一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器的制造方法
【專利摘要】一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器，屬于光學(xué)電流互感器領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有的光學(xué)電流互感器結(jié)構(gòu)中的光路系統(tǒng)復(fù)雜及由于光路系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致的光學(xué)電流互感器長期運行穩(wěn)定性降低的問題。光源、一號光纖、一號偏振控制器、二號光纖、傳感頭、三號光纖、二號偏振控制器、四號光纖和光電檢測器依次連接，傳感頭的光纖輸入接頭和光纖輸出接頭分別固定連接在套管的兩端；一號透鏡、二號透鏡、三號透鏡固定在套管的內(nèi)部，且一號透鏡、二號透鏡、三號透鏡、四號透鏡、五號透鏡和套管同軸，且在一號透鏡和三號透鏡的一個透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜材料。這種結(jié)構(gòu)簡化了光學(xué)電流互感器的光路系統(tǒng)，且提高了長時運行穩(wěn)定性。本發(fā)明適用于電流檢測。
【專利說明】一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)電流互感器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電流互感器是電力系統(tǒng)中進(jìn)行電能計量和繼電保護(hù)的重要設(shè)備，其測量精度及運行的可靠性直接影響電力系統(tǒng)的安全運行。隨著電力系統(tǒng)中電壓等級的提高，傳統(tǒng)的電流互感器在測量和運行中逐漸暴露出了一系列缺點，例如大故障電流導(dǎo)致鐵芯磁飽和，從而無法記錄故障電流的實際大小及變化過程；鐵芯大電感導(dǎo)致相位滯后并使頻率響應(yīng)受限制，從而無法記錄故障電流高頻分量，不利于故障分析；輸出端開路導(dǎo)致高壓；體積大、重量大、價格昂貴；還易受電磁干擾影響。因此，目對光學(xué)電流互感器的研究是一個熱點，現(xiàn)有的光學(xué)電流互感器因為具有以下優(yōu)點:(1)不含油，沒有爆炸危險；(2)不含鐵芯，沒有鐵磁共振、磁飽和及大電感引起的滯后現(xiàn)象；(3)絕緣性能好，用來做傳感材料的光學(xué)玻璃、傳輸信號的光 纖都是良好的絕緣材料；(4)無開路導(dǎo)致高壓的危險；(5)動態(tài)范圍大，可在相當(dāng)寬的電流范圍內(nèi)保持良好的線性特性；(6)測量頻帶寬，由于光通過傳感器部分只需要微秒級時間，因而頻帶寬度完全由信號處理部分電子線路響應(yīng)速度決定；(7)受電磁干擾影響??；(8)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，易于與數(shù)字設(shè)備連接等優(yōu)點，受到了廣泛關(guān)注和研究。
[0003]但是，在實驗研究中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的光學(xué)電流互感器的光路系統(tǒng)復(fù)雜、組成元件數(shù)量多等因素大大的影響了光學(xué)電流互感器的長期運行穩(wěn)定性。例如基于Faraday磁光效應(yīng)的塊狀玻璃光學(xué)電流互感器，為了提高精度、抗電磁干擾等目的而對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，傳感頭采用了雙層光路系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)原理本身的要求僅反射面一種光學(xué)元件就要至少六個，由于結(jié)構(gòu)的光路變長，傳播過程中的光強(qiáng)的消耗變多，使得系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性變差，而且系統(tǒng)并沒有達(dá)到完全抗電磁干擾的效果。所以，光學(xué)電流互感器不能長期穩(wěn)定的工作的主要原因是光學(xué)電流互感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，系統(tǒng)中的光學(xué)元件增多，使得光學(xué)電流互感器在運行工作時候光源的光能在傳輸過程中衰減的過多，并且系統(tǒng)抗外屆干擾的能力下降，使得最后輸出光信號經(jīng)過處理后得不到在精度范圍的電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的光學(xué)電流互感器結(jié)構(gòu)中的光路系統(tǒng)復(fù)雜及由于光路系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致的光學(xué)電流互感器長期運行穩(wěn)定性降低的問題。現(xiàn)提供一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器。
