双光路光学电流传感器制造技术

双光路光学电流传感器，涉及电流测量领域。本发明专利技术是为了解决现有光学电流传感器由于存在线性双折射和入射起偏角偏差而无法准确测量电流直流分量或非周期分量的问题。本发明专利技术光源输出的光通过光纤分束器分为两束光，一束光依次通过第一光纤准直器、第一偏振分光棱镜、磁光玻璃光柱、第二偏振分光棱镜和第二光纤准直器入射至第一探测器；另一束光依次通过第三光纤准直器、第二偏振分光棱镜、磁光玻璃光柱、第一偏振分光棱镜和第四光纤准直器入射至第二探测器；第一探测器的电信号输出端和第二探测器的电信号输出端同时连接信号处理单元的电信号输入端。本发明专利技术用于实现对直流分量或非周期分量的准确测量。

Double Optical Path Optical Current Sensor

【技术实现步骤摘要】
双光路光学电流传感器
本专利技术属于电力系统中电流测量领域。
技术介绍
光学电流互感器基于法拉第磁光效应原理测量电流，其实质是沿传感光路的磁场积分，因其卓越的性能和潜在的优势，已经成为电流互感器发展的主要方向。与全光纤电流互感器相比，磁光玻璃光学电流互感器具有结构简单、光学元件少、稳定性好和成本低等优势，是较为理想的一种光学电流互感器。在光学电流互感器的使用中，一般通过检测法拉第旋转角的大小得到被测电流信息，采用的信号处理方法主要有单光路方案和双探测器差除和方案。单光路方案通过交直流分离方法剔除光源波动的影响，一般用于交流测量；如果需要保留被测信号中的直流分量或非周期分量，则需要采用双探测器差除和方案。公开日为2009-12-09、公开号为CN101598774A、名称为《一种金属化封装的磁光传感器》中国专利，是目前在交流测量中最常用的双输出光学电流传感器，如图2所示，它包含一路输入两路输出，可以实现双探测器差除和方案。根据本领域的技术知识，其实现电流测量的方法可以描述为：第一探测器和第二探测器接收到的光学电流传感器输出光强Jout1和Jout2分别表示为：其中：其中，Jin为光学电流传感器的输入光强，也即光源输出光强；θ为起偏器透光轴与系统坐标轴之间的预偏角，即入射起偏角；为在被测电流产生的磁场的作用下光学电流传感器线偏振光通过磁光玻璃后偏振面旋转的角度，也即法拉第旋转角，其计算公式为：式中：V为磁光玻璃材料的费尔德常数，H为被测电流产生的磁场强度，L为磁光玻璃的长度。ψ为综合考虑和磁光玻璃的线性双折射δ的影响，产生的相移，其计算公式为：两探测器将光电转换之后的信号输入信号处理单元，实现差除和方案，其计算公式为：在不考虑线性双折射和入射起偏角的影响时，即δ＝0和θ＝0°、45°或90°，上式简化为：法拉第旋转角一般比较小，于是有：法拉第旋转角与被测电流呈比例关系。因此，在理想情况下，这种光学电流传感器能通过双探测器差除和方案实现对直流分量或非周期分量的准确测量。但是，事实上光学电流传感器中的磁光玻璃不可避免的会存在固有双折射与安装和温度变化等引起的应力双折射，入射起偏角θ也不可能准确地预设为0°、45°或90°。这样，在线性双折射与入射起偏角的共同作用下,这种光学电流传感器的输出就会产生一个直流分量与感应被测电流产生的法拉第旋转角相比是不可或略的，而且这个直流分量还会随着传感器周围环境温度变化等因素发生改变，也不可能通过预先定标加以消除，使得这个直流分量与被测直流电流或被测交流中的非周期分量无法区分，严重影响了双输出的光学电流传感器对直流分量或非周期分量的测量准确度。中国专利201110376332.6和欧洲专利EP0729033A2公开的双向传输的光学电流传感器也实现双探测器差除和方案，如图3所示。根据本领域的技术知识，其实现电流测量的方法可以描述为：第一探测器和第二探测器接收到的光学电流传感器的输出光强Jout1和Jout2可以表示为：这样，两探测器将光电转换之后的信号输入信号处理单元，实现差除和方案，其计算公式为：虽然入射起偏角θ不能精准地预设为0°、45°或90°，但是这个偏差会在很小的范围内，使得因此，双向传输的光学电流传感器的输出可以近似描述为：双向传输的光学电流传感器的输出不包含干扰直流分量，可以实现对直流分量或非周期分量的测量。