[发明专利]一种径向检偏式磁光薄膜电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种径向检偏式磁光薄膜电流传感器，其基本原理是基于法拉第磁旋光效应使线偏振光透过磁光薄膜时其偏振面在电流磁场的作用下发生旋转，应用径向检偏器解调、传像棒或传像光纤束传像和数字图像定位方法直接测量偏振面旋转的角度并得到实时数字电流信号。适用于电力系统的交直流电流测量。

背景技术

目前电力系统中使用的电流互感器或电流传感器，有基于法拉第电磁感应原理的电磁式、基于法拉第磁旋光效应的模拟磁光式和空心线圈电子式。

电磁式电流互感器的应用已有120多年的历史，是目前电力系统电流测量的主要工具。但是电磁式电流互感器有许多原理性缺陷，如绝缘成本高、安全性与可靠性低，这些缺陷在超高压、特高压系统的应用中尤为明显；其次是故障电流常常导致铁芯磁饱和，使继电保护不能正确工作，拒动或误动的情况时有发生。

模拟磁光式电流传感器已有60多年的发展历史，其原理是基于线偏振光的偏振面在电流磁场的作用下发生旋转，旋转的角度与电流的大小成正比，比例系数为费尔德常数。利用单向检偏器检出因偏振面旋转导致的光强变化，经光电转换得到模拟电流信号。其优点是利用光信号的传递实现了高低电位之间的电气隔离；缺点是光强测量的方法是非线性的，使测量的范围和准确度受到限制，并受到温漂和线双折射效应的严重影响。

空心线圈电子式没有铁心，所以没有磁饱和问题，但缺点是对小信号和非周期分量不能有效反应。高电位的电子电路存在维护困难、可靠性与稳定性差的问题。

发明内容

本发明提出了一种基于法拉第磁旋光效应并利用集磁环、磁光薄膜、径向检偏器、传像棒或传像光纤束和数字图像定位技术实现的光学电流传感器，如附图1所示。

本发明是将光信号[1]经传输光纤[2]从低电位传送到高电位的反射棱镜[3]后进入起偏器[4]得到线偏振光，再进入磁光薄膜[5]，载流导线[10]中电流产生的磁场经集磁环[9]的气隙作用于[5]，磁场与线偏振光行进的方向一致并使线偏振光的偏振面发生旋转，旋转的角度即旋光角与电流的大小成正比，从[5]出射的线偏振光经径向检偏器[6]解调，[6]为应用纳米离子束刻蚀与纳米压印技术制成的铝金属偏振透射光栅，其特点是其透振方向在360°的环形区域内沿径向均匀分布，与[6]上某一透振方向一致的线偏振光能够透过，与该透振方向垂直的线偏振光不能透过，从而在[6]上某一正负90°的区域内透过的线偏振光强度由最大递减到最小，形成一个形状同定的光斑并与旋光角同步旋转，经[3]和传像棒或传像光纤束[7]将光斑传送至低电位的CMOS/CCD图像传感器[8]，由[8]对光斑定位得到[10]中电流的实时数字量，[3]、[4]、[5]、[6]均置于[9]的气隙之中。本发明提出的电流测量方法是线性的，适用于电力系统交直流电流的测量。

附图说明

附图1是本发明的原理图。

附图2是本发明的具体实施方式。

附图3是径向检偏器示意图。

其中，[1]是光源，[2]是传输光纤，[3]是反射棱镜，[4]是起偏器，[5]是磁光薄膜，[6]是径向检偏器，[7]是传像棒或传像光纤束，[8]是CMOS/CCD图像传感器，[9]是集磁环，[10]是载流导线，[11]是绝缘子。

具体实施方式

具体实施方式如附图2所示，光信号[1]经传输光纤[2]从低电位传送到高电位的反射棱镜[3]后进入起偏器[4]得到线偏振光，再进入磁光薄膜[5]，载流导线[10]中电流产生的磁场经集磁环[9]的气隙作用于[5]，磁场与线偏振光行进的方向一致并使线偏振光的偏振面发生旋转，旋转的角度即旋光角与电流的大小成正比，从[5]出射的线偏振光经径向检偏器[6]解调后得到一个与旋光角同步旋转的光斑，经[3]和传像棒或传像光纤束[7]将光斑传送至低电位的CMOS/CCD图像传感器[8]，由[8]对光斑定位得到[10]中电流的实时数字量。其中[3]、[4]、[5]、[6]均置于[9]的气隙之中，[9]套在[10]上，[10]置于绝缘子[11]的顶部。