[0005]—種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器，它包括光源、一號光纖、一號偏振控制器、二號光纖、傳感頭、三號光纖、二號偏振控制器、四號光纖和光電檢測器；
[0006]傳感頭包括套管、一號透鏡、二號透鏡、三號透鏡、光纖輸入接頭和光纖輸出接頭;
[0007]光纖輸入接頭內(nèi)部設(shè)置有四號透鏡,光纖輸出接頭內(nèi)部設(shè)置有五號透鏡；光纖輸入接頭和光纖輸出接頭分別固定在套管的兩端，一號透鏡、二號透鏡和三號透鏡順次固定在套管的內(nèi)部，且一號透鏡、二號透鏡、三號透鏡、四號透鏡、五號透鏡和套管同軸；
[0008]一號透鏡鄰近光纖輸入接頭的透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜，三號透鏡鄰近光纖輸出接頭的透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜；
[0009]一號透鏡與四號透鏡的距離為f，一號透鏡與二號透鏡之間的距離為2f，二號透鏡與三號透鏡的距離為f，三號透鏡與五號透鏡的距離為f ;f為一號透鏡的焦距；
[0010]光源發(fā)出激光經(jīng)一號光纖輸出至一號偏振器,經(jīng)一號偏振器檢偏后輸出的線偏振光經(jīng)二號光纖傳輸至傳感頭的光纖輸入接頭，經(jīng)傳感頭透射的光信號經(jīng)三號光纖傳輸至二號偏振控制器，經(jīng)二號偏振控制器檢偏后輸出的線偏振光經(jīng)四號光纖傳輸至光電檢測器的輸入端。
[0011]所述一號光纖和三號光纖的長度相等，且所述一號光纖和三號光纖的長度取值范圍為IOm?IOOm ;所述二號光纖和四號光纖的長度相等,且所述二號光纖和四號光纖的長度取值范圍均為Im?20m。
[0012]—號偏振控制器和二號偏振控制器的偏角均為22.5度。
[0013]所述一號透鏡、二號透鏡和三號透鏡為相同材料的透鏡；四號透鏡和五號透鏡為相同材料的透鏡。
[0014]本發(fā)明適用于電流檢測。
[0015]本發(fā)明的一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器，采用直通式光路，使光學(xué)電流互感器的結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單簡化了光的傳輸和轉(zhuǎn)化過程，從而提高了光學(xué)電流互感器的穩(wěn)定性，還采用套管結(jié)構(gòu)的傳感頭，避免了震動，穩(wěn)定性好，在透鏡上鍍上的磁性薄膜材料，進(jìn)一步提高了光學(xué)電流互感器的穩(wěn)定性，相比現(xiàn)有的光學(xué)電流互感器，穩(wěn)定性提高了 30%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器的結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2是一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器的傳感頭的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:參照圖1和圖2具體說明本實施方式,本實施方式的一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器，它包括光源1、一號光纖2、一號偏振控制器3、二號光纖4、傳感頭5、三號光纖6、二號偏振控制器7、四號光纖8和光電檢測器9 ；
[0019]傳感頭5包括套管5-1、一號透鏡5-2、二號透鏡5_3、三號透鏡5_4、光纖輸入接頭5-5和光纖輸出接頭5-6 ；
[0020]光纖輸入接頭5-5內(nèi)部設(shè)置有四號透鏡5-7，光纖輸出接頭5-6內(nèi)部設(shè)置有五號透鏡 5-8 ；
[0021]光纖輸入接頭5-5和光纖輸出接頭5-6分別固定在套管5-1的兩端，一號透鏡5-2、二號透鏡5-3和三號透鏡5-4順次固定在套管5-1的內(nèi)部,且一號透鏡5_2、二號透鏡5-3、三號透鏡5-4、四號透鏡5-7、五號透鏡5-8和套管5_1同軸；
