態(tài)下的二次側(cè)的幾安培電流，供計量、控制和監(jiān)視儀表使用。電磁式電流互感器的結(jié)構(gòu)簡單，因此可靠性高，不易損壞，這是其主要優(yōu)點，也是其得以普遍使用的主要原因。但由于結(jié)構(gòu)和使用條件的特殊性它也存在以下幾個突出的缺點a.有發(fā)生系統(tǒng)失效及災難性事故的危險。充油電磁式電流互感器在超高壓環(huán)境有發(fā)生絕緣擊穿引起對地短路或突然爆炸的可能，且如果互感器二次側(cè)不慎開路，將會產(chǎn)生高壓，對配電設備造成危害甚至危及人身安全。b.可能發(fā)生磁飽和現(xiàn)象。當被測電流異常增大時，互感器鐵芯將出現(xiàn)磁飽和，使測量準確度嚴重下降。特別在短路等故障情況下，測量數(shù)據(jù)可能完全失效。c.頻率響應差，對高壓線路上的暫態(tài)過程不能正確反應。這是由于電磁感應式電流互感器是用鐵芯制成的，對高頻信號的響應特性較差。d.電磁干擾嚴重。因為電磁式電流互感器工作時處于高壓環(huán)境，對于高壓及特高壓電站來講，占地面積都較大，因而傳輸二次側(cè)電信號距離亦較遠，電流信號通過導線傳輸時將受到嚴重的電磁干擾，使測量準確度下降。e.設備笨重，運輸和安裝困難。電磁式電流互感器主要由鐵芯、變壓器油、銅導線以及絕緣介質(zhì)組成，這些材料的體積和重量都較大，且設備工作于高壓環(huán)境，要求在高、低壓端之間提供復雜昂貴的電氣絕緣，隨著輸配電網(wǎng)朝著高電壓、大容量方向發(fā)展，不僅使高電壓等級的電磁式電流互感器變得越來越笨重，價格越來越昂貴，而且給運輸和安裝帶來困難。針對這些問題，光纖電流傳感器理論上幾乎能克服傳統(tǒng)電磁式電流互感器的所有缺點，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下方面a.絕緣性能好，造價低。電磁式互感器的高壓母線與二次線圈之間通過鐵芯藕合， 結(jié)構(gòu)復雜，造價昂貴，其價格隨輸電電壓的增長呈指數(shù)上升。光纖傳感器所用材料主要是石英光纖，自身就是絕緣體，結(jié)構(gòu)簡單，造價隨電壓等級的增加略有增加。b.不含鐵芯，不存在磁飽和、鐵磁諧振等問題，因而測量范圍大，線性度好，頻率響應范圍寬，測量準確度高。C.以光波傳輸信號，抗電磁干擾能力強，且低壓側(cè)不存在因開路而產(chǎn)生的高壓危險，也消除了常規(guī)電磁式互感器因充油產(chǎn)生易燃易爆等問題。d.體積小，重量輕。e.適應電力計量、保護的數(shù)字式、微機化、自動化及光通信等的發(fā)展潮流。
f.動態(tài)測量范圍大。正常情況下，電網(wǎng)運行的額定電流并不大，但短路電流卻很大，且隨著容量的增加，故障短路電流越來越大。電磁式電流互感器的電流測量范圍有限， 同時大電流時會影響它的準確度。光纖電流傳感器額定電流可測到幾千安培，瞬時過電流可測到幾十萬安培。光學電流互感器最早進行試驗的裝置出現(xiàn)在美國60年代，安裝在230KV電網(wǎng)上， 它通過玻璃波導實現(xiàn)了信號傳輸。同一時期，日本利用磁光效應原理進行了超高壓電力線電流測量研究。這一時期的研究為光纖電流傳感器的發(fā)展打下了初步的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀70年代開始，隨著光纖制造技術(shù)的逐步完善，出現(xiàn)了全光纖型電流傳感器。英國電力研究中心最早對全光纖電流傳感器的原理進行了分析，在實驗室試驗成功。 