一种集磁反馈型光纤电流传感器制造技术

本发明专利技术属于传感技术领域，涉及一种集磁反馈型光纤电流传感器及其制作方法。所说的集磁反馈型光纤电流传感器，包括光纤、自聚焦透镜、起偏器、磁光晶体、检偏器和集磁环。集磁环上设置有反馈线圈，反馈线圈与信号处理电路相连。本发明专利技术通过在集磁环上绕反馈线圈，使测量系统成为一个闭环系统，提高了传感器的线性测量范围、线性度、温度稳定性及动态特性指标，大大提高了光纤电流传感器的长期稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种光纤电流传感器(OCT)，特别是集磁式磁光晶体光纤 电流传感器(MOCT)的制作方法。属于传感

技术介绍
伴随着光导纤维和光纤通讯技术的发展，光纤电流传感器(OCT)出现了， 它给高电压、大电流的测量带来了生机，人们称它们为电力测量领域中的更新换代的产品。它具有的优点有抗电磁干扰、电绝缘性能好、体积小、测量频带宽等。国外OCT的发展比较早，有一些OCT已经挂网运行，并取得了较好的测量 结果；国内该方面的研究起步较晚，但发展速度较快，有些种类的OCT已经处 于挂网运行阶段，但大多数较复杂的OCT还处于研究开发阶段，目前的研究工 作主要在高等院校和研究所。对基于磁光晶体的光纤电流传感器近年来研究较多。近几年的有西北工业 大学的王美蓉等人(《用于光纤电流传感器的BGO晶体磁光特性研究》发表于 《光子学报》，2006年1月第1期。)；电子科技大学的李立芳、刘永智等在2007 年第10期《仪表技术与传感器》上报道了 "集磁型光纤电流传感器"。然而，由 于常规的光纤电流传感器的磁光晶体材料几何结构、磁光晶体材料的费尔德 (Verdet)常数以及其内部线性双折射等对外界环境(如温度、振动等)的变化相 当敏感，因此在很多恶劣的环境下，它的长期稳定性很难得到保证，这也阻碍了 MOCT在电力系统中的普及与应用。从陈金玲,李红斌等于2006.11(21)发表在《电 力系统自动化》杂志上的".比较式光学电流互感器的信号解调"及李红斌，刘延 冰.于2004.6(6)发表在《光子学报》上的"基于比较测量法的光学电流互感器" 的论文来看，华中科技大学李红斌等在2004年和2006年曾提出过采用比较的方 法来提高MOCT的长期稳定性，这种比较式的MOCT必须引入一个参考磁场， 通常是永磁体产生的磁场，这就带来了一个新的问题，永磁体的磁场不够稳定， 所以势必会影响传感器的最终性能。本专利技术提出釆用反馈型磁光晶体光纤电流检测传感器，目的在于提高解决传 感器的稳定性问题，它是采用反馈线圈进行反馈补偿控制，从而形成闭环结构的 光纤电流传感器。
技术实现思路
本专利技术公开一种带有集磁环且采用闭环控制的光纤电流传感器。该集磁反馈 型光纤电流传感器是一个系统，包括集磁反馈型光纤电流传感器的传感头结构设 计、对集磁反馈型光纤电流传感器的传感头输出信号的解调和对集磁反馈型光纤 电流传感器进行反馈控制的方法。本专利技术所述的集磁反馈型光纤电流传感器，基于Faraday原理，设计成常用 的单光路检测方法，来实现对信号的调制，集磁型光纤电流传感器中集磁环的作 用是汇聚磁场，这些是本专利技术和传统设计的共有结构。我们的传感器不同之处在 于，引入的集磁环除了与传统设计所共有的汇聚磁场作用外，另一主要作用是利 用它来引入反馈。通过在集磁环上绕反馈线圈，使之在磁光晶体处产生一个与被 测电流产生的磁场方向相反的磁场，从而使传感器始终在偏置磁场附近的一个小 区域内工作，避免了单一使用集磁环容易磁饱和等问题，同时提高了传感器的线 性测量范围、线性度、温度稳定性及动态特性指标。本专利技术所述的集磁反馈型光纤电流传感器，包括光纤、自聚焦透镜、起偏器、 磁光晶体、检偏器和集磁环，其特征在于，集磁环上设置有反馈线圈，反馈线圈 与信号处理电路相连。由于设置了反馈线圈，在磁光晶体处有两个方向相反的磁 场， 一个是被测电流产生的磁场&，另一个是反馈线圈产生的磁场//2。测量时， 被测电流力穿过传感器集磁环的中心。通电后，被测电流力会在磁光晶体处产 生一个磁场//7，而反馈线圈通过集磁环的作用，将会在磁光晶体处产生另一个磁场/^2。