[0022]一號透鏡5-2鄰近光纖輸入接頭5-5的透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜，三號透鏡5-4鄰近光纖輸出接頭5-6的透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜；
[0023]一號透鏡5-2與四號透鏡5-7的距離為f，一號透鏡5_2與二號透鏡5_3之間的距離為2f, 二號透鏡5-3與三號透鏡5-4的距離為f,三號透鏡5-4與五號透鏡5_8的距離為
為一號透鏡5-2的焦距；
[0024]光源I發(fā)出激光經(jīng)一號光纖2輸出至一號偏振器3,經(jīng)一號偏振器3檢偏后輸出的線偏振光經(jīng)二號光纖4傳輸至傳感頭5的光纖輸入接頭5-5，經(jīng)傳感頭5透射的光信號經(jīng)三號光纖6傳輸至二號偏振控制器7,經(jīng)二號偏振控制器7檢偏后輸出的線偏振光經(jīng)四號光纖8傳輸至光電檢測器9的輸入端。
[0025]本實施方式中光源1、一號光纖2、一號偏振控制器3、二號光纖4、傳感頭5、三號光纖6、二號偏振控制器7、四號光纖8和光電檢測器9依次連接，共同組成光學(xué)電流互感器，該光學(xué)電流互感器的光路簡單。一號透鏡5-2與二號透鏡5-3的距離為2f, 二號透鏡5-3與三號透鏡5-4的距離為f，f為透鏡的焦距，且正對光纖輸入接頭5-5的一號透鏡5-2的透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜材料，正對光纖輸出接頭5-6的三號透鏡5-4的透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜材料，是為了保證在簡化了光路系統(tǒng)以后，測量精度不會降低。
[0026]【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器作進(jìn)一步說明，本實施方式中，所述一號光纖2和三號光纖6的長度相等，且所述一號光纖2和三號光纖6的長度取值范圍為IOm?IOOm ;所述二號光纖4和四號光纖8的長度相等，且所述二號光纖4和四號光纖8的長度取值范圍均為Im?20m。
[0027]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器作進(jìn)一步說明，本實施方式中，一號偏振控制器3和二號偏振控制器7的偏角均為22.5度。
[0028]本實施方式中，一號偏振控制器3和二號偏振控制器7的偏角均為22.5度,相當(dāng)于偏角為45度的起偏器。
[0029]【具體實施方式】四:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器作進(jìn)一步說明，本實施方式中，所述一號透鏡5-2、二號透鏡5-3和三號透鏡5-4為相同材料的透鏡；四號透鏡5-7和五號透鏡5-8為相同材料的透鏡。
[0030]【具體實施方式】五:本實施方式是對采用本發(fā)明所述的一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器實現(xiàn)電流檢測的說明。將本發(fā)明所述的一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器的傳感頭接在螺線圈內(nèi)，且傳感頭與所述螺線圈同軸。
[0031]本實施方式是為了采用一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器來實現(xiàn)電流的測量。
[0032]工作過程:光源I發(fā)出激光經(jīng)一號光纖2傳輸后輸出至一號偏振器3, —號偏振器的角度為22.5度,所述激光經(jīng)一號偏振器3檢偏后輸出線偏振光至二號光纖4,所述線偏振光的偏振方向與水平方向呈45度,所述線偏振光經(jīng)二號光纖4傳輸后輸出至傳感頭5,經(jīng)傳感頭5傳感以后輸出光信號至三號光纖6,經(jīng)三號光纖6傳輸后輸出至二號偏振控制器7，此時二號偏振控制器7起檢偏作用，經(jīng)二號偏振控制器7后輸出線偏振光至四號光纖8，經(jīng)四號光纖8傳輸后輸出至光電檢測器9的輸入端,光電檢測器9將所述線偏振光轉(zhuǎn)化為電信號。