采用主动温度补偿的偏振不敏感电流和磁场传感器制造技术

在此公开了基于光传感的电流传感器，以及相应的温度传感器。该电流传感器包括：光源、第一传输光纤、包括输入光束偏移器的光学电流传感器探头、法拉第材料、输出光束偏移器、第二传输光纤、光探测单元、以及测量模块。根据本申请的电流传感器，采用主动温度补偿的偏振不敏感电流和磁场传感器及其系统，能够确保光纤电流传感器在感测电流时的感测精度、测量范围和稳定性。

Polarization insensitive current and magnetic field sensors using active temperature compensation

A light sensor based current sensor and a corresponding temperature sensor are disclosed herein. The current sensor includes a first light source, a transmission optical fiber, including input beam shifter optical current sensor probe, Faraday material, the output beam shifter, second transmission optical fiber and optical detection unit, and measuring module. According to the application of the current sensor, polarization insensitive by active temperature compensation current and magnetic field sensor and its system, to ensure that the optical fiber current sensor for sensing current sensing accuracy, measuring range and stability.

【技术实现步骤摘要】
采用主动温度补偿的偏振不敏感电流和磁场传感器
本申请涉及电流和温度的传感领域，具体地，涉及一种采用主动温度补偿的偏振不敏感电流和磁场传感器。
技术介绍
电流是由于电荷在金属一类的导体中流动所产生的。考虑到电流的电子属性，目前用于传感或测量电流的技术和装置大都基于电子电路。电子电路通常需要供电，因而会受到电磁干扰(EMI)的影响。各种传感电流的电子电路需要放置在被测电流附近的位置上，因而在实际应用中会增加局限性。基于光纤传感的电流传感技术，在对智能电网的变电站和配电系统进行监视、控制和防护具有引人关注的优势。与传统电流传感器相比，具有能够将感测电流的传感头和处理电流信息的电子系统位置分开的优势；而且使用光传感技术，传感头中可以不需要供电，并且没有任何电子器件，因而传感头不会受到电磁干扰或大功率电磁场的损伤，在高电压场合使用安全性更高。采用光纤电流传感器还具有体积小、重量轻、低功耗、不会电流饱和等优点。一些基于玻璃或晶体的法拉第效应的光纤电流传感系统会更紧凑，体积更小、重量更轻、成本更低，且安装方便；可以直接装在活动的电流导线上，可以显著减少安装成本。由于其低成本和小体积，可应用于中低压变压器监测和其他应用。精确度、动态范围和环境稳定性是光纤电流传感器的重要指标。一个增加动态范围的有效途径是增加磁场探测灵敏度，这需要显著减少探测器的电流噪声。法拉第玻璃或晶体的维尔德常数与温度的关系影响到测量精度，需要在传感器系统的测量中加以考虑。来自传感器探头的光学信号的温度效应会影响传感器的环境稳定性，所以提供一个补偿温度效应的机制是个好办法。另外，来自邻近的电流导体的磁场干扰也也会影响电流探测精度，需要减少或消除。因此，需求能够同时尽可能地确保测量精度、测量范围和稳定性的光纤电流传感器。
技术实现思路
