一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器及方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器的檢測方法，所述傳感器由兩個磁光電流傳感頭、傳感頭固定支架以及測量單元組成。所述方法采用傳感頭固定支架，保證兩個傳感頭的相對距離固定，不受溫度、應(yīng)力等環(huán)境擾動的影響；測量單元，接收兩個磁光電流傳感頭的輸出光強(qiáng)，轉(zhuǎn)化為電信號并計算輸出測量電流值，通過對兩個傳感頭測量值的解調(diào)可以直接消除安裝時相對電纜導(dǎo)線距離對測量結(jié)果的影響，避免了傳感器現(xiàn)場安裝時需要加電定標(biāo)的困難。
【專利說明】一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器及方法，屬于電氣測量、校準(zhǔn)的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]磁光電流傳感器從開始研究到現(xiàn)在已經(jīng)數(shù)十年，許多國內(nèi)外的廠商都已推出各自的產(chǎn)品。磁光電流傳感器相較于傳統(tǒng)電流傳感器具有安全性高、精度高、測量范圍廣等眾多的優(yōu)點，但是至今在實際應(yīng)用中并未得到充分的推廣。原因在于目前的光學(xué)電流傳感器，受溫度、時間、位置、外磁場等諸多因素的影響，造成傳感器精確度下降。尤其是受待測導(dǎo)線到傳感器距離的影響，對于不同導(dǎo)線、不同使用環(huán)境，在使用前都需要對傳感器進(jìn)行單獨的校準(zhǔn)和現(xiàn)場定標(biāo)，這為現(xiàn)場安裝和調(diào)試工作帶來巨大的麻煩。使用中還需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)維護(hù)，給傳感器的應(yīng)用帶來了困難和不便。目前行業(yè)中已有的自校準(zhǔn)技術(shù)多使用復(fù)雜控制電路進(jìn)行誤差修正，增大成本的同時對于傳感器使用條件也帶來了一定的限制，且校準(zhǔn)結(jié)果并不理想。
[0003]相關(guān)技術(shù)1:使用[1]電流傳感器現(xiàn)場校準(zhǔn)儀進(jìn)行誤差檢驗。
[0004]如圖1所示，電流現(xiàn)場校準(zhǔn)儀是通過霍爾元件或其它電流傳感器2檢測通電導(dǎo)線I中的電流信號，檢測的信號連接放大器3放大輸出后經(jīng)采樣電路4得到電流測量值。
[0005]將電流現(xiàn)場校準(zhǔn)儀與被校準(zhǔn)電流傳感器掛在同一根導(dǎo)電母線上，同一時間讀取兩個示值，避免時間差造成的誤差。通過顯示的差值對被校傳感器現(xiàn)場調(diào)試即可達(dá)到使用精度。
[0006]使用電流現(xiàn)場校準(zhǔn)儀來校準(zhǔn)電流傳感器，對校準(zhǔn)儀的精度要求較高。將校準(zhǔn)儀和被校準(zhǔn)傳感器接入導(dǎo)線需要斷開電網(wǎng)，定期檢測比較麻煩。
[0007]相關(guān)技術(shù)2:[2]在線檢測、校準(zhǔn)的霍爾電流傳感器。
[0008]中國專利200910241742.2提供了一種自動校準(zhǔn)和修正霍爾電流傳感器誤差的方法，包括測量用霍爾電流傳感器；纏繞在測量用霍爾電流傳感器上的輔助校準(zhǔn)線圈，與可控電流源的輸出及輔助校準(zhǔn)霍爾電流傳感器的輸入回路相串聯(lián)；可控電流源的控制信號連接到測控單元的控制輸出端。
[0009]輔助校準(zhǔn)線圈中的電流與測量用霍爾電流傳感器輸出電流有一個固定的比例關(guān)系。測量用霍爾電流傳感器與輔助校準(zhǔn)霍爾電流傳感器處于相同的環(huán)境下，通過比較輔助校準(zhǔn)霍爾電流傳感器測量輔助校準(zhǔn)線圈所得的電流值與測量用霍爾電流傳感器的輸出電流值，可以計算霍爾電流傳感器的測量誤差。對測量用霍爾電流傳感器進(jìn)行相應(yīng)的修正即可實現(xiàn)自動校準(zhǔn)。
[0010]在線檢測、校準(zhǔn)的霍爾電流傳感器體積大、控制電路較為復(fù)雜。
[0011]相關(guān)技術(shù)3:磁光電流傳感器。
[0012]光束通過磁光晶體時,在磁場的影響下由于法拉第效應(yīng),光場的偏振態(tài)會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的角度與磁光晶體的費爾德常數(shù)、磁場的大小和角度以及磁光晶體的長度相關(guān)。
[0013]將光束通過起偏器得到線偏振光；再通過磁光晶體，在磁場的影響下，光束偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)；用檢偏器檢測偏振方向旋轉(zhuǎn)角，即可測量出磁場的大小。由于電流的磁效應(yīng)會產(chǎn)生磁場，通過測量磁場的大小可計算出相應(yīng)的電流大小。
[0014][I],專利號200910272835.1直流大電流傳感器現(xiàn)場校準(zhǔn)儀；
[0015][2],專利號200910241742.2 —種霍爾電流傳感器在線檢測校準(zhǔn)方法.