本专利技术所述的集磁反馈型光纤电流传感器，反馈线圈中的电流由一个电压/ 电流转换电路得到，信号处理步骤是这样的(1) 接收与信号调理单元 从磁光晶体出来的被调制后的光束经检偏器检偏后，经一个光电转换电路，转换成电压信号。为了使被测电流为零时，电路输出为零，设计了一个差动放大 电路，去除本底失调电压。(2) 反馈单元信号调理单元的输出信号，经电压/电流转换电路，把电压信号转换成电流 信号/2送入反馈线圈，使之产生一个反馈磁场if2，通过调节电流/2的流向来控制这个反馈磁场/^的方向，使之与///的方向相反，它会根据设计的反馈系数大 小产生与/^相互抵消的一部分磁场，从而使传感器始终工作在零磁场附近，实 现了对传感器的闭环控制。 (3)信号输出单元传感器的输出通过在反馈线圈部分接一个取样电阻，从而得到反馈电流在该 取样电阻上的电压，作为传感器的输出电压。 本专利技术具体制作方法的步骤1. 把所有光学元件包括光纤、自聚焦透镜、起偏器、磁光玻璃和检偏器用 胶水粘接，其方法如下把光纤固定于自聚焦透镜的一端，自聚焦透镜的另一端 耦合至起偏器；将带有光纤的起偏器的另一侧粘贴于与磁光玻璃轴向垂直的其中 一侧面；另一个与磁光玻璃轴向相垂直的侧面粘接一个检偏器；检偏器的另一侧 面和第二个自聚焦透镜相连；将输出光纤固定于第二个自聚焦透镜的输出端。按 附附图说明图1中的结构粘好。2. 用漆包线在集磁环上绕反馈线圈3. 将绕有反馈线圈的集磁环安放在磁光玻璃一侧，并与磁光玻璃处于同一 个水平面，以便使磁光玻璃处的磁场延期轴线方向。4. 把反馈线圈的两端接入预先搭建的信号处理电路中去(需注意反馈线 圈产生的磁场要与被测电流产生的磁场方向相反)。检测时，将装载被测电流的导线穿于集磁环中间。本专利技术与现有技术相比具有如下优点与现有的集磁型磁光晶体式光纤电流 传感器相比，不容易发生磁饱和；不易受外界环境的干扰；线性度高，线性测量 范围大；结构简单；无需用除法器，信号解调方便；传感器的长期稳定性好。 说明书附图图1是集磁反馈型光纤电流传感器的传感头结构。图中1光源，2光纤，3 自聚焦透镜，4起偏器，5磁光玻璃，6检偏器，7自聚焦透镜，8光纤，9 光电探测器，IO被测电流，ll反馈线圈，12集磁环。附图2集磁反馈型光纤电流传感器的系统框图附图3本专利技术具体实施例子得到的实验结果。具体实施方式实施例h按以下步骤制作集磁反馈型光纤电流传感器(1) 把光纤、自聚焦透镜、起偏器、磁光玻璃和检偏器用胶水粘接，具体 是把光纤2固定于自聚焦透镜3的一端，自聚焦透镜3的另一端耦合至起偏器 4;将带有光纤的起偏器4的另一侧粘贴于与磁光玻璃5轴向垂直的其中一侧面； 另一个与磁光玻璃5轴向相垂直的侧面粘接一个检偏器6;检偏器6的另一侧面 和第二个自聚焦透镜7相连;将输出光纤8固定于第二个自聚焦透镜7的输出端；(2) 用漆包线在集磁环12上绕反馈线圈11(3) 将绕有反馈线圈11的集磁环12安放在磁光玻璃5 —侧，并与磁光玻璃5处于同一个水平面；(4) 把反馈线圈11的两端接入预先搭建的信号处理电路中去。传感器的传感头结构如图1，光纤2、自聚焦透镜3、起偏器4、磁光晶体5、 检偏器6、自聚焦透镜7、光纤8依次相连，绕有反馈线圈11的集磁环12安放 在磁光玻璃5—侧，并与磁光玻璃5处于同一个水平面。工作时，被测电流IO 穿过集磁环12的中间，光源1从光纤2输入，从光纤8输出到接收与信号调理 单元的光电探测器9。大电流的测量集磁反馈型光纤电流传感器测量大电流的具体实施例子。传 感头中的详细参数:选用磁光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集磁反馈型光纤电流传感器，包括光纤、自聚焦透镜、起偏器、磁光晶体、检偏器和集磁环，其特征在于，集磁环上设置有反馈线圈，反馈线圈与信号处理电路相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍丙豪，张金卫，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]