一种提高光学电流传感器稳定性的方法技术

一种提高光学电流传感器稳定性的方法，用于解决高压电流测量中的稳定性问题。其技术方案是：它以电流传感单元和光电信号处理单元组成传感器的基本系统，所述电流传感单元采用两个电流传感头，对称设置在通流导体的两侧；每个电流传感头的输入准直器的输入端接光源，输出准直器的输出端经光纤、光缆接光电信号处理单元；选择不同材料制成两个磁光元件，使它们的费尔德常数的比值与温度之间具有单调的函数关系。本发明专利技术不需要引入外部标准参考源即可补偿温度对费尔德常数的影响，在保证传感器具有高精度的同时，还大大提高了长期运行的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能改善光学电流传感器测量稳定性的技术方案，属测量

技术介绍
光学电流传感器(OCT)是高压大电流测量的理想器件。从20世纪60年代起，人们就开始研究光学电流传感器。电力工业用光学电流传感器一般采用Faraday磁光效应原理。经过30多年的研究，取得了很大进展，国内外相继有多种样机挂网试运行的报道。但是到目前为止，光学电流传感器长期运行的稳态测量精度还不能达到电力系统的计量要求，其主要原因是传感器的性能易受外界环境因素(如温度)变化的影响。 中国专利号CN 1523618给出了一种光电电流传感器的技术方案，它采用引入永磁体和参考光路的方法，补偿温度对测量光路中敏感元件的影响。该方法理论上可以消除温度的影响，但实用中的不足之处是测量准确度依赖于永磁体长期运行的稳定性，对永磁体及参考光路需要严格的电磁屏蔽，对参考通道和测量通道的一致性要求很高。该光电电流传感器经过长期运行后，其两个通道以及每个通道的两个光路的光学器件参数会发生不一致变化，这将对测量准确度产生不容忽视的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足、提供一种能够提高光学电流传感器稳定性的方法。 本专利技术所称问题是以下述技术方案实现的 ，它以电流传感单元和光电信号处理单元组成传感器的基本系统，所述电流传感单元采用两个电流传感头，对称设置在通流导体的两侧；在第一电流传感头中，沿光路方向依次设置第一输入准直器、第一起偏器、第一磁光元件、第一检偏器、第一平行分量输出准直器和第一垂直分量输出准直器；在第二电流传感头中，沿光路方向依次设置第二输入准直器、第二起偏器、第二磁光元件、第二检偏器、第二平行分量输出准直器和第二垂直分量输出准直器；每个输入准直器的输入端接光源，每个输出准直器的输出端经光纤、光缆接光电信号处理单元；将两个电流传感头的磁光元件对称设置在通流导体的两侧，使它们的通光方向相互平行并与通流导体相垂直，两个磁光元件用不同磁光材料制成，其费尔德常数的比值与温度之间具有单调的函数关系。 上述提高光学电流传感器稳定性的方法，对光学电流传感器的测量结果进行温度补偿，具体步骤如下 a、将光学电流传感器和标准测量通道串联接入同一回路进行测量，由标准测量通道提供电流的标准值ib，并测得第一传感头平行分量输出光P11经光电转换和处理后输出的电压信号u11、第二传感头平行分量输出光P21经光电转换和处理后输出的电压信号u21、第一传感头垂直分量输出光P12经光电转换和处理后输出的电压信号u12、第二传感头垂直分量输出光P22经光电转换和处理后输出的电压信号u22； b、计算两个传感通道的传感变比 其中，K1(T)为第一电流传感头传感变比，K2(T)为第二电流传感头传感变比； c、计算温度因子q(T)＝K1(T)/K2(T)； d、对K1(T)--q(T)和(或)k2(T)--q(T)的关系进行标定； e、实时测量时通过计算由标定曲线K1(T)--q(T)和(或)K2(T)--q(T)给出实际的变比K1(T)和(或)K2(T)，并由下式计算被测电流i 或或 上述述提高光学电流传感器稳定性的方法，所述两个电流传感头的磁光元件设计为薄片状，其通光长度小于1mm。 上述提高光学电流传感器稳定性的方法，所述磁光元件的费尔德常数大于10-3rad/A。 上述提高光学电流传感器稳定性的方法，所述磁光元件的材料选择稀土铁石榴石类材料，如钇铁石榴石晶体Y3Fe5O12和掺杂的钇铁石榴石晶体，所述掺杂的钇铁石榴石晶体为铋掺杂YIG、钆掺杂YIG或双掺杂YIG。 本专利技术采用在通流导体两侧对称设置双传感头的方法，对高压电流进行测量，通过对传感变比和温度因子之间的关系进行精确标定，可实时补偿温度对费尔德常数的影响；电流传感头的磁光元件采用薄片式结构，有效降低了材料中的线性双折射对测量结果的影响；采用高费尔德常数的磁光元件，可提高测量的灵敏度。