專利名稱：一種光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量裝置，特別涉及一種光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
電カ是國民經(jīng)濟(jì)的命脈。電流的測(cè)量在電カエ業(yè)中起著極為重要的作用，它為電カ系統(tǒng)提供用于計(jì)量、控制和繼電保護(hù)所必需的信息和參數(shù)。 電網(wǎng)中的暫態(tài)電流包含了太多的故障信息，同事對(duì)儀器的測(cè)量帶寬提出了較高的要求具有合適的靈敏度范圍，而且能夠覆蓋從エ頻到兆赫茲高頻信號(hào)的大寬帶檢測(cè)設(shè)備，會(huì)完整的復(fù)現(xiàn)故障電流。目前，在在電カ系統(tǒng)中，對(duì)于高壓電流的測(cè)量大都采用以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的電磁式電流互感器CT(Current Transformer)。這種傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，隨著電網(wǎng)電壓的不斷増加，出現(xiàn)了許多不足，它要求在高、低壓端之間提供復(fù)雜昂貴的電氣絕緣，高電壓等級(jí)的CT變得越來越笨重，價(jià)格越來越昂貴，而且給運(yùn)輸和安裝帶來困難，加上本身存在的磁飽和、鐵磁諧振、動(dòng)態(tài)范圍小、頻帶窄、易燃易爆、易受干擾。由于電磁式電流互感器的體積龐大，質(zhì)量較重，運(yùn)輸安裝極為不便，這導(dǎo)致設(shè)備的安裝檢修不方便。另外，由于電磁互感器是靠電磁變換原理實(shí)現(xiàn)能量的傳遞的，因此，存在潛在的危險(xiǎn)。這些問題都促使人們研制更為先進(jìn)的傳感系統(tǒng)。近年來，國際上光纖傳感器這一高級(jí)技術(shù)領(lǐng)域十分活躍，光纖技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)電流的測(cè)量也日趨成熟。OCT (Optical Current Tranformer)的研制,都已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室的原理性實(shí)驗(yàn)過渡到結(jié)合電カエ程的實(shí)際應(yīng)用，有些已經(jīng)到了現(xiàn)場(chǎng)掛網(wǎng)試驗(yàn)運(yùn)行的階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)電力系統(tǒng)中運(yùn)用電磁互感器檢測(cè)電流，造價(jià)高、易受干擾、體積大的問題，提出了一種光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，準(zhǔn)確度高、暫態(tài)性能好、絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、造價(jià)低、升級(jí)性好。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置，包括激光光源、環(huán)形器、偏振測(cè)量儀、光纖傳感器、偏振控制器、磁光晶體、光纖反射鏡，把磁光晶體和大電流電纜的組合稱為光纖傳感器，所述的激光光源、環(huán)形器、偏振測(cè)量儀、磁光晶體、光纖反射鏡用保偏光纖依次相連，激光依次通過環(huán)形器、偏振控制器、磁光晶體到光纖反射鏡后，再經(jīng)過光纖反射鏡反射，通過磁光晶體返回偏振控制器，磁光晶體周圍為待測(cè)區(qū)。所述激光光源可選用1550nm或者1310nm的激光光源，產(chǎn)生線偏振光。所述環(huán)形器可選用三孔環(huán)形器，所述的光纖反射鏡選用FC-NPC接ロ的光纖。一種光纖測(cè)大電流的測(cè)量方法，包括光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置，將偏振測(cè)試儀連接到偏振控制器上，通過偏振控制器調(diào)整其出射光的偏振態(tài)，將磁光晶體置于通有大電流的導(dǎo)線附近，線偏振光在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下通過磁光晶體時(shí)，其偏振面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角6正比于磁場(chǎng)H沿著線偏振光通過材料路徑的線積分，再由全電流定律可得有θ =V^ffdi =VNi，其中V =E是個(gè)常數(shù),為每單位光程每單位場(chǎng)強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)角,7為通過物質(zhì)的光程，N為環(huán)路數(shù)，i為所求電流值。本發(fā)明的有益效果在干本發(fā)明光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，不含鐵芯，不存在磁飽和、鐵磁諧振等問題，因而測(cè)量范圍大，線性度好，頻率響應(yīng)范圍寬，測(cè)量準(zhǔn)確度高。由光來傳輸信號(hào)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，且低壓側(cè)不存在因開路而產(chǎn)生的高壓危險(xiǎn)，設(shè)備安裝檢修都比較方便運(yùn)行安全。體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)測(cè)量范國大，而且測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍寬、靈敏度高。不僅如此，還能將光纖技術(shù)與微機(jī)技術(shù)有效地結(jié)合起來，應(yīng)用于電カ系統(tǒng)，尤其是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)適應(yīng)電カ計(jì)量和繼電保護(hù)的數(shù)字化、微機(jī)化、自動(dòng)化及光通信等發(fā)展潮流。正常情況下，電網(wǎng)運(yùn)行的額定電流并不大，但短路電流卻很大，且隨著電網(wǎng)容量的増加，故障短路電流越來越大。電磁式電流互感器的電流測(cè)量范圍有限，光纖電流傳感器額定電流可測(cè)到幾千安培，瞬時(shí)電流可測(cè)到幾十萬安培。


