專利名稱：帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，本發(fā)明同時(shí)還利用該種鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，實(shí)現(xiàn)了一種能夠提高鐵磁流體光學(xué)式電流傳感器性能、達(dá)到電流檢測(cè)目的的方法。
背景技術(shù)：
鐵磁流體光學(xué)式電流測(cè)量方法的基本原理是鐵磁流體的縱向磁致旋光效應(yīng)，即當(dāng)單色偏振光束通過有縱向磁場(chǎng)調(diào)制的鐵磁流體時(shí)，偏振光振動(dòng)方向會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)角度的大小與調(diào)制磁場(chǎng)的強(qiáng)弱有關(guān)，故可通過測(cè)量偏振光振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)角的大小推導(dǎo)出調(diào)制磁場(chǎng)的強(qiáng)度。而調(diào)制磁場(chǎng)一般是由某一待測(cè)電流產(chǎn)生的，根據(jù)電流與磁場(chǎng)的關(guān)系，即可得到待測(cè)電流的參數(shù)。
現(xiàn)有鐵磁流體光學(xué)式電流傳感方法的主要缺陷是非恒定電流的響應(yīng)時(shí)間長、靈敏度及精確度低。上述缺陷是鐵磁流體被外加磁場(chǎng)作用下磁化時(shí)，磁性顆粒磁矩與外場(chǎng)取向趨同過程中弛豫時(shí)間較長引起的。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置；本發(fā)明的目的之二是提供一種利用帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)的方法。本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，包括單色光源、起偏器、鐵磁流體薄膜、檢偏器、光電探測(cè)器、預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器、控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、開關(guān)電源、勵(lì)磁電源、人機(jī)交互接口、磁極I和磁極II;所述鐵磁流體薄膜的表面與待測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)或待測(cè)磁場(chǎng)的方向保持垂直，所述單色光源用于發(fā)出檢驗(yàn)光束，該光束經(jīng)起偏器后成為振動(dòng)方向一定的線偏振光，線偏振光垂直穿過由磁場(chǎng)調(diào)制的鐵磁流體薄膜同時(shí)其振動(dòng)方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)；所述檢偏器設(shè)置于鐵磁流體薄膜的另一側(cè)，并配合光電探測(cè)器將旋轉(zhuǎn)后的線偏振光光強(qiáng)大小轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并輸出至預(yù)處理模塊，所述預(yù)處理模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理后，輸出至數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入數(shù)據(jù)處理器；所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊用于對(duì)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理后，將待測(cè)參量的相關(guān)信息輸出至人機(jī)交互接口，同時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理器根據(jù)測(cè)量的結(jié)果判定電流/磁場(chǎng)的類型和參數(shù)范圍，發(fā)出相應(yīng)的調(diào)整指令至控制模塊；所述控制模塊用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理器發(fā)出的勵(lì)磁調(diào)整指令，輸出勵(lì)磁電源的控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)橫向偏壓磁場(chǎng)的相關(guān)參數(shù)；所述勵(lì)磁電源勵(lì)磁電源12在控制信號(hào)的調(diào)節(jié)作用下，用于為磁極I 14和磁極II15提供勵(lì)磁電流，使得磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)參量符合控制目的，所述磁極I和磁極II設(shè)置于鐵磁流體薄膜，在勵(lì)磁電源的作用下產(chǎn)生一個(gè)方向與偏振光傳播方向相垂直的橫向磁場(chǎng)，以輔助鐵磁流體中磁性顆粒的磁矩翻轉(zhuǎn)。