一种光学电流传感器

摘要

一种光学电流传感器，涉及电流检测设备。本发明主要包括集磁环光学传感头、偏振光系统、信号检测系统、电源四大部分。由于本发明具有灵敏度高、响应快、测量精确度高、成本低，可实时在线监测被测导体的电流幅值和频率的变化，便于与数字化设备连接，实现计算机实时在线监测等特点，故本发明可广泛应用于电力系统输电电流及大型工矿企业用电电流的检测，特别适用于高压及超特高压电网的电流检测。

主权项

1.一种光学电流传感器，主要包括传感头、偏振光系统、信号检测系统、电源，其特征在于传感头为集磁环光学传感头，由集磁环(2)和液体池(3)及铁磁流体组成，集磁环(2)为牌号1511或1512的电工钢片开口圆环，开口圆环的内径为90～94mm、厚度为30～40mm、宽度为20～40mm，开口气隙的宽度为9.9～10.1mm，在集磁环(2)的两开口端并对准端面中心处，分别设置一个边长为1.8～2.2mm的正方形小孔，两个正方形小孔的中心与液体池(3)的前框架(31)中心处嵌入的法兰中心及后框架(38)中心处嵌入的法兰中心在一条直线上，液体池(3)设置在集磁环(2)的开口气隙处，液体池(3)依次由前框架(31)、窗片框架(32)、前垫片(33)、前窗片(34)、间隔片(35)、后窗片(36)、后垫片(37)、后框架(38)构成，前、后框架(31)、(38)为中心有圆形小孔的非导磁金属片，其间通过螺杆和螺帽(39)固接，并将其间的窗片框架(32)和前、后垫片(33)、(37)及前、后窗片(34)、(36)以及间隔片(35)夹紧固接，前、后窗片(34)、(36)为氟化钙晶体薄片，前、后垫片(33)、(37)为中心有方孔的氯丁橡胶片，窗片框架(32)为外形呈“II”形、中心小孔呈“工”形的非导磁金属框架，间隔片(35)为中心有方孔的聚四氟乙烯薄片，间隔片(35)的厚度为6～50μm，前垫片(33)、前窗片(34)、间隔片(35)、后窗片(36)、后垫片(37)依次放入窗片框架(32)内，市购的铁磁流体，先用蒸馏水稀释成质量浓度为2～31.2％的铁磁流体，后注入窗片框架(32)内的由前、后窗片(34)、(36)夹持间隔片(35)的中心方孔所形成的容器内，被测导体(1)穿过集磁环(2)的中心，偏振光系统主要由光源(15)、准直镜(16)、起偏器步进电机(17)和起偏器(18)、耦合透镜(19)、塑料板(5)和调整架、输入光纤(13)、输出光纤(14)、塑料板(9)和调整架、检偏器(21)和检偏器步进电机(20)、电控箱(27)组成，其中光源(15)、准直镜(16)、起偏器步进电机(17)和起偏器(18)、耦合透镜(19)、检偏器(21)和检偏器步进电机(20)以及信号检测系统的光电探测器(22)，依次固接在暗盒内，光源(15)为半导体激光器，半导体激光器通过导线与激光驱动电源(26)连接，产生稳定性较高的波长为648～652nm、输出功率为3～5.1mw的单色光源，准直镜(16)为普通光学玻璃凸透镜，设置在光源(15)的后面，起偏器步进电机(17)设置在准直镜(16)的后面，在起偏器步进电机(17)的中心处固接起偏器(18)，起偏器(18)为格兰棱镜，耦合透镜(19)为梯度折射率透镜，设置在起偏器(18)的后面，输入光纤(13)为保偏光纤，其一端通过插针(8)，插入设置在暗盒内的耦合透镜(19)后面的固接于调整架上的塑料板(5)中心处嵌入的陶瓷法兰中，其另一端通过插针(8)，插入液体池(3)的前框架(31)中心处嵌入的陶瓷法兰中，输出光纤(14)为保偏光纤，其一端通过插针(12)，插入液体池(3)的后框架(38)中心处嵌入的陶瓷法兰中，其另一端通过插针(12)，插入设置在暗盒内的检偏器(21)前面的固接于调整架上的塑料板(9)中心处嵌入的陶瓷法兰中，检偏器(21)为格兰棱镜，固接在检偏步进电机(20)的中心处，电控箱(27)通过电缆线分别与起偏器步进电机(17)、检偏器步进电机(20)、工业计算机(25)连接，信号检测系统由光电探测器(22)、数据采集卡(24)、工业计算机(25)组成，光电探测器(22)为市购集成件，装设在暗盒内的检偏器步进电机(20)的后面，市购集成块光电探测器(22)由光电二极管电源(40)、光电二极管(41)、I/V变换电路(42)、极性反置电路(43)和无源低通滤波电路(44)构成，其电源由光电探测器电源(28)供给，光电探测器(22)通过信号线与数据采集卡(24)连接，光电探测器(22)选用的是S3590-08光电二极管，其探测的波长范围为320～1100nm，数据采集卡(24)采用的是NIUSB6211数据采集卡，其最高采样频率为400Ks/s，垂直分辨率达16bit，其工作电源由数据采集卡电源(29)供给，数据采集卡(24)通过USB接口直接与工业计算机(25)相连，电源为220kv通用电源(30)，通过导线分别与激光驱动电源(26)和光电探测器电源(28)及数据采集卡电源(29)以及工业计算机(25)连接。