從90年代起，由于溫度及振動的測量準確度大大提高，使得偏振計量型和相位調(diào)制型均得到了顯著的進展。其中，加拿大NxtPhase公司研制成功全光纖型電流傳感器，準確度等級達到0.2級，目前已通過各種工業(yè)性試驗，進入商業(yè)生產(chǎn)階段。德國西門子公司也在研究類似的全光纖電流互感器。在后來的研究發(fā)現(xiàn)全光纖型電流傳感器容易引起雙折射，其中一部分方案不能解決，一部分又帶來新的問題。光纖電流傳感器的主要工作原理是利用光纖材料的法拉第效應，即處于磁場中的光纖會使在光纖中傳輸?shù)钠窆獍l(fā)生偏振面的旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角度θ與磁場強度H、磁場中光纖的長度L成正比θ = VHL (1)式中，V是費爾德常數(shù)。由于載流導線在周圍空間產(chǎn)生的磁場滿足安培環(huán)路定律， 故對于長直導線有
權(quán)利要求
1.多光路反射式光纖電流傳感器，其特征在于包括光源、起偏器、光纖耦合器、傳輸光纖、單螺線管、傳感頭、第一自聚焦透鏡、第二自聚焦透鏡、第三自聚焦透鏡、檢偏器和光探測器；所述光源設置在起偏器前方，起偏器后設置光纖耦合器，光纖耦合器依次通過傳輸光纖和第一自聚焦透鏡與單螺線管的輸入端連接；所述單螺線管的輸出端依次連接有第二自聚焦透鏡、傳輸光纖和第三自聚焦透鏡；在第三自聚焦透鏡前方設置有檢偏器，檢偏器前方設置有兩個光探測器。
2.如權(quán)利要求1所述多光路反射式光纖電流傳感器，其特征在于所述光源為半導體激光器。
3.如權(quán)利要求1所述多光路反射式光纖電流傳感器，其特征在于所述起偏器為格蘭泰勒棱鏡。
4.如權(quán)利要求1所述多光路反射式光纖電流傳感器，其特征在于所述螺線管為2000 匝、內(nèi)徑6cm、夕卜徑8cm、長10cm。
5.如權(quán)利要求1所述多光路反射式光纖電流傳感器，其特征在于所述傳感頭為兩面鍍反射膜的石英玻璃、尺寸為5CmX5CmX8Cm、內(nèi)部為10X10的線陣列、線長8cm、線徑 0. 1cm、相鄰線在x、y方向間隔為0. 3cm。
6.如權(quán)利要求1所述多光路反射式光纖電流傳感器，其特征在于所述光探測器為PIN 光電二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多光路反射式光纖電流傳感器，包括光源、起偏器、光纖耦合器、傳輸光纖、單螺線管、傳感頭、第一自聚焦透鏡、第二自聚焦透鏡、第三自聚焦透鏡、檢偏器和光探測器；所述光源設置在起偏器前方，起偏器后設置光纖耦合器，光纖耦合器依次通過傳輸光纖和第一自聚焦透鏡與單螺線管的輸入端連接；所述單螺線管的輸出端依次連接有第二自聚焦透鏡、傳輸光纖和第三自聚焦透鏡；在第三自聚焦透鏡前方設置有檢偏器，檢偏器前方設置有兩個光探測器。本發(fā)明的多光路反射式光纖電流傳感器比直線型光纖電流傳感器的靈敏度高500倍左右；且多光路反射式光纖電流傳感器結(jié)構(gòu)簡單，只需調(diào)整玻璃中光通道數(shù)量即可靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)靈敏度。
文檔編號G01R15/24GK102565509SQ20111043271
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者萬代, 于欽學, 鐘力生, 陳光輝 申請人:西安交通大學