當(dāng)螺線圈內(nèi)部的電流產(chǎn)生變化時，其內(nèi)部磁場產(chǎn)生變化，由于傳感頭5內(nèi)部的一號透鏡5-2和三號透鏡5-4上鍍有磁性薄膜，進(jìn)而使得傳感頭中的磁性薄膜與被測電流產(chǎn)生法拉第磁光效應(yīng)，法拉第磁光效應(yīng)指的是當(dāng)線偏振光在磁光介質(zhì)中傳播時，如果在磁光介質(zhì)上施加一個平行于光的傳播方向的外部磁場，則光振動方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，也就是說偏振光的偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角Φ與外加磁場場強(qiáng)H和光穿越介質(zhì)的長度I的關(guān)系為:Φ= / JHdl。該式中，V是磁光介質(zhì)的Verdet (費爾德)常數(shù)，單位為rad/A ;1是光在介質(zhì)中傳播的距離，單位為m，也就是磁場和光相互作用的長度；H為外加磁場的場強(qiáng)，單位為A/m0
[0033]由于磁場H是由電流I產(chǎn)生的，根據(jù)載流導(dǎo)線在周圍空間產(chǎn)生的磁場遵守安培環(huán)路定理，所以旋轉(zhuǎn)角Φ還可以表示為:φ = V|//6// = λ//根據(jù)該公式則可求出載流導(dǎo)線
中電流I的大小。在本發(fā)明中，N是線偏振光圍繞電流的圈數(shù)，是已知的；1是光在介質(zhì)中傳播的距離，也是已知的；旋轉(zhuǎn)角Φ經(jīng)二號偏振控制器7后獲知。由此能夠得到電流的大小，也就是說最終實現(xiàn)了電流的檢測。
【權(quán)利要求】
1.一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器，其特征在于，它包括光源(I)、一號光纖(2)、一號偏振控制器(3)、二號光纖(4)、傳感頭(5)、三號光纖(6)、二號偏振控制器(7)、四號光纖(8)和光電檢測器(9); 傳感頭(5)包括套管(5-1)、一號透鏡(5-2)、二號透鏡(5-3)、三號透鏡(5-4)、光纖輸入接頭(5-5)和光纖輸出接頭(5-6)； 光纖輸入接頭(5-5)內(nèi)部設(shè)置有四號透鏡(5-7)，光纖輸出接頭(5-6)內(nèi)部設(shè)置有五號透鏡(5-8);光纖輸入接頭(5-5)和光纖輸出接頭(5-6)分別固定在套管(5-1)的兩端，一號透鏡(5-2)、二號透鏡(5-3)和三號透鏡(5-4)順次固定在套管(5-1)的內(nèi)部,且一號透鏡(5-2)、二號透鏡(5-3)、三號透鏡(5-4)、四號透鏡(5-7)、五號透鏡(5-8)和套管(5_1)同軸； 一號透鏡(5-2)鄰近光纖輸入接頭(5-5)的透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜，三號透鏡(5-4)鄰近光纖輸出接頭(5-6)的透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜； 一號透鏡(5-2)與四號透鏡(5-7)的距離為f，一號透鏡(5-2)與二號透鏡(5-3)之間的距離為2f，二號透鏡(5-3)與三號透鏡(5-4)的距離為f，三號透鏡(5-4)與五號透鏡(5-8)的距離為f ;f為一號透鏡(5-2)的焦距； 光源(I)發(fā)出激光經(jīng)一號光纖(2)輸出至一號偏振器(3),經(jīng)一號偏振器(3)檢偏后輸出的線偏振光經(jīng)二號光纖(4)傳輸至傳感頭(5)的光纖輸入接頭(5-5)，經(jīng)傳感頭(5)透射的光信號經(jīng)三號光纖(6)傳輸至二號偏振控制器(7),經(jīng)二號偏振控制器(7)檢偏后輸出的線偏振光經(jīng)四號光纖(8)傳輸至光電檢測器(9)的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述一號光纖(2)和三號光纖(6)的長度相等，且所述一號光纖(2)和三號光纖(6)的長度取值范圍為IOm?IOOm ;所述二號光纖(4)和四號光纖(8)的長度相等,且所述二號光纖(4)和四號光纖(8)的長度取值范圍均為Im?20m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器，其特征在于，一號偏振控制器(3)和二號偏振控制器(7)的偏角均為22.5度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直通式薄膜型光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述一號透鏡(5-2)、二號透鏡(5-3)和三號透鏡(5-4)為相同材料的透鏡；四號透鏡(5-7)和五號透鏡(5-8)為相同材料的透鏡。
【文檔編號】G01R15/24GK103837729SQ201410106861
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】沈濤, 胡超, 魏新勞, 于雪蓮 申請人:哈爾濱理工大學(xué)