進(jìn)一步，所述裝置還包括驅(qū)動(dòng)模塊，所述控制模塊發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)模塊中電路的放大、隔離和整定后，成為勵(lì)磁電源中電力電子元件能夠接受的控制信號(hào)；進(jìn)一步，所述裝置還包括開關(guān)電源，所述單色光源、光電探測(cè)器、預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器、控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊中需要的電能由開關(guān)電源提供；進(jìn)一步，所述磁極I包括電磁鐵I和線圈I，磁極II包括電磁鐵II和線圈II，所述電磁鐵I和電磁鐵II均為圓柱體，所述線圈I和線圈II為漆包線且分別密繞于電磁體I和電磁鐵II上，所述線圈I的兩線頭端分別為電流輸入端口 Pl和電流輸出端口 P2，所述線圈II的兩線頭端分別為電流輸入端口 P3和電流輸出端口 P4，兩電磁鐵相對(duì)端面為磁靴結(jié)構(gòu)且兩個(gè)磁極的中軸線重合，相距f6mm ；
進(jìn)一步，所述電磁鐵I和電磁鐵II的直徑為l(T20mm，長度為25 60mm，材質(zhì)為DT4
純鐵；進(jìn)一步，所述磁靴邊緣寬度為I. 5mm ；進(jìn)一步，所述線圈I和線圈II均由型號(hào)為AWG27的漆包線構(gòu)成，各50匝。本發(fā)明的目的之二是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的所述方法包括以下步驟步驟一將鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置放入待測(cè)磁場(chǎng)中，其中鐵磁流體薄膜為用鐵磁流體制成的薄片，在調(diào)制磁場(chǎng)的作用下使偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)；步驟二 將磁極I和磁極II以對(duì)稱的方式分別放置于鐵磁流體薄膜的兩側(cè)，在與調(diào)制磁場(chǎng)相垂直的方向?qū)﹁F磁流體薄膜施加一個(gè)橫向偏壓磁場(chǎng)，提高鐵磁流體對(duì)外加縱向磁場(chǎng)的響應(yīng)速度；步驟三通過檢偏器配合光電探測(cè)器將旋轉(zhuǎn)后的線偏振光光強(qiáng)大小轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并輸出至預(yù)處理模塊，所述預(yù)處理模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理后，輸出至數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行運(yùn)算處理，通過測(cè)量偏振光振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)角的大小推導(dǎo)出調(diào)制磁場(chǎng)的強(qiáng)度，而調(diào)制磁場(chǎng)由待測(cè)電流產(chǎn)生，根據(jù)電流與磁場(chǎng)的關(guān)系，即可得到待測(cè)電流的參數(shù)。本發(fā)明的有益效果是I.本發(fā)明的裝置通過在調(diào)制磁場(chǎng)相垂直的方向施加一個(gè)橫向偏壓磁場(chǎng)，有效提高鐵磁流體對(duì)外加縱向磁場(chǎng)的響應(yīng)速度，從而縮短鐵磁流體中磁性顆粒在外加縱向磁場(chǎng)作用下響應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)鐵磁流體磁光效應(yīng)的靈敏度，優(yōu)化傳感器的動(dòng)態(tài)特性；2.本發(fā)明擴(kuò)大了基于鐵磁流體縱向磁光效應(yīng)進(jìn)行電流/磁場(chǎng)傳感和測(cè)量的對(duì)象類型，不僅能夠?qū)χ绷?恒定磁場(chǎng)、交變電流/交變磁場(chǎng)的參量進(jìn)行變送，而且還能夠?qū)γ}沖電流/脈沖磁場(chǎng)的參量進(jìn)行變送。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書和權(quán)利要求書來實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖I是帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置示意圖；圖3是產(chǎn)生橫向偏壓磁場(chǎng)的磁極不意圖；圖4為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施電路連接示意圖。
具體實(shí)施方式