但是，从公式(1)、(2)和(8)、(9)可以看出，这种双向传输的光学电流传感器的光源输出光功率的大小是双输出的光学电流传感器的4倍，才能达到相近的输出光强，也即这种双向传输的光学电流传感器对光源输出光功率要求比较高。更为重要的是，这种双向传输的结构使得光学电流传感器的正反向输出光都会有小部分光通过耦合器耦合入光源，从而影响光源输出的稳定性，进而影响光学电流传感器的测量稳定性和测量准确度。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有光学电流传感器由于存在线性双折射和入射起偏角偏差而无法准确测量电流直流分量或非周期分量的问题，现提供双光路光学电流传感器。双光路光学电流传感器，包括：第一偏振分光棱镜、磁光玻璃光柱、第二偏振分光棱镜、第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、第四光纤准直器、光纤分束器、第一探测器、第二探测器和信号处理单元；磁光玻璃光柱用于感应被测导体的电流信息，光源输出的光通过光纤分束器分为两束能量相等的光，一束光依次通过第一光纤准直器和第一偏振分光棱镜入射至磁光玻璃光柱的一端，磁光玻璃光柱另一端输出的光依次通过第二偏振分光棱镜和第二光纤准直器入射至第一探测器的光敏面上；另一束光依次通过第三光纤准直器和第二偏振分光棱镜入射至磁光玻璃光柱的另一端，磁光玻璃光柱一端输出的光依次通过第一偏振分光棱镜和第四光纤准直器入射至第二探测器的光敏面上；第一探测器的电信号输出端和第二探测器的电信号输出端同时连接信号处理单元的电信号输入端；信号处理单元还包括以下软件实现的子单元：采集单元，采集第一探测器和第二探测器发送的电信号，解调单元，对采集到的电信号进行解调，获得输出结果。上述第一偏振分光棱镜的透光轴与第二偏振分光棱镜的透光轴夹角为45°。上述光源与光纤分束器之间、光纤分束器与第一光纤准直器之间、光纤分束器与第三光纤准直器之间、第三光纤准直器与第一探测器之间、第四光纤准直器与第二探测器之间均通过多模光纤实现光信号的传输。上述依次通过第一偏振分光棱镜、磁光玻璃光柱和第二偏振分光棱镜的光路、与依次通过第二偏振分光棱镜、磁光玻璃光柱和第一偏振分光棱镜的光路为相互独立的并行光路。上述解调单元中，通过差除和算法对采集到的电信号进行解调。上述第二光纤准直器的出射光光强Jout1为：第四光纤准直器的出射光光强Jout2为：上式中，Jin为光源输出的光强，ψ为相移，为法拉第旋转角，θ为入射起偏角。上述信号处理单元(11)的输出结果u为：上述第一偏振分光棱镜、磁光玻璃光柱、第二偏振分光棱镜、第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器和第四光纤准直器均通过光学胶固定在金属基板上。本专利技术具有以下技术效果：本专利技术所述的双光路光学电流传感器，其第一传感光路和第二传感光路的两路输出通过差除和运算，使得双光路光学电流传感器的输出不包含线性双折射与入射起偏角共同作用产生的干扰直流分量，能够实现对直流分量或非周期分量的准确测量。同时，由于两个传感光路的相对独立性，消除了现有技术中双向传输的光学电流传感器输出光对光源输出稳定性的影响，有效地提高了光学电流传感器的测量稳定性和测量准确度，特别适用于直流电流的测量。综上所述，本专利技术所述的双光路光学电流传感器不仅适用于交流电流的准确测量，还同样适用于直流电流的准确测量。附图说明图1为本专利技术所述的双光路光学电流传感器的结构示意图；图2为
技术介绍
中所述的一种金属化封装的磁光传感器的结构示意图；图3为
技术介绍
