[发明专利]一种磁光电流传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学电流传感器，尤其是一种用于电力系统高压大电流测量的新型磁光电流传感器及其制造方法。

背景技术

光学电流互感器(Optical Current Transducer，简称OCT)是以法拉第磁光效应为基础，直接或间接对电流进行测试的装置。与传统的电磁感应式电流互感器相比，在高电压大电流测量的应用中采用OCT具有明显的优越性：1.不含油，无爆炸危险；2.与高压线路完全隔离，满足绝缘要求，运行安全可靠；3.不含铁心、无磁饱和、铁磁共振和磁滞现象；4.不含交流线圈，不存在输出线圈开路危险，可以测量直流；5.抗电磁干扰；6.响应频域宽；7.便于遥感和遥测；8.有利于变电站综合自动化水平的提高；9.体积小、重量轻、易安装等。光学电流互感器分为无源型光学电流互感器和有源型光学电流互感器。

华中理工大学的中国实用新型专利(专利号为：ZL98235729.6)-110千伏无源式光纤电流互感器。一种具有块状光学传感头的光学电流互感器，其传感头的主体玻璃环外围有对称的5个45度角的反射面及一个垂直的通光面，被测电流导线从主体玻璃环中心孔穿过，偏振光经过反射面的多次全反射围绕导体一周，偏振光在被测电流的磁场作用下偏振面发生旋转，从而测量出电流。以及哈尔滨工程技术大学的中国实用新型专利(专利号为：ZL200710144590.5)-一种排除光学电流互感器中线性双折射影响的三态偏振 检测法。可以同时测量光学电流传感器系统输出的椭圆偏振光三个极化方向的光强(水平极化强度，垂直极化强度和水平成45方向极化强度的数据)，利用三态测量数据，计算椭圆偏振光水平极化分量和垂直极化分量之间的位相差信息，实时分离检测法拉第效应和线性双折射。但是，由于电流从光学玻璃中心通过，实用性差；而且长期稳定性不好，反射面的性质会随着时间推移而发生变化，致使折射率发生变化，反射的光越来越弱，测量的精度及其可靠性越来越差。

而中国专利(专利号为：ZL200420112010.6)-光学电流互感器。采用条状磁光材料为主要传感元件的传感头置于被测电流通过的螺线管内，并与螺线管的轴线平行，条状磁光材料处于螺线管内的稳定磁场区域中。由于光路为直线形，避免了现有技术中块状传感头多次45度的反射，克服了随时间推移反射面变形导致反射光强变弱而丧失稳定性的缺点。光学电流互感器能够长期稳定运行，通电螺线管内的磁场强大，且磁场方向与磁光材料的平行度好，通过条状磁光材料的偏振光旋转角大，测量精度高。但采用条状磁光材料成本较高，加上条状磁光材料位于螺线管中心位置，长时间使用稳定性不好。另外，需要外加供给电源来产生外加磁场，耗能，体积较大。

还有中国专利(申请号为：200610060605.5)及美国专利US6756781提及采用小尺寸磁光材料结合光学元件构成自由空间的光探头。这种方案中，没有采取措施固定磁光材料的磁化方向，偏振态的漂移将影响整个系统的测量精度和稳定性。中国专利(申请号为：200910056802.3)采用磁光记录方式，利用光学刻蚀方法得到了永久磁畴，但是这种工艺过程复杂、能耗高、生产率低、实用性不强。

发明内容

鉴于上述现有光学电流传感器及相关技术方案的不足，本发明的目的旨在提供一种磁光电流传感器及其制造方法，以实现安全监控高压线路和测量高压线路的电流。

本发明的第一个目的，是通过如下技术方案来实现的：

一种磁光电流传感器，其特征在于：包括沿光路设置的光源、起偏器、磁光传感单元、检偏器及方位探测器。其中：该磁光传感单元为保护层、永磁薄膜和磁光材料层叠生长结构，且所述保护层朝向光源一侧，磁光材料朝向检偏器和方位探测器一侧。该永磁薄膜为永磁材料，由钕铁硼、钐钴或铝镍钴等永磁材料构成，薄膜厚度介于10nm-1cm；该保护层为SiN或SiO₂薄膜，薄膜厚度介于5nm-100nm。

进一步地，前述一种磁光电流传感器，其中该光源用于提供点光源或面光源；起偏器能够将光源转换成线偏振光；保护层用于防止永磁薄膜被氧化，保持永磁薄膜的磁性；永磁薄膜用于对磁光材料提供外加磁场，固定磁光材料的磁化方向；在外磁场的作用下磁光材料将线偏振光旋转；检偏器检测偏振光；方位探测器用于探测偏振光的光强和相位。

更进一步地，前述一种磁光电流传感器，其中该磁光电流传感器的各构件光源、起偏器、磁光传感单元、检偏器及方位探测器为沿光路直线设置。

本发明的第二个目的，是通过如下技术方案来实现的：