一种电流传感测量系统以及传感回路中得到校准电流值的方法技术方案

一种电流传感测量系统以及传感回路中得到校准电流值的方法。一种电流传感测量系统，包括电流导线(1)，传感回路(2)，以及围绕在传感回路外壳(3)上的校准线圈(4)，以及与光源输入接口(6)连接的起偏器(5)，检偏器(8)，还包括一顶端电路模块(9)，激光供能电路模块(11)，数据采集控制模块13，所述顶端电路模块(9)能够确保高频恒定电流。

【技术实现步骤摘要】
一种电流传感测量系统以及传感回路中得到校准电流值的方法
本专利技术涉及电流传感测量系统，尤其涉及一种基于光纤磁光效应的带自校准的电流传感测量系统以及在传感回路中得到校准电流值的方法。
技术介绍
采用基于法拉第效应的光电式电流互感器与传统电磁式电流互感器具有明显的特点。如图1所示，基于法拉第效应的偏振检测型电流传感系统的基本构成包括依次排列的光源A、传输光纤B、起偏器C、电流导线D、传感光纤或磁光材料(传感环路)E、检偏器F、光电转换及信号处理单元G。根据法拉第效应的基本原理，若光纤传输方向存在磁场，则光纤中传输的线偏振光的偏振方向将发生旋转。若磁场由导线中的电流产生，故可通过检测偏振光的偏振角度变化来测量电流的大小。如图1所示，若传感光纤内不存在双折射，且沿光纤长度方向磁场强度H均匀时，线偏振光的旋转角，可由下式表示：式中：V为费尔德常数，单位rad/A；H为磁场强度，单位为A/m；l为线偏振光在磁场H作用下的传输距离，单位为m；dl为处于磁场内的线偏振光在介质中传播的路径微元，单位为m。根据安培环路定律可知：长直载流导线在周围空间产生的磁场为H＝I/(2πR)。若线偏振光在介质中传输的路径闭合，则上式可写成：式中：V为费尔德常数，单位rad/A；N为光纤环绕导线的匝数；I为电流强度，单位A。由于法拉第旋转角度不易测量，一般通过光强的形式表现出来。根据马吕斯定律，可以知道光强信号与线偏振面旋转角之间的关系。马吕斯定律计算如图2所示：有光源发出单色光，经起偏器P1变成线偏振光后进入传感光纤，再通过检偏器P2，进入光电探测器，出射光的振动方向沿Y周，检偏器光轴的方位角为φ，线偏振光偏振面的旋转角为θF，则探测器输出信号强度为J＝E02cos2(φ-θF)由于费尔德常数与温度相关，起偏器和检偏器等光学器件也受温度影响，以及光纤环路制作工艺引起的双折射等问题，需要对这些影响因素进行补偿。常规的补偿方案是在对系统进行温度影响进行测试，对每个温度点偏移进行预先设定补偿值。但由于该补偿值是预选设定的，随着光学器件性能变化和慢性温漂，会导致该补偿方案失效。或者外界温度激烈变化时，存在环路内外温度差，无法实时反映真实的数据。
技术实现思路
为克服光纤传感碰到的温度影响、光强弯曲损耗、光学器件温漂、双折射等问题，采用在传感环路中外施加一高频的恒定电流。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种电流传感测量系统，包括电流导线(1)，传感回路(2)，以及围绕在传感回路外壳(3)上的校准线圈(4)，以及与光源输入接口(6)连接的起偏器(5)，检偏器(8)，还包括一顶端电路模块(9)，激光供能电路模块(11)，数据采集控制模块(13)，所述数据采集模块(13)收集传感回路(2)、校准线圈(4)经过检偏器(8)转换的值，并得出所述顶端电路模块(9)应确保高频恒定电流的值。本专利技术还提供一种传感回路中得到校准电流值的方法，包括以下步骤：1)发出光源；2)经起偏器后进入传感回路，所述传感回路具有拉法第效应；3)传感回路测得校准线圈和待测电流导线的信号；4)再经过检偏器检测后进入数据采集控制模块，将光信号转为电信号；5)所述电信号经过调解后分别获得校准线圈的电流和待测电流导线的电流Ib；6)进行FPGA运算；7)将算出校准线圈测得的电流值ia与实际校准线圈的恒定电流值ib的差值，得出因外界因素干扰造成电流曲线变化值Ia；计算方法如下：在一较佳的实施例中，通过一反馈控制电路来控制高频恒定电流。在一较佳的实施例中，所述传感回路(2)为传感光纤或磁光材料。在一较佳的实施例中，所述顶端电路模块(9)包括变换电路模块和反馈控制电路模块。在一较佳的实施例中，所述变换电路模块包括：1)光电转换模块；2)直流变换模块；3)线性稳压模块；4)高频振荡模块。在一较佳的实施例中，所述反馈电路模块包括：1)AD转换模块；2)STM32控制电路模块：将AD转换来的高频振荡的输出信号值与预设的数值做比较，若输出信号超出允许的波动范围，则判定高频振荡输出异常。然后处理器发出指令，切断线性稳压，中断高频振荡电路的输出。在一较佳的实施例中，所述激光供能电路模块(11)包括：1)驱动电路，驱动激光二极管；2)保护电路；3)恒温控制模块，用于控制激光器的工作温度。附图说明图1为基于法拉第效应的偏振检测型电流传感系统示意图；图2为马吕斯定律示意图；图3为本专利技术电流传感测量系统示意图；图4为光强度转化测量原理图；图5为各模块配合原理示意图。具体实施例为了使本专利技术技术方案更加清楚，现将本专利技术结合实施例和附图做进一步详细说明：实施例一：如图3所示，基于法拉第效应的偏振检测型电流传感系统的基本构成包括依次排列的电流导线1、传感光纤或磁光材料(传感环路)2、传感环路外壳3、校准线圈4、起偏器5、光源输出接口6、光源模块7、检偏器8、顶端电路模块9、激光供能电路光纤出口10、激光供能电路模块11、光纤信号输入接口12、数据采集控制模块13.在传感环路中均匀地绕上数百匝校准线圈。通过等安匝的理论证明：设漆包线圈共有n匝，流过漆包线的电流为I1，由全电流定律可知，磁场强度沿封闭曲线的线积分等于穿过这个曲线所包围的曲面的电流的总合为与线圈中心通过的电流等效。通过法拉第效应计算公式，可知法拉第效应与频率无关。当传感光纤环路可同时测得电流导线中未知的工频电流，和已知外加高频恒定电流值。由于是同一个传感环路同时实时测得，他们受到的外界影响因素如温度变化、光强损耗、双折射等是完全一致的。而我们采用的偏振检测型电流传感系统对电流测量通过偏转角的测量，而在实际信号采集过程中，我们转成光强强度大小的测量，原理图4所示。本专利技术还提供了一种传感回路中得到校准电流值方法，以此包括从光源7发出一束与偏振无关的光源，经起偏器5起偏后进入传感环路2，通过具有法拉第效应的传感环路2同时测得校准线圈4和待测电流导线1的信号，再经检偏器8检测后进入数据采集控制模块13，将光信号转成电信号，电信号调解后分别获得校准线圈的电流和待测电流导线的电流Ib，最后通过FPGA运算，将算出校准线圈测得的电流值ia与实际校准线圈的恒定电流值ib的差值，得出因外界因素干扰造成电流曲线变化值，即校准后的电流值Ia，计算方法如下：本专利技术中顶端电路模块9：包括变换电路模块91和反馈控制电路模块92。所述变换电路模块91，包括：(1)光电转换模块911：将输入的光信号转换为电信号。(2)DC-DC模块912：直流变换，用于产生适合各模块的直流工作电压。(3)线性稳压模块913：使用线性稳压芯片，产生稳定的直流输出。(4)高频振荡模块914：使用LC高频振荡电路，并调整相关参数，输出需要的交流信号。所述反馈控制电路模块92，其作用：(1)AD转换模块921：高频振荡电路输出的信号，经过AD转换，变成数字信号，送入处理器。(2)STM32控制电路模块922：将AD转换来的高频振荡的输出信号值与预设的数值做比较，根据精度的要求，允许一定范围内的数据波动。处理器实时监测高频振荡输出的信号，一旦输出信号超出允许的波动范围，则判定高频振荡输出异常。然后处理器发出指令，切断线性稳压，中断高频振荡电路的输出。本专利技术中激光供能电路模块11的作用：(1)驱动电路111：用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流传感测量系统，包括电流导线(1)，传感回路(2)，以及围绕在传感回路外壳(3)上的校准线圈(4)，以及与光源输入接口(6)连接的起偏器(5)，检偏器(8)，还其特征在于：还包括一顶端电路模块(9)，激光供能电路模块(11)，数据采集控制模块(13)，所述数据采集模块(13)收集传感回路(2)、校准线圈(4)经过检偏器(8)转换的值，并得出所述顶端电路模块(9)应确保高频恒定电流的值。