以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，包括單色光源I、起偏器2、鐵磁流體薄膜3、檢偏器4、光電探測(cè)器5、預(yù)處理模塊6、數(shù)據(jù)采集器7、數(shù)據(jù)處理器8、控制模塊9、驅(qū)動(dòng)模塊10、開關(guān)電源11、勵(lì)磁電源12、人機(jī)交互接口13、磁極114和磁極1115 ；鐵磁流體薄膜3的表面與待測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)或待測(cè)磁場(chǎng)的方向保持垂直，所述單色光源I用于發(fā)出檢驗(yàn)光束，該光束經(jīng)起偏器2后成為振動(dòng)方向一定的線偏振光,線偏振光垂直穿過由磁場(chǎng)調(diào)制的鐵磁流體薄膜同時(shí)其振動(dòng)方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)；檢偏器4設(shè)置于鐵磁流體薄膜3的另一側(cè)，并配合光電探測(cè)器5將旋轉(zhuǎn)后的線偏振光光強(qiáng)大小轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并輸出至預(yù)處理模塊6，所述預(yù)處理模塊6對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理后，輸出至數(shù)據(jù)采集器7，所述數(shù)據(jù)采集器7將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入數(shù)據(jù)處理器8 ；數(shù)據(jù)處理器8對(duì)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理后，將待測(cè)參量的相關(guān)信息輸出至人機(jī)交互接口，同時(shí)，數(shù)據(jù)處理器根據(jù)測(cè)量的結(jié)果判定電流/磁場(chǎng)的類型和參數(shù)范圍，發(fā)出相應(yīng)的調(diào)整指令至控制模塊9;控制模塊9用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理器發(fā)出的勵(lì)磁調(diào)整指令，對(duì)勵(lì)磁電源中的開關(guān)元件進(jìn)行控制，本發(fā)明中，數(shù)據(jù)處理器與控制模塊一方面對(duì)數(shù)據(jù)采集器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，反映光學(xué)式電流傳感器的設(shè)計(jì)意圖，包括電流/磁場(chǎng)的量值、電流/磁場(chǎng)的變化規(guī)律等；另一方面輸出勵(lì)磁電源的控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)橫向偏壓磁場(chǎng)的相關(guān)參數(shù)，包括橫向偏壓磁場(chǎng)的大小和變化規(guī)律等。本實(shí)施例中，控制模塊9發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)模塊10中電路的放大、隔離和整定后，成為勵(lì)磁電源12中電力電子元件能夠接受的控制信號(hào)。勵(lì)磁電源12在控制信號(hào)的調(diào)節(jié)作用下，用于為磁極I 14和磁極II 15提供勵(lì)磁電流，使得磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)參量符合控制目的。磁極I 14和磁極II 15設(shè)置于鐵磁流體薄膜，根據(jù)勵(lì)磁電流的參數(shù)施加不同程度的橫向偏壓磁場(chǎng)至鐵磁流體薄膜3上。本發(fā)明中，還可以根據(jù)需要增加信號(hào)變送模塊，用于將數(shù)據(jù)處理和控制模塊輸出的控制信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的功率放大、電氣隔離以及信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換，符合勵(lì)磁電源對(duì)控制信號(hào)形式的要求。本實(shí)施例中，所述單色光源、光電探測(cè)器、預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器、控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊中需要的電能由開關(guān)電源11提供。如圖2所不,本發(fā)明的裝置中，磁極I和磁極II產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直于光束傳播方向，鐵磁流體薄膜3與磁極I、磁極II的中軸線重合。如圖3所示，磁極I 14包括電磁鐵I和線圈I，磁極II 15包括電磁鐵II和線圈II，電磁鐵I和電磁鐵II為圖中的Ml和M2，線圈I和線圈II為圖中Cl和C2，電磁鐵I和電磁鐵II均為圓柱體，線圈I和線圈II為漆包線且分別密繞于電磁體I和電磁鐵II上，線圈I的兩線頭端分別為電流輸入端口 Pl和電流輸出端口 P2，所述線圈II的兩線頭端分別為電流輸入端口 P3和電流輸出端口 P4，兩電磁鐵相對(duì)端面為磁靴結(jié)構(gòu)且兩個(gè)磁極的中軸線重合，相距6cm,不能超過6mm。