基于此，本申请提供了采用主动温度补偿的偏振不敏感电流和磁场传感器及其系统，其能够确保光纤电流传感器在感测电流时的感测精度、测量范围和稳定性，以及相应的温度传感器。根据本申请的一方面，一种基于光传感的电流传感器，包括：一个用来产生探测光的光源；一个第一传输光纤用来接收来自光源的探测光，并将该探测光沿着传输光纤传输；一个光学电流传感器探头连接到传输光纤，用来接收来自传输光纤的探测光；所述光学电流传感器探头包括一个输入光束偏移器，用来将接收到的探测光分开成偏振态不同的第一偏振输入光束和第二偏振输入光束；一个法拉第材料用来接收和传输第一偏振输入光束和第二偏振输入光束，产生第一输出光束和第二输出光束；所述第一输出光束和第二输出光束受法拉第材料附近电流的磁场影响产生偏振旋转；一个输出光束偏移器接收来自法拉第材料的第一输出光束和第二输出光束，并将接收到的第一输出光束和第二输出光束中的一部分，合并成携带电流信息的输出探测光束；其中输入光束偏移器的偏振方向与输出光束偏移器的偏振方向互为45度；一个第二传输光纤连接到光传感器探头，用来接收来自输出光束偏移器的输出探测光束；一个光探测单元连接到第二传输光纤，用来接收来自光电流传感器探头的输出探测光束；一个测量模块用来接收来自光探测单元的探测输出，以获得电流信息。根据本申请的另一方面，一种基于光学传感的温度传感器，包括：一个产生探测光的光源；一段第一传输光纤用来接收来自光源的探测光，并使之沿着传输光纤传输。一个光学温度传感器探头连接到第一传输光纤，用来接收所述探测光；所述温度传感头包括一个第一光纤准直器连接到第一传输光纤，用来接收探测光；一个输入光束偏移器用来接收来自第一光纤准直器的输出光，并将收到的探测光分开成偏振态不同的第一和第二偏振输入光束；一个对周边磁场影响实施屏蔽了的法拉第旋转器用来接收和传输第一和第二偏振输入光束，并对两个偏振输入光束产生约45度的偏振旋转；一个输出光束偏移器接收来自法拉第旋转器的第一和第二输出光束，并将接收到的第一和第二输出光束的一部分，合并成一个携带法拉第旋转器处的温度信息的输出探测光束；一个第二光纤准直器用来接收来自法拉第旋转器的输出探测光；一个第二传输光纤连接到光学温度传感器探头，用来接收来自第二光纤准直器的输出探测光；一个光探测器单元连接到第二传输光纤，用来接收来自所述光学温度传感器探头的输出探测光束；一个测量模块用来接收来自光探测单元的探测器输出，以获得温度信息。根据本申请的又一方面，一种基于光传感的电流传感器，包括：一个产生探测光的光源；一段传输光纤用来接收来自光源的探测光；一个光学电流传感器探头连接到传输光纤，用来接收探测光；所述传感器探头包括一个光束偏移器，用来将接收到的探测光分开成两束偏振态不同第一和第二偏振输入光束；一个法拉第旋转器用来接收和传输第一和第二输入光束，并产生22.5度偏振旋转；一个法拉第材料用来接收和传输来自法拉第旋转器的第一和第二偏振输入光束，所述法拉第材料会因为其附近的电流产生的磁场变化使得第一和第二偏振输入光束产生相应的偏振旋转；一个光反射器用来接收和反射来自法拉第材料的第一和第二输入光束，并反射回到法拉第材料、法拉第旋转器，到达光束偏移器；光束偏移器将接收到反射回来的第一和第二输出光束的一部分，合并成一束携带电流信息的输出探测光束；一个光纤准直器连接到传输光纤，将来自光源的探测光传导进入光束偏移器，并将来自光束偏移器的输出探测光束传导进入传输光纤；一个光探测单元连接到传输光纤，用来接收来自光学电流传感器探头的输出探测光；一个测量模块接收来自探测单元的探测器输出，以获得电流信息。根据本申请的进一步方面，一种基于光传感的温度传感器，包括：一个产生探测光的光源；一段传输光纤用来接收来自光源的探测光；一个光学温度传感器探头连接到传输光纤，用来接收探测光；所述传感器探头包括一个光束偏移器，用来将接收到的探测光分开成为偏振态不同的第一和第二偏振输入光束；一个对外磁场干扰进行了屏蔽的法拉第旋转器用来接收和传输第一和第二偏振输入光束，并将第一和第二偏振输入光束进行约22.5度的偏振旋转；一个光反射器用来接收和反射来自法拉第材料的第一和第二输入光束回到法拉第材料、法拉第旋转器，到达光束偏移器，光束偏移器将接收到的第一和第二输出光束的一部分，合并成携带法拉第旋转器处温度信息的输出探测光束；一个光纤准直器连接到传输光纤，用来将来自光源的探测光进入光束偏移器，并将来自光束偏移器的输出探测光束进入传输光纤；一个光探测单元连接到传输光纤，用来接收来自温度传感器探头的输出探测光束；一个测量模块接收来自光探测单元的探测器输出，以获得温度信息。