【技术特征摘要】
1.一种电流传感测量系统，包括电流导线(1)，传感回路(2)，以及围绕在传感回路外壳(3)上的校准线圈(4)，以及与光源输入接口(6)连接的起偏器(5)，检偏器(8)，还其特征在于：还包括一顶端电路模块(9)，激光供能电路模块(11)，数据采集控制模块(13)，所述数据采集模块(13)收集传感回路(2)、校准线圈(4)经过检偏器(8)转换的值，并得出所述顶端电路模块(9)应确保高频恒定电流的值。2.一种传感回路中得到校准电流值的方法，其特征在于包括以下步骤：1)发出光源；2)经起偏器后进入传感回路，所述传感回路具有拉法第效应；3)传感回路测得校准线圈和待测电流导线的信号；4)再经过检偏器检测后进入数据采集控制模块，将光信号转为电信号；5)所述电信号经过调解后分别获得校准线圈的电流和待测电流导线的电流Ib；6)进行FPGA运算；7)将算出校准线圈测得的电流值ia与实际校准线圈的恒定电流值ib的差值，得到校准后电流值Ia。3.如权利要求2所述的在传感环路中施加高频恒定电流的方法，其特征在于：在步骤7)中计算方法如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：俞剑伟，李均钧，钱晨新，林圣丰，陈立飞，
申请(专利权)人：厦门敏飞光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35