本實(shí)施例中，電磁鐵I和電磁鐵II的直徑為12mm,長度為40mm，材質(zhì)為DT4純鐵。所述磁靴邊緣寬度為I. 5mm。所述線圈I和線圈II均由型號(hào)為AWG27的漆包線構(gòu)成，各50匝。圖4為本發(fā)明采用的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)電路，其中，其中R1-R8為電阻元件，C1-C18為 電容元件，F(xiàn)l為熔斷器，BI為整流橋，L1-L6為電感元件，D1-D8為二極管，VT1-VT4為IGBT。Jl為單相電源輸入插頭，包含三個(gè)端子，其中插頭的L端代表與電源的火線相連，N端代表與電源的零線相連，G端代表與地線相連。J2為勵(lì)磁電源的輸出配線盒，包含兩路進(jìn)線和四路出線，其中兩個(gè)進(jìn)線端子分別分接到兩個(gè)出線端子上，一個(gè)進(jìn)線端子與出線端子Pl和P3相連，另一個(gè)進(jìn)線端子與出線端子P2和P4相連。Pl和P2分別接到圖3所示磁極I的Pl和P2端口 ；P3和P4分別接到圖3所示磁極2的P3和P4端口 ；TA1為電流互感器，將勵(lì)磁電源的輸出電流反饋到控制模塊，與數(shù)據(jù)處理器的給定值之間進(jìn)行比較，形成對(duì)勵(lì)磁電源輸出電流的閉環(huán)控制。Tl為輸出變壓器，其功能是對(duì)輸出電壓進(jìn)行隔離和升壓的作用。T2為電壓互感器，將勵(lì)磁電源的輸出電壓反饋到控制模塊，與數(shù)據(jù)處理器的給定值之間進(jìn)行比較，形成對(duì)勵(lì)磁電源輸出電壓的閉環(huán)控制。SI為電源開關(guān)，處于常開狀態(tài)，當(dāng)需要?jiǎng)?lì)磁電源工作時(shí)，把單相電源輸入插頭與220V單相電源接通后即閉合電源開關(guān)SI。圖中的A區(qū)域?yàn)闉V波電路，包括電阻Rl、R2、電容Cl、C3、C4 C9以及電感Lf L3，B區(qū)域?yàn)镮GBT電壓輸出通斷電路，分為4組子電路，每一組均包括一個(gè)IGBT晶體管，每一IGBT晶體管的基極分別連接至驅(qū)動(dòng)模塊的一路控制輸出端，通過驅(qū)動(dòng)模塊輸出的控制信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通，通過不同子電路的觸發(fā)導(dǎo)通，加載不同的電壓信號(hào)至輸出變壓器Tl的電壓輸入偵牝圖中的C區(qū)域?yàn)閯?lì)磁輸出電路，用于將輸出變壓器Tl升壓后的電壓輸出至J2。在實(shí)際應(yīng)用中，上述電路各區(qū)域的功能不止采用如圖中的具體電子件實(shí)現(xiàn)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能，也可以采用不同的電子件進(jìn)行組裝實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的測(cè)量原理如下:傳感裝置的核心部件為鐵磁流體制成的三明治結(jié)構(gòu)薄膜，該薄膜基于鐵磁流體在外加縱向磁場(chǎng)作用下的磁致旋光效應(yīng)。透光鐵磁流體薄膜之后偏振光偏振面旋轉(zhuǎn)的角度與外加縱向磁場(chǎng)強(qiáng)度之間有固定的函數(shù)關(guān)系。單色光源發(fā)出的光束經(jīng)起偏器后成為線偏振光，經(jīng)過外加磁場(chǎng)調(diào)制的鐵磁流體薄膜后，偏振角向某一固定方向發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)檢偏鏡檢偏到達(dá)光電探測(cè)器。光振動(dòng)面的磁致旋光角Θ與光在介質(zhì)中通過的路程L以及外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H在光傳播方向的分量成正t匕。旋轉(zhuǎn)角的大小為Θ = μ 0VHL (I)
其中Θ為磁致旋光角，V是磁光介質(zhì)的Verdet常數(shù)，H是沿著光路方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，L是光程或磁光介質(zhì)沿著光路方向的厚度。從電磁理論的角度分析可知，入射的偏振光波作為一種電磁波，當(dāng)其從具有磁矩的鐵磁流體中透射后，光的偏振態(tài)發(fā)生變化。這是具有磁矩的物質(zhì)與電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果。鐵磁流體在外加調(diào)制磁場(chǎng)作用下的磁化是一個(gè)弛豫過程，因此其磁致旋光效應(yīng)也存在弛豫時(shí)間。換句話說，鐵磁流體磁致旋光效應(yīng)的弛豫過程是由其內(nèi)部磁性顆粒在外加磁場(chǎng)作用下的磁化弛豫決定的。磁性顆粒的磁化弛豫特性與顆粒尺寸之間存在密切關(guān)系較大的粒子對(duì)應(yīng)更長的弛豫時(shí)間，而較小的粒子其弛豫時(shí)間也相對(duì)較短。