[发明专利]一种非接触式测高压导线电流强度的光纤传感系统及方法

权利要求书

1.一种非接触式测高压导线电流强度的光纤传感系统，其特征在于，包括半导体激光器、偏振片模块、探测器、微信号处理子系统和导线测距模块，其中；所述偏振片模块为带偏振片的法拉第光纤或带偏振片的法拉第波导，所述带偏振片的法拉第光纤或带偏振片的法拉第波导与所述半导体激光器用光纤连接，用以在无限长载流导线产生的磁场作用下振动方向发生偏转，改变所述偏振片模块的输出光强度；

所述探测器，与所述带偏振片的法拉第光纤或波导之间用光纤连接，用以将含有磁场强度的信号光输出至所述微信号处理子系统，

所述微信号处理子系统，用以通过马吕斯定理和法拉第磁光效应得到磁场强度，通过毕奥-萨伐尔定理测得高压输电线路电流大小；

所述导线测距模块，与所述导体激光器连接，用以计算测量点离导线的距离，所述导线测距模块包括输电导线、接收反射光模块及计算模块，所述半导体激光器输出的光一部分传输到所述偏振片模块中，另一部分射向所述输电导线，所述接收反射光模块记录接收反射光的时间，所述计算模块计算出测量点离导线的距离；

激光经过所述带偏振片的法拉第光纤或带偏振片的法拉第波导传至所述探测器，所述探测器产生信号进入所述微信号处理子系统，并计算出高压输电线路电流大小。

2.如权利要求1所述的非接触式测高压导线电流强度的光纤传感系统，其特征在于，所述带偏振片的法拉第光纤或带偏振片的法拉第波导包括输入光导纤维，第一透镜，第一偏振片，磁光晶体光纤或波导、第二偏振片、第二透镜、输出光导纤维，

入射光由所述输入光导纤维导入磁敏区，由所述第一透镜聚焦后再经过所述第一偏振片射入所述磁光晶体光纤或波导，其偏振面发生旋转，穿过晶体的光线经过所述第二偏振片，聚焦到所述输出光导纤维中。

3.如权利要求2所述的非接触式测高压导线电流强度的光纤传感系统，其特征在于，

所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振方向垂直，测得的透射光的强度与光在磁光晶体中的偏振面旋转角成正比，以达到磁场强度沿晶体轴向的分量成正比。

4.如权利要求1所述的非接触式测高压导线电流强度的光纤传感系统，其特征在于，还包括激光器驱动电流和温度控制模块，

所述激光器驱动电流和温度控制模块连接并驱动所述半导体激光器发出激光。

5.如权利要求1所述的非接触式测高压导线电流强度的光纤传感系统，其特征在于，所述探测器进一步包括前置放大电路和有源带通滤波装置，所述前置放大处理电路把光信号转换成电信号，并进行运算放大，所述有源带通滤波用以将电信号进行滤波，得到一个包含有磁场强度信息的信号光。

6.如权利要求1所述的非接触式测高压导线电流强度的光纤传感系统，其特征在于，所述微信号处理子系统还接收激光器产生的参考光I₀，其进一步包括获得所述半导体激光器输出的光经过受到磁场作用的所述偏振片模块产生的光强I₁与参考光I₀进行比较，根据马吕斯定理计算偏振角度θ_F，根据法拉第磁光效应得到磁场强度。

7.一种非接触式测高压导线电流强度的光纤传感方法，其特征在于，包括步骤：

所述激光器驱动电流和温度控制模块连接并驱动半导体激光器发出激光；

所述激光经过带偏振片的法拉第光纤或波导传至所述探测器；

所述探测器产生信号进入所述微信号处理子系统；

由法拉第磁光效应以及马吕斯定理最终得到磁场强度B；

利用所述法拉第磁光效应，当线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一磁场，则光的振动方向将发生偏转，偏转角度θ_F与磁感应强度B和光穿越法拉第介质的长度d的乘积成正比：

θ_F＝VBd

比例系数V称为韦尔代(Verder)常数，与介质性质及光波频率有关；

偏转角度θ_F通过测量信号参考光强I₀和所述带偏振片的法拉第光纤或带偏振片的法拉第波导所产生的受到磁场作用的光强I₁对比得到，根据马吕斯定理：

I₁＝I₀·cos²θ_F

由毕奥-萨伐尔定理可知，对于无限长直导线，在距离导线的垂直距离r处，垂直于导线的磁场强度为：

其中，μ₀为真空中的磁导率，4π×10^-7H/m；r为被测点距离导线轴心的距离，单位m；I为被测电流的大小，单位A；

利用激光测距技术测量出距离r，从激光发射到传感器接收到反射信号经过的时间为t，距离可以用下式来计算：

其中c为光在空气中的传播速度，一般为3×10⁸m/s；

通过测得的磁场强度和距离计算出电流强度I。