[实用新型]自聚焦型光学电流互感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种自聚焦型光学电流互感器，涉及光学电流互感器技术领域。

背景技术

高压电流互感器是电力系统将电网中的高压大电流信号转变为低压小电流信号，从而为系统的计量、监控、继电保护等提供统一、规范的电流信号的装置。光学电流互感器(Optical Current Transducer，简称OCT)是一种集光纤传感技术、光电技术、非线性光学及先进的信号处理技术等多个学科的理论和应用于一体的新型高压电流互感器。与传统的高压大电流互感器相比，光学电流互感器具有绝缘性能优良、无磁饱和、动态测量范围大、测量精度高、抗电磁干扰能力强等优点。

光学玻璃型OCT采用具有较高费尔德(Verdet)常数的整块光学玻璃制作传感头。由于光束要在传感头内形成围绕载流导体的闭合光路，因此在此过程中不可避免地要采用全反射结构使光线发生偏折。由于全反射时，反射光电矢量相对于入射光电矢量的相应分量之间会产生附加的相位变化(简称反射相移，以下同)，使入射的线偏振光变为椭圆偏振光，从而降低了测量灵敏度，并严重影响测量精度。研究表明：若将总反射相移控制在0.24rad(约为14°)以内，则传感头的灵敏度将不低于理想模型的灵敏度理论预期值的90％。同时系统的抗干扰能力和稳定性的提高都要靠减小反射相移来实现。由此看出，减小反射相移对提高系统的灵敏度、抗干扰能力和稳定性具有重要意义。因此，如何减小由反射导致的相位差，已成为此类OCT设计中亟待解决的关键问题。

Gongde Li等人(Sensitivity Improvement of an Optical Current Sensor with EnhancedFaraday Rotation，Journal of Lightwave Technology，VolL.15，No.12，1997)提出了一种光学玻璃型电流传感器。该电流传感器采用环形集磁器增大电流母线周围磁场，并将长方体光学玻璃放置在集磁器开口处，利用法拉第效应测量母线电流。但是，由于线偏振光在光学玻璃上下表面发生多次反射过程必然会引入反射相移，从而给测量结果带来了误差。

Benshun Yi等人(New Design of Optical Electric-Current Sensor for SensitivityImprovement，IEEE Translations on Instrumentation and Measurement，Vol.49，No.2，2000)提出的一种光学玻璃型电流传感器也采用了一个有开口的环形集磁器来增大电流母线周围的磁场。他们将长方体光学玻璃的前端面研磨抛光成倾角为临界角的斜面，后端面镀金属反射膜，并将其置于环形集磁器的开口处，线偏振光垂直于斜面入射，并在光学玻璃的上下表面处发生多次临界反射，到达玻璃后端面时，经后端面上的金属反射膜反射回玻璃内，再经过上下表面的多次临界反射，最终从入射端面出射。进而他们(Magneto-optical electric-current sensor with enhanced sensitivity，MeasurementScience and Technology，Vol.13，2002，N61-N63)又对上述传感头进行了改进。但无论是改进前还是改进后的传感头，由于加工精度的限制和实际应用中光束不能严格垂直于斜面入射，从而使得线偏振光在上下表面发生的反射不是严格的临界反射，因此同样会引入反射相移并降低传感器的灵敏度。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种自聚焦型光学电流互感器。利用梯度折射率型磁光玻璃或晶体的自聚焦原理制作传感头，由于光线在到达玻璃的或晶体上下表面之前就会发生弯曲，避免了在表面上的全反射，因而可以完全消除反射相移，从而提高系统的灵敏度、抗干扰能力和稳定性。

技术方案

一种自聚焦型光学电流互感器，包括光源1、准直器2、起偏器3、环形集磁器5、光纤耦合器8、单模保偏光纤9、检偏器10和信号探测与处理系统11，其特征在于：在环形集磁器开口7位置安放传感头4，所述的传感头采用磁光玻璃或晶体，加工型状为长方体，所述集磁器开口7的宽度为5mm到10mm，必须大于传感头4的宽度。

所述的传感头4的宽度必须大于2c，其中：c是梯度折射率层的厚度。