中所述的双向传输的光学电流传感器的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的双光路光学电流传感器包括：第一偏振分光棱镜1、磁光玻璃光柱2、第二偏振分光棱镜3、第一光纤准直器4-1、第二光纤准直器4-2、第三光纤准直器4-3、第四光纤准直器4-4、金属基板5、光纤分束器8、第一探测器9、第二探测器10和信号处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双光路光学电流传感器，其特征在于，包括：第一偏振分光棱镜(1)、磁光玻璃光柱(2)、第二偏振分光棱镜(3)、第一光纤准直器(4‑1)、第二光纤准直器(4‑2)、第三光纤准直器(4‑3)、第四光纤准直器(4‑4)、光纤分束器(8)、第一探测器(9)、第二探测器(10)和信号处理单元(11)；磁光玻璃光柱(2)用于感应被测导体(6)的电流信息，光源(7)输出的光通过光纤分束器(8)分为两束能量相等的光，一束光依次通过第一光纤准直器(4‑1)和第一偏振分光棱镜(1)入射至磁光玻璃光柱(2)的一端，磁光玻璃光柱(2)另一端输出的光依次通过第二偏振分光棱镜(3)和第二光纤准直器(4‑2)入射至第一探测器(9)的光敏面上；另一束光依次通过第三光纤准直器(4‑3)和第二偏振分光棱镜(3)入射至磁光玻璃光柱(2)的另一端，磁光玻璃光柱(2)一端输出的光依次通过第一偏振分光棱镜(1)和第四光纤准直器(4‑4)入射至第二探测器(10)的光敏面上；第一探测器(9)的电信号输出端和第二探测器(10)的电信号输出端同时连接信号处理单元(11)的电信号输入端；信号处理单元(11)还包括以下软件实现的子单元：采集单元，采集第一探测器(9)和第二探测器(10)发送的电信号，解调单元，对采集到的电信号进行解调，获得输出结果。...

【技术特征摘要】
1.双光路光学电流传感器，其特征在于，包括：第一偏振分光棱镜(1)、磁光玻璃光柱(2)、第二偏振分光棱镜(3)、第一光纤准直器(4-1)、第二光纤准直器(4-2)、第三光纤准直器(4-3)、第四光纤准直器(4-4)、光纤分束器(8)、第一探测器(9)、第二探测器(10)和信号处理单元(11)；磁光玻璃光柱(2)用于感应被测导体(6)的电流信息，光源(7)输出的光通过光纤分束器(8)分为两束能量相等的光，一束光依次通过第一光纤准直器(4-1)和第一偏振分光棱镜(1)入射至磁光玻璃光柱(2)的一端，磁光玻璃光柱(2)另一端输出的光依次通过第二偏振分光棱镜(3)和第二光纤准直器(4-2)入射至第一探测器(9)的光敏面上；另一束光依次通过第三光纤准直器(4-3)和第二偏振分光棱镜(3)入射至磁光玻璃光柱(2)的另一端，磁光玻璃光柱(2)一端输出的光依次通过第一偏振分光棱镜(1)和第四光纤准直器(4-4)入射至第二探测器(10)的光敏面上；第一探测器(9)的电信号输出端和第二探测器(10)的电信号输出端同时连接信号处理单元(11)的电信号输入端；信号处理单元(11)还包括以下软件实现的子单元：采集单元，采集第一探测器(9)和第二探测器(10)发送的电信号，解调单元，对采集到的电信号进行解调，获得输出结果。2.根据权利要求1所述的双光路光学电流传感器，其特征在于，第一偏振分光棱镜(1)的透光轴与第二偏振分光棱镜(3)的透光轴夹角为45°。3.根据权利要求1所述的双光路光学电流传感器，其特征在于，光源(7)与光纤分...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文斌，张国庆，郭志忠，王贵忠，李洪波，侯英伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，哈工大张家口工业技术研究院，哈工大张家口电力科学技术研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23