鐵磁流體中磁性納米顆粒的磁化過程不僅取決于鐵磁流體本身的性質(zhì)，而且還與鐵磁流體中磁性納米顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)以及外加磁場(chǎng)的性質(zhì)有關(guān)。把單色激光束經(jīng)起偏器后的偏振光看作輸入信號(hào)，把光電探測(cè)器測(cè)量得到的偏振光強(qiáng)為輸出信號(hào)，貝1J可以把外加縱向磁場(chǎng)作用下的鐵磁流體薄膜與檢偏器看作是一個(gè)傳輸特性不隨時(shí)間變化的定常系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)分析中的卷積定理，可知?dú)w一化后的理想單位方波脈沖響應(yīng)函數(shù)與輸入信號(hào)的卷積即為該系統(tǒng)在此輸入信號(hào)的響應(yīng)。鐵磁流體在縱向調(diào)制磁場(chǎng)作用下的傳輸特性可表示為
權(quán)利要求
1.帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，其特征在于所述裝置包括單色光源、起偏器、鐵磁流體薄膜、檢偏器、光電探測(cè)器、預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器、控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、開關(guān)電源、勵(lì)磁電源、人機(jī)交互接口、磁極I和磁極II ； 所述鐵磁流體薄膜的表面與待測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)或待測(cè)磁場(chǎng)的方向保持垂直，所述單色光源用于發(fā)出檢驗(yàn)光束，該光束經(jīng)起偏器后成為振動(dòng)方向一定的線偏振光，線偏振光垂直穿過由磁場(chǎng)調(diào)制的鐵磁流體薄膜同時(shí)其振動(dòng)方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)； 所述檢偏器設(shè)置于鐵磁流體薄膜的另一側(cè)，并配合光電探測(cè)器將旋轉(zhuǎn)后的線偏振光光強(qiáng)大小轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并輸出至預(yù)處理模塊，所述預(yù)處理模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理后，輸出至數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入數(shù)據(jù)處理器； 所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊用于對(duì)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理后，將待測(cè)參量的相關(guān)信息輸出至人機(jī)交互接口，同時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理器根據(jù)測(cè)量的結(jié)果判定電流/磁場(chǎng)的類型和參數(shù)范圍，發(fā)出相應(yīng)的調(diào)整指令至控制模塊； 所述控制模塊用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理器發(fā)出的勵(lì)磁調(diào)整指令，輸出勵(lì)磁電源的控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)橫向偏壓磁場(chǎng)的相關(guān)參數(shù)； 所述勵(lì)磁電源勵(lì)磁電源12在控制信號(hào)的調(diào)節(jié)作用下，用于為磁極I 14和磁極II 15提供勵(lì)磁電流，使得磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)參量符合控制目的，所述磁極I和磁極II設(shè)置于鐵磁流體薄膜，在勵(lì)磁電源的作用下產(chǎn)生一個(gè)方向與偏振光傳播方向相垂直的橫向磁場(chǎng)，以輔助鐵磁流體中磁性顆粒的磁矩翻轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，其特征在于所述裝置還包括驅(qū)動(dòng)模塊，所述控制模塊發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)模塊中電路的放大、隔離和整定后，成為勵(lì)磁電源中電力電子元件能夠接受的控制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，其特征在于所述裝置還包括開關(guān)電源，所述單色光源、光電探測(cè)器、預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器、控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊中需要的電能由開關(guān)電源提供。