[发明专利]基于磁流体的光纤反射式电流传感器、系统及方法

说明书

本发明提供一种基于磁流体的光纤反射式电流传感器、系统及方法。该电流传感器包括：毛细管和光纤，所述毛细管内填充磁流体，所述毛细管的两端端口通过胶体进行密封；所述光纤的一端插入所述毛细管内，所述光纤的另一端裸露在毛细管外；其中，位于毛细管内的光纤端面为通过沿垂直光纤轴线方向切割光纤后所形成。本发明提供的传感器中的传感结构主要由光纤构成，光纤具有绝缘、耐腐蚀、耐高温的特点，能适应换流站高电压强磁场的复杂环境；利用磁流体的折射率可控特性，磁流体折射率对电流磁场的变化非常敏感，因此传感器对电流变化的灵敏度很高。

技术领域

本发明涉及光学传感技术领域，尤其涉及一种基于磁流体的光纤反射式电流传感器、系统及方法。

背景技术

柔性直流输电技术是继交流输电、常规直流输电之后实现直流电网和新能源并网最具潜力的新一代输电技术，其由柔性直流换流站和直流输电线路组成。柔性直流换流站主要完成交直流电的互相转换，其核心设备是双极性晶体管(IGBT)，而实时监测连接IGBT的铜排直流电大小，对于整个换流站的安全稳定运行至关重要。

目前电力系统中对于电流的监测主要用到的是电磁式电流互感器，但电磁式电流互感器一方面存在瞬态响应差、信号不稳定的问题，从而会影响电流测量精度；另一方面它还存在绝缘困难的问题，容易出现故障，甚至会酿成电力事故。所以寻求一种能够替代电磁式电流互感器的新型电流传感方法对于维持整个电力系统的安全可靠运行势在必行。

文献“陆樟献，陈善飞，陈建萍.磁性流体薄片高电压电流光学测量的研究[J].光学学报,2007,27(6):1049-1051”中，应用磁流体光透射率的可控性设计了一种用磁流体薄膜对高压电流进行光学测量的电流传感器，磁流体薄膜受到垂直外磁场作用，引起磁流体薄膜的光透射率的变化，通过改变磁流体的浓度和基液，或者改变传感头的结构，来达到实际需要的传感灵敏度和相应时间。但是，磁流体薄膜结构的制作工艺复杂，要求严格，磁流体薄膜厚度需要在微米量级，制作工程中容易出现磁流体不均匀的情况，进而会影响到电流的测量结果，而且该结构在工程中不易安装。

发明内容

为解决现有电流传感器存在的瞬态响应差、信号不稳定和绝缘困难的问题，本发明提供一种基于磁流体的光纤反射式电流传感器、系统及方法。

本发明提供的一种基于磁流体的光纤反射式电流传感器，包括：毛细管和光纤，所述毛细管内填充磁流体，所述毛细管的两端端口通过胶体进行密封；所述光纤的一端插入所述毛细管内，所述光纤的另一端裸露在毛细管外；其中，位于毛细管内的光纤端面为通过沿垂直光纤轴线方向切割光纤后所形成。

进一步地，插入毛细管内的光纤的一端位于毛细管内的1/3处。

进一步地，所述磁流体为Fe₃O₄水基磁流体。

本发明提供的基于磁流体的光纤反射式电流传感系统，包括光源、环形器、传感探头、光电探测器、信号处理单元和PC端，所述光源、环形器和传感探头依次通过光纤连接，信号处理单元为所述光源提供驱动信号，环形器还通过光纤与光电探测器连接，光电探测器、信号处理单元和PC端依次电连接；所述传感探头采用上述的基于磁流体的光纤反射式电流传感器。

进一步地，电流传感路径为：光源发出的光束经环形器进入传感探头，经传感探头反射回的光束再次经环形器到达光电探测器，光电探测器将探测信号传入至信号处理单元进行信号处理得到待测电路的电流信号，PC端对电流信号进行显示。

进一步地，所述信号处理单元包括单片机、驱动电路、I/U转换及运放电路、A/D转换器和电源；所述单片机连接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接光源，驱动光源发出光束；所述光电探测器的输出端连接I/U转换及运放电路的输入端，I/U转换及运放电路的输出端连接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端连接至单片机。

进一步地，所述光源为DFB激光器。