一个光功率探测器用来接收来自光源的探测光的一部分，以探测探测光的功率波动；其中测量模块处理来自光探测模块和来自光功率探测器的包含电流信息的探测器输出。根据本申请的进一步方面，一种基于光传感的电流传感器系统，包括：一个第一光源产生温度探测光，一个第一传输光纤接收第一光源产生的温度探测光，传输到远端权利要求10的光学温度传感器探头，并接收权利要求10的光学温度传感器探头的返回温度测量探测光；一个第二光源产生电流探测光，一个第二传输光纤接收第二光源产生的电流探测光，传输到远端权利要求7的光学电流传感器探头，并接收权利要求7的光学电流传感器探头的返回电流测量探测光；一个光探测单元连接到第一和第二传输光纤，用来接收来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光传感的电流传感器，包括：一个用来产生探测光的光源；一个第一传输光纤用来接收来自光源的探测光，并将该探测光沿着传输光纤传输；一个光学电流传感器探头连接到传输光纤，用来接收来自传输光纤的探测光；所述光学电流传感器探头包括一个输入光束偏移器，用来将接收到的探测光分开成偏振态不同的第一偏振输入光束和第二偏振输入光束；一个法拉第材料用来接收和传输第一偏振输入光束和第二偏振输入光束，产生第一输出光束和第二输出光束；所述第一输出光束和第二输出光束受法拉第材料附近电流的磁场影响产生偏振旋转；一个输出光束偏移器接收来自法拉第材料的第一输出光束和第二输出光束，并将接收到的第一输出光束和第二输出光束中的一部分，合并成携带电流信息的输出探测光束；其中输入光束偏移器的偏振方向与输出光束偏移器的偏振方向互为45度；一个第二传输光纤连接到光传感器探头，用来接收来自输出光束偏移器的输出探测光束；一个光探测单元连接到第二传输光纤，用来接收来自光电流传感器探头的输出探测光束；一个测量模块用来接收来自光探测单元的探测输出，以获得电流信息。

【技术特征摘要】
2016.02.16 US 62/295,9191.一种基于光传感的电流传感器，包括：一个用来产生探测光的光源；一个第一传输光纤用来接收来自光源的探测光，并将该探测光沿着传输光纤传输；一个光学电流传感器探头连接到传输光纤，用来接收来自传输光纤的探测光；所述光学电流传感器探头包括一个输入光束偏移器，用来将接收到的探测光分开成偏振态不同的第一偏振输入光束和第二偏振输入光束；一个法拉第材料用来接收和传输第一偏振输入光束和第二偏振输入光束，产生第一输出光束和第二输出光束；所述第一输出光束和第二输出光束受法拉第材料附近电流的磁场影响产生偏振旋转；一个输出光束偏移器接收来自法拉第材料的第一输出光束和第二输出光束，并将接收到的第一输出光束和第二输出光束中的一部分，合并成携带电流信息的输出探测光束；其中输入光束偏移器的偏振方向与输出光束偏移器的偏振方向互为45度；一个第二传输光纤连接到光传感器探头，用来接收来自输出光束偏移器的输出探测光束；一个光探测单元连接到第二传输光纤，用来接收来自光电流传感器探头的输出探测光束；一个测量模块用来接收来自光探测单元的探测输出，以获得电流信息。2.如权利要求1所述的电流传感器，其中光电流传感器探头包括：一个第一光纤准直器连接到第一传输光纤，用来接收来自光源的探测光，并传输到第一光束偏移器；一个第二光纤准直器连接到第二传输光纤，用来将来自光电流传感器探头的输出探测光束导入第二传输光纤。3.如权利要求1所述的电流传感器，包括：一个光功率探测器用来直接接收来自光源的一部分探测光，以检测光源探测光的波动；其中测量模块处理来自探测器和来自光功率探测器的探测输出，以获得电流信息。4.如权利要求1所述的电流传感器，包括：一个法拉第旋转器放置在法拉第材料之前，或放置在法拉第材料之后，用来接收和传输第一和第二偏振输入光束，或接受来自法拉第材料的第一输出光束和第二输出光束，并使之偏振态旋转45度；所述输入光束偏移器的偏振方向与输出光束偏移器的偏振方向互为0度。5.如权利要求4所述的电流传感器，其中：所述法拉第旋转器是与外磁场干扰进行了磁屏蔽。6.