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，其特征在于所述磁極I包括電磁鐵I和線圈I，磁極II包括電磁鐵II和線圈II，所述電磁鐵I和電磁鐵II均為圓柱體，所述線圈I和線圈II為漆包線且分別密繞于電磁體I和電磁鐵II上，所述線圈I的兩線頭端分別為電流輸入端口 Pl和電流輸出端口 P2，所述線圈II的兩線頭端分別為電流輸入端口 P3和電流輸出端口 P4，兩電磁鐵相對(duì)端面為磁靴結(jié)構(gòu)且兩個(gè)磁極的中軸線重合,相距為f6mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，其特征在于所述電磁鐵I和電磁鐵II的直徑為l(T20mm，長度為25飛Omm，材質(zhì)為DT4純鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，其特征在于所述磁靴邊緣寬度為I. 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，其特征在于所述線圈I和線圈II均由型號(hào)為AWG27的漆包線構(gòu)成，各50匝。
8.采用如權(quán)利要求I至7任一所述的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置來進(jìn)行電流檢測(cè)的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 步驟一將鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置放入待測(cè)磁場(chǎng)中，其中鐵磁流體薄膜為用鐵磁流體制成的薄片，在調(diào)制磁場(chǎng)的作用下使偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)； 步驟二 將磁極I和磁極II以對(duì)稱的方式分別放置于鐵磁流體薄膜的兩側(cè)，在與調(diào)制磁場(chǎng)相垂直的方向?qū)﹁F磁流體薄膜施加一個(gè)橫向偏壓磁場(chǎng)，提高鐵磁流體對(duì)外加縱向磁場(chǎng)的響應(yīng)速度； 步驟三通過檢偏器配合光電探測(cè)器將旋轉(zhuǎn)后的線偏振光光強(qiáng)大小轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并輸出至預(yù)處理模塊，所述預(yù)處理模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理后，輸出至數(shù)據(jù)采集器， 所述數(shù)據(jù)采集器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行運(yùn)算處理，通過測(cè)量偏振光振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)角的大小推導(dǎo)出調(diào)制磁場(chǎng)的強(qiáng)度，而調(diào)制磁場(chǎng)由待測(cè)電流產(chǎn)生，根據(jù)電流與磁場(chǎng)的關(guān)系，即可得到待測(cè)電流的參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有橫向偏壓裝置的鐵磁流體光學(xué)式電流傳感裝置，所述鐵磁流體光學(xué)式電流傳感器包括單色光源、起偏器、鐵磁流體薄膜、檢偏器、光電探測(cè)器，另外，在鐵磁流體光學(xué)式電流傳感器中加設(shè)一個(gè)橫向偏壓磁場(chǎng)發(fā)生裝置，使用時(shí)，單色光束經(jīng)起偏器后成為線偏振光，在外加縱向磁場(chǎng)調(diào)制作用下鐵磁流體薄膜使透射其中的線偏振光振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)一定角度，旋轉(zhuǎn)角度大小與外加縱向磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，因此檢測(cè)線偏振光旋轉(zhuǎn)角度可得到產(chǎn)生外加縱向磁場(chǎng)的電流大小，由橫向偏壓磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以加快鐵磁流體中磁性顆粒受到外加縱向磁場(chǎng)調(diào)制時(shí)磁性顆粒磁矩翻轉(zhuǎn)速度，降低響應(yīng)時(shí)間，提高傳感器的靈敏度和精確度；基于上述裝置，本發(fā)明還公開了一種電流測(cè)量方法。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102901859SQ20121043336
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者王士彬, 葉鵬, 王 華, 唐彬, 杜娟, 刁曉波, 曹霞, 全紅 申請(qǐng)人:重慶市電力公司南岸供電局, 國家電網(wǎng)公司