[0016]磁光電流傳感器相比于傳統(tǒng)的電流傳感器具有很好的電氣絕緣性，不受電磁輻射的影響，抗干擾能力強(qiáng)，且頻率響應(yīng)快等諸多優(yōu)點，但是基于法拉第效應(yīng)，磁光電流傳感器的測量值與傳感器到通電導(dǎo)線的距離相關(guān)，因此，測量導(dǎo)線的個體差異和安裝差異以及長時間使用過程中外界環(huán)境導(dǎo)致的位置變化會帶來測量差異。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明目的是針對【背景技術(shù)】中的問題與缺陷提供一種免于對距離進(jìn)行校準(zhǔn)的磁光電流傳感器及方法。
[0018]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:
[0019]本發(fā)明一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器，由兩個磁光電流傳感頭、傳感頭固定支架以及測量單元組成，兩個磁光電流傳感頭分別設(shè)置于傳感頭固定支架兩端，兩個磁光電流傳感頭的輸出端分別連接測量單元的輸入端，測量單元輸出的測量值與兩個磁光電流傳感頭到載流導(dǎo)線的距離無關(guān)。
[0020]所述磁光電流傳感頭由光源依次串接起偏器、磁光材料、檢偏器、光纖準(zhǔn)直器以及傳導(dǎo)光纖構(gòu)成。
[0021]所述光源發(fā)出的光為偏振無關(guān)光；
[0022]所述起偏器起振方向與檢偏器的透振方向夾角為45°。
[0023]一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器的檢測方法如下:
[0024]將磁光電流傳感頭置于載流導(dǎo)線附近使磁光電流傳感頭的磁光材料通光方向與電流方向垂直；光源發(fā)出的光經(jīng)過起偏器后成為偏振光；光場繼續(xù)傳播經(jīng)過磁光材料時，由于法拉第效應(yīng)偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度與起偏器起振方向夾角為:

【權(quán)利要求】
1.一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器，其特征在于由兩個磁光電流傳感頭、傳感頭固定支架以及測量單元組成，兩個磁光電流傳感頭分別設(shè)置于傳感頭固定支架兩端，兩個磁光電流傳感頭的輸出端分別連接測量單元的輸入端，測量單元輸出的測量值與兩個磁光電流傳感頭到載流導(dǎo)線的距離無關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器，其特征在于所述磁光電流傳感頭由光源依次串接起偏器、磁光材料、檢偏器、光纖準(zhǔn)直器以及傳導(dǎo)光纖構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器，其特征在于所述光源發(fā)出的光為偏振無關(guān)光。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器，其特征在于所述起偏器起振方向與檢偏器的透振方向夾角為45°。
5.一種基于權(quán)利要求1所述一種基于雙探頭免定標(biāo)的光學(xué)電流傳感器的檢測方法，其特征在于所述方法如下: 將磁光電流傳感頭置于載流導(dǎo)線附近使磁光電流傳感頭的磁光材料通光方向與電流方向垂直；光源發(fā)出的光經(jīng)過起偏器后成為偏振光；光場繼續(xù)傳播經(jīng)過磁光材料時，由于法拉第效應(yīng)偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度與起偏器起振方向夾角為:
其中P ^為真空磁導(dǎo)率，V為磁光材料菲爾德常數(shù)，L為光在磁光材料中傳播的距離，r為磁光材料到載流導(dǎo)線的距離；光場繼續(xù)傳播經(jīng)過檢偏器后輸出光強(qiáng)為:
其中P(l為光源的輸出光強(qiáng)，由輸出光強(qiáng)計算出光場法拉第旋轉(zhuǎn)角Θ的大小，實際應(yīng)用中近似為
;此時，載流導(dǎo)線中電流大小與輸出光強(qiáng)的關(guān)系式為:1ri1-夢)
將兩個磁光電流傳感頭由固定支架固定，其間距為d，測量得輸出光強(qiáng)分別為Pp P2,由公式(I)得到:
進(jìn)而得到導(dǎo)線中電流大小為:
將近似公式
代入(2)式可得:
由此測量單元根據(jù)兩個傳感頭的輸入光強(qiáng)計算出載流導(dǎo)線中的電流大小并輸出。
【文檔編號】G01R19/00GK104076180SQ201310095783
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月25日
【發(fā)明者】張先明, 陳國梁, 顧春, 梅理, 許立新, 王安廷 申請人:陳國梁, 蔣祺, 江寅