圖I為本發(fā)明光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置檢測(cè)原理 圖2為本發(fā)明光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置實(shí)施例光路原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置檢測(cè)原理圖，裝置包括激光光源I、環(huán)形器2、偏振控制器5、磁光晶體7、光纖反射鏡6。所述的激光光源I、環(huán)形器2、偏振控制器5、磁光晶體7、光纖反射鏡6用保偏光纖依次相連。光纖傳感器4由磁光晶體7和大電流電纜的組合而成。具體實(shí)施時(shí)，所述的激光光源I可選用1550nm或者1310nm的激光光源，目的是產(chǎn)生穩(wěn)定的線偏振光；所述的環(huán)形器2可選用三孔環(huán)形器，所述的光纖反射鏡4選用FC-NPC接ロ的光纖，使光只能沿著ー個(gè)方向傳播從而當(dāng)光線反射回到環(huán)形器2之后不能返回激光光源而只能通過偏振控制器5來進(jìn)行偏振態(tài)的檢測(cè)，所述的偏振控制器5不僅可以使偏振光的ο光e光產(chǎn)生不同的相位延遲而且可以檢測(cè)偏振光的偏振態(tài)。圖I中偏振控制器5，其既可以測(cè)量偏振態(tài)，又可以產(chǎn)生相位延遲，當(dāng)偏振光通過環(huán)形器2后，偏振控制器5就可以產(chǎn)生相位延遲的效果，當(dāng)光通過光纖反射鏡6返回之后，偏振控制器5又可以探測(cè)光的偏振態(tài)。圖I中只是虛線部分表示偏振控制器5的工作功能，偏振控制器5可以控制偏振態(tài)輸出3,同時(shí)可以檢測(cè)偏振光的偏振態(tài)。所述的磁光晶體7及光纖反射鏡6是使偏振光在通過大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)后與入射光的偏振面有一個(gè)較大的偏角，所述的光纖反射鏡6是使偏振光兩次通過磁光晶體7從而兩次經(jīng)過大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)而使偏振光的振動(dòng)平面產(chǎn)生更大的角度偏轉(zhuǎn)，所述的保偏光纖是通過雙折射的補(bǔ)償使在其中傳播的偏振光的偏振態(tài)不受應(yīng)カ的影響從而能夠穩(wěn)定傳播不同偏振態(tài)的偏振光以及精確地測(cè)量偏振光的不同的偏振態(tài)。圖2是本發(fā)明的一種實(shí)例光路原理圖。在磁場(chǎng)的作用下，本來不具有旋 光性的物質(zhì)也產(chǎn)生了旋光性(光矢量發(fā)生旋轉(zhuǎn))這種現(xiàn)象稱作磁致旋光效應(yīng)或者法拉第效應(yīng)。旋轉(zhuǎn)矢量
權(quán)利要求
1.一種光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置，包括激光光源、環(huán)形器、偏振控制器、磁光晶體、光纖反射鏡，其特征在于，所述的激光光源、環(huán)形器、偏振測(cè)量儀、磁光晶體、光纖反射鏡用保偏光纖依次相連，激光依次通過環(huán)形器、偏振控制器、磁光晶體到光纖反射鏡后，再經(jīng)過光纖反射鏡反射，通過磁光晶體返回偏振控制器，磁光晶體周圍為待測(cè)區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置，其特征在于，所述激光光源可選用1550nm或者1310nm的激光光源，產(chǎn)生線偏振光。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置，其特征在于，所述環(huán)形器可選用三孔環(huán)形器，所述的光纖反射鏡選用FC-NPC接ロ的光纖。
4.一種光纖測(cè)大電流的測(cè)量方法，包括光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置，其特征在干， 激光依次通過環(huán)形器到偏振控制器上，通過偏振控制器調(diào)整其出射光的偏振態(tài)，將磁光晶體置于通有大電流的導(dǎo)線附近，線偏振光在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下通過磁光晶體吋，其偏振面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角正比于磁場(chǎng)H沿著線偏振光通過材料路徑的線積分，再由全電流定律可得有 . V f =VNi，其中V =!是個(gè)常數(shù)，為每單位光程每單位場(chǎng)強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)角，7為通過物質(zhì)的光程，N為電流所流經(jīng)的電線的繞環(huán)數(shù)，i為所求電流值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖測(cè)大電流的測(cè)量裝置及測(cè)量方法。所述的激光光源、環(huán)形器、偏振控制器、磁光晶體、光纖反射鏡用保偏光纖依次相連，激光依次通過環(huán)形器、偏振控制器、磁光晶體到光纖反射鏡后，再經(jīng)過光纖反射鏡反射，通過磁光晶體返回偏振控制器，線偏振光在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下通過磁光晶體時(shí)，其偏振面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)角度與電流的關(guān)系計(jì)算出電流的大小，此裝置方法絕緣性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、造價(jià)低，測(cè)量精度高，設(shè)備安裝檢修都比較方便運(yùn)行安全，而且測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍寬、靈敏度高。能將光纖技術(shù)與微機(jī)技術(shù)有效地結(jié)合起來，應(yīng)用于電力系統(tǒng)，尤其是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102636682SQ201210140420
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者侯英龍, 常敏, 張學(xué)典, 毛辰飛, 魯敦科 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)