一种基于光学传感的温度传感器，包括：一个产生探测光的光源；一段第一传输光纤用来接收来自光源的探测光，并使之沿着传输光纤传输。一个光学温度传感器探头连接到第一传输光纤，用来接收所述探测光；所述温度传感头包括一个第一光纤准直器连接到第一传输光纤，用来接收探测光；一个输入光束偏移器用来接收来自第一光纤准直器的输出光，并将收到的探测光分开成偏振态不同的第一和第二偏振输入光束；一个对周边磁场影响实施屏蔽了的法拉第旋转器用来接收和传输第一和第二偏振输入光束，并对两个偏振输入光束产生约45度的偏振旋转；一个输出光束偏移器接收来自法拉第旋转器的第一和第二输出光束，并将接收到的第一和第二输出光束的一部分，合并成一个携带法拉第旋转器处的温度信息的输出探测光束；一个第二光纤准直器用来接收来自法拉第旋转器的输出探测光；一个第二传输光纤连接到光学温度传感器探头，用来接收来自第二光纤准直器的输出探测光；一个光探测器单元连接到第二传输光纤，用来接收来自所述光学温度传感器探头的输出探测光束；一个测量模块用来接收来自光探测单元的探测器输出，以获得温度信息。7.一种基于光传感的电流传感器，包括：一个产生探测光的光源；一段传输光纤用来接收来自光源的探测光；一个光学电流传感器探头连接到传输光纤，用来接收探测光；所述传感器探头包括一个光束偏移器，用来将接收到的探测光分开成两束偏振态不同第一和第二偏振输入光束；一个法拉第旋转器用来接收和传输第一和第二输入光束，并产生22.5度偏振旋转；一个法拉第材料用来接收和传输来自法拉第旋转器的第一和第二偏振输入光束，所述法拉第材料会因为其附近的电流产生的磁场变化使得第一和第二偏振输入光束产生相应的偏振旋转；一个光反射器用来接收和反射来自法拉第材料的第一和第二输入光束，并反射回到法拉第材料、法拉第旋转器，到达光束偏移器；光束偏移器将接收到反射回来的第一和第二输出光束的一部分，合并成一束携带电流信息的输出探测光束；一个光纤准直器连接到传输光纤，将来自光源的探测光传导进入光束偏移器，并将来自光束偏移器的输出探测光束传导进入传输光纤；一个光探测单元连接到传输光纤，用来接收来自光学电流传感器探头的输出探测光；一个测量模块接收来自探测单元的探测器输出，以获得电流信息。8.如权利要求7所述的电流传感器，包括：一个光功率探测器用来接收来自光源的探测光的一部分，以探测探测光的功率波动；其中测量模块处理来自光探测器和光功率探测器的包含电流信息的探测输出。9.如权利要求7所述的电流传感器，其中：所述法拉第旋转器是与外磁场干扰进行了磁屏蔽。10.一种基于光传感的温度传感器，包括：一个产生探测光的光源；一段传输光纤用来接收来自光源的探测光；一个光学温度传感器探头连接到传输光纤，用来接收探测光；所述传感器探头包括一个光束偏移器，用来将接收到的探测光分开成为偏振态不同的第一和第二偏振输入光束；一个对外磁场干扰进行了屏蔽的法拉第旋转器用来接收和传输第一和第二偏振输入光束，并将第一和第二偏振输入光束进行约22.5度的偏振旋转；一个光反射器用来接收和反射来自法拉第材料的第一和第二输入光束回到法拉第材料、法拉第旋转器，到达光束偏移器，光束偏移器将接收到的第一和第二输出光束的一部分，合并成携带法拉第旋转器处温度信息的输出探测光束；一个光纤准直器连接到传输光纤，用来将来自光源的探测光进入光束偏移器，并将来自光束偏移器的输出探测光束进入传输光纤；一个光探测单元连接到传输光纤，用来接收来自温度传感器探头的输出探测光束；一个测量模块接收来自光探测单元的探测器输出，以获得温度信息。一个光功率探测器用来接收来自光源的探测光的一部分，以探测探测光的功率波动；其中测量模块处理来自光探测模块和来自光功率探测器的包含电流信息的探测器输出。11.一种基于光传感的电流传感器系统，包括：一个第一光源产生温度探测光，一个第一传输光纤接收第一光源产生的温度探测光，传输到远端权利要求10的光学温度传感器探头，并接收权利要求10的光学温度传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚晓天，
申请(专利权)人：姚晓天，苏州光环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US