[发明专利]基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器及检测方法

说明书

本发明涉及一种基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器及检测方法，包括依次设置于同一光路上的激光源、起偏器、磁光薄膜、扩束器、径向检偏光栅、四象限探测器以及信号处理系统；还包括一开设有气隙的集磁环，待检测载流导线穿过该集磁环，磁光薄膜设置于该集磁环的气隙之间。该检测方法暴扣哦：光信号从激光源经过起偏器、磁光薄膜、扩束器以及径向检偏光栅后得到一光斑；光斑通过四象限探测器后，由光信号转变为电信号，通过信号处理系统采集该电信号，并通过运算得出旋转角的大小，从而得到所述待检测载流导线中待测的电流值。本发明提出的装置以及方法，相比于采用CCD相机，极大地提高了分辨率，提高了准确度，降低了成本。

技术领域

本发明涉及一种基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器及检测方法。

背景技术

相比于传统的电磁式电流互感器，光学电流互感器具有绝缘结构简单、无磁饱和、抗电磁干扰能力强、测量频带宽等优点，是智能电网一次设备的研究热点。目前，多数光学互感器采用线阵CCD(Charge Coupled Device)相机对光斑定位实现了电流测量，克服了传统光强检测模式的诸多缺陷，如动态测量范围窄、非线性、光功率依赖性、线双折射干扰和温漂等，提高了互感器的实用性。但是，基于线阵CCD的光斑图像定位方法存在诸多不足，例如成本高、算法误差大、需要将旋转图像转换为平移图像、测量分辨率受图像转换器的光纤数量和CCD相机像元尺寸的限制等，尤其在测量小电流时，因分辨率不足导致测量误差较大，难以满足S级要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器及检测方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器，包括依次设置于同一光路上的激光源、起偏器、磁光薄膜、扩束器、径向检偏光栅、四象限探测器以及信号处理系统；还包括一开设有气隙的集磁环，待检测载流导线穿过该集磁环，所述磁光薄膜设置于该集磁环的气隙之间。

进一步的，还提供一种基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器的检测方法，光信号从所述激光源经过所述起偏器后得到线偏振光；所述线偏振光经过所述磁光薄膜，所述偏振光的偏振面在所述待检测载流导线电流磁场的作用下产生旋转，形成一旋转角；所述线偏振光通过所述扩束器后，将光斑放大；再经过所述径向检偏光栅后得到一个形状固定的光斑，光斑与旋转角同步旋转；旋转的光斑通过所述四象限探测器后，由光信号转变为电信号，通过所述信号处理系统采集该电信号，并通过运算得出旋转角的大小，从而得到所述待检测载流导线中待测的电流值。

在本发明一实施例，所述旋转角的大小是电流磁场强度、通光长度及磁光薄膜费尔德常数的线性函数。

在本发明一实施例，经过所述径向偏振光栅后的出射光矢为：

其中，A为偏振光振幅，t_φ为光栅的透光率，θ₀为磁致旋转角；

且光斑的光强分布函数为：

式中，R1，R2分别为所述径向偏振光栅的内半径和外半径。

在本发明一实施例，所述四象限探测器检测到的电流i和磁致旋转角的关

系满足：

其中，L₀为集磁环气隙长度，l₀为磁光薄膜厚度，V为磁光薄膜费尔德常数。

在本发明一实施例，所述磁致旋转角θ₀为：

其中，X为四象限探测器的输出值。