本专利技术不需要引入外部标准参考源就可补偿温度对费尔德常数的影响，在保证电流传感器具有高精度的同时，还大大提高了其长期运行的稳定性。 附图说明 图1是本专利技术的原理示意图； 图2为电流传感头的结构示意图； 图3为低压侧光电信号处理单元的电原理框图； 图4为一个实施例中光学电流传感器的线性度标定过程图； 图5为一个实施例中光学电流传感器的温度补偿曲线标定过程图； 图6为一个实施例中光学电流传感器的实时测量温度补偿过程图。 图中各标号为1、通流导体，2、电流传感单元，3、第一电流传感头，4、第二电流传感头，5、光纤束，6、绝缘子，7、底座，8、光纤连接器，9、光缆，10、光电信号处理单元，11、第一输入准直器，12、第一起偏器，13、第一磁光元件，14、第一检偏器，15、第一平行分量输出准直器，16、第一垂直分量输出准直器，17、第二输入准直器，18、第二起偏器，19、第二磁光元件，20、第二检偏器，21、第二平行分量输出准直器，22、第二垂直分量输出准直器。 文中所用符号K1(T)、第一电流传感头传感变比，K2(T)、第二电流传感头传感变比，P11、第一电流传感头传感头平行分量输出光，P21、第二电流传感头传感头平行分量输出光，u11、P11经光电转换和处理后输出的电压信号，u21、P21经光电转换和处理后输出的电压信号，P12、第一电流传感头垂直分量输出光，P22、第二电流传感头垂直分量输出光，u12、P12经光电转换和处理后输出的电压信号，u22、P22经光电转换和处理后输出的电压信号，q(T)、温度因子，V1(T)、第一磁光元件费尔德常数，V2(T)、第二磁光元件费尔德常数，l1、第一磁光元件的通光长度，l2、第二磁光元件的通光长度，i、被测电流，P01、输入光强，θ1、第一磁光元件法拉第旋转角，θ2、第二磁光元件法拉第旋转角，δ1、线性双折射，T、温度，μ0、真空磁导率，h、传感头与电流导体中心的间距，B、h处电流i产生的磁感应强度，H、h处电流i产生的磁场强度，R1、第一电流传感头平行分量传感通道的转换系数，R2、第二电流传感头平行分量传感通道的转换系数，R1‘、第一电流传感头垂直分量传感通道的转换系数，R2‘、第二电流传感头垂直分量传感通道的转换系数，m、调制度，ib、电流的标准值。 具体实施例方式 本专利技术传感单元的两个磁光元件材料不同，为薄片式，具有高费尔德常数；同时选择两个磁光元件采用不同的材料，使两个费尔德常数的比值与温度之间具有单调的函数关系；温度补偿方法包括下列步骤 a、在实验室将标准测量通道和本专利技术提出的光学电流传感器串联接入同一个电流回路，由标准测量通道提供电流的标准值ib。； b、计算两个传感通道的传感变比 u11、u21分别为传感头3、4平行分量输出光P11、P21经光电转换和处理后输出的电压信号；u12、u22分别为传感头3、4垂直分量输出光P12、P22经光电转换和处理后输出的电压信号； c、计算温度因子q(T)＝K1(T)/K2(T)。 q(T)反映传感单元的温度信息和两个磁光元件、费尔德常数V1(T)、V2(T)的关系为q(T)＝V2(T)*l2/(V1(T)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高光学电流传感器稳定性的方法，其特征是，它以电流传感单元和光电信号处理单元组成传感器的基本系统，所述电流传感单元采用两个电流传感头，对称设置在通流导体（１）的两侧；在第一电流传感头（３）中，沿光路方向依次设置第一输入准直器（１１）、第一起偏器（１２）、第一磁光元件（１３）、第一检偏器（１４）、第一平行分量输出准直器（１５）和第一垂直分量输出准直器（１６）；在第二电流传感头（４）中，沿光路方向依次设置第二输入准直器（１７）、第二起偏器（１８）、第二磁光元件（１９）、第二检偏器（２０）、第二平行分量输出准直器（２１）和第二垂直分量输出准直器（２２）；每个输入准直器的输入端接光源，每个输出准直器的输出端经光纤、光缆接光电信号处理单元（１０）；将两个电流传感头的磁光元件对称设置在通流导体（１）的两侧，使它们的通光方向相互平行并与通流导体相垂直，两个磁光元件用不同磁光材料制成，其费尔德常数的比值与温度之间具有单调的函数关系。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尚秋峰，杨以涵，张国庆，郭志忠，于文斌，王贵忠，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]