专利名称：一种光纤测大电流的测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种测量装置，特别涉及一种光纤测大电流的測量装置。
背景技术：
电カ是国民经济的命脉。电流的測量在电カエ业中起着极为重要的作用，它为电カ系统提供用于计量、控制和继电保护所必需的信息和參数。 电网中的暂态电流包含了太多的故障信息，同事对仪器的測量带宽提出了较高的要求具有合适的灵敏度范围，而且能够覆盖从エ频到兆赫兹高频信号的大宽带检测设备，会完整的复现故障电流。目前，在在电カ系统中，对于高压电流的测量大都采用以电磁感应原理为基础的电磁式电流互感器CT(Current Transformer)。这种传统的测量技术，随着电网电压的不断増加，出现了许多不足，它要求在高、低压端之间提供复杂昂贵的电气绝缘，高电压等级的CT变得越来越笨重，价格越来越昂贵，而且给运输和安装带来困难，加上本身存在的磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄、易燃易爆、易受干扰。由于电磁式电流互感器的体积庞大，质量较重，运输安装极为不便，这导致设备的安装检修不方便。另外，由于电磁互感器是靠电磁变换原理实现能量的传递的，因此，存在潜在的危险。这些问题都促使人们研制更为先进的传感系统。近年来，国际上光纤传感器这一高级技术领域十分活跃，光纤技术应用于电网电流的测量也日趋成熟。OCT (Optical Current Tranformer)的研制,都已经从实验室的原理性实验过渡到结合电カエ程的实际应用，有些已经到了现场挂网试验运行的阶段。
发明内容
本发明是针对电力系统中运用电磁互感器检测电流，造价高、易受干扰、体积大的问题，提出了一种光纤测大电流的測量装置及測量方法，准确度高、暂态性能好、绝缘结构简单、尺寸小、造价低、升级性好。本发明的技术方案为一种光纤测大电流的測量装置，包括激光光源、环形器、偏振测量仪、光纤传感器、偏振控制器、磁光晶体、光纤反射镜，把磁光晶体和大电流电缆的组合称为光纤传感器，所述的激光光源、环形器、偏振测量仪、磁光晶体、光纤反射镜用保偏光纤依次相连，激光依次通过环形器、偏振控制器、磁光晶体到光纤反射镜后，再经过光纤反射镜反射，通过磁光晶体返回偏振控制器，磁光晶体周围为待测区。所述激光光源可选用1550nm或者1310nm的激光光源，产生线偏振光。所述环形器可选用三孔环形器，所述的光纤反射镜选用FC-NPC接ロ的光纤。一种光纤测大电流的測量方法，包括光纤测大电流的測量装置，将偏振测试仪连接到偏振控制器上，通过偏振控制器调整其出射光的偏振态，将磁光晶体置于通有大电流的导线附近，线偏振光在电流产生的磁场作用下通过磁光晶体时，其偏振面将发生旋转，旋转角6正比于磁场H沿着线偏振光通过材料路径的线积分，再由全电流定律可得有θ =V^ffdi =VNi，其中V =E是个常数,为每单位光程每单位场强的旋转角,7为通过物质的光程，N为环路数，i为所求电流值。本发明的有益效果在干本发明光纤测大电流的測量装置及測量方法，不含铁芯，不存在磁饱和、铁磁谐振等问题，因而测量范围大，线性度好，频率响应范围宽，測量准确度高。由光来传输信号，抗电磁干扰能力强，且低压侧不存在因开路而产生的高压危险，设备安装检修都比较方便运行安全。体积小、重量轻、动态测量范国大，而且测量的动态范围宽、灵敏度高。不仅如此，还能将光纤技术与微机技术有效地结合起来，应用于电カ系统，尤其是变电站综合自动化系统适应电カ计量和继电保护的数字化、微机化、自动化及光通信等发展潮流。正常情况下，电网运行的额定电流并不大，但短路电流却很大，且随着电网容量的増加，故障短路电流越来越大。电磁式电流互感器的电流测量范围有限，光纤电流传感器额定电流可测到几千安培，瞬时电流可测到几十万安培。
图I为本发明光纤测大电流的測量装置检测原理 图2为本发明光纤测大电流的測量装置实施例光路原理图。
具体实施例方式如图I所示光纤测大电流的測量装置检测原理图，装置包括激光光源I、环形器2、偏振控制器5、磁光晶体7、光纤反射镜6。所述的激光光源I、环形器2、偏振控制器5、磁光晶体7、光纤反射镜6用保偏光纤依次相连。光纤传感器4由磁光晶体7和大电流电缆的组合而成。具体实施时，所述的激光光源I可选用1550nm或者1310nm的激光光源，目的是产生稳定的线偏振光；所述的环形器2可选用三孔环形器，所述的光纤反射镜4选用FC-NPC接ロ的光纤，使光只能沿着ー个方向传播从而当光线反射回到环形器2之后不能返回激光光源而只能通过偏振控制器5来进行偏振态的检测，所述的偏振控制器5不仅可以使偏振光的ο光e光产生不同的相位延迟而且可以检测偏振光的偏振态。图I中偏振控制器5，其既可以測量偏振态，又可以产生相位延迟，当偏振光通过环形器2后，偏振控制器5就可以产生相位延迟的效果，当光通过光纤反射镜6返回之后，偏振控制器5又可以探测光的偏振态。图I中只是虚线部分表示偏振控制器5的工作功能，偏振控制器5可以控制偏振态输出3,同时可以检测偏振光的偏振态。所述的磁光晶体7及光纤反射镜6是使偏振光在通过大电流产生的磁场后与入射光的偏振面有一个较大的偏角，所述的光纤反射镜6是使偏振光两次通过磁光晶体7从而两次经过大电流产生的磁场进而使偏振光的振动平面产生更大的角度偏转，所述的保偏光纤是通过双折射的补偿使在其中传播的偏振光的偏振态不受应カ的影响从而能够稳定传播不同偏振态的偏振光以及精确地测量偏振光的不同的偏振态。图2是本发明的一种实例光路原理图。在磁场的作用下，本来不具有旋 光性的物质也产生了旋光性(光矢量发生旋转)这种现象称作磁致旋光效应或者法拉第效应。旋转矢量
权利要求
1.一种光纤测大电流的測量装置，包括激光光源、环形器、偏振控制器、磁光晶体、光纤反射镜，其特征在于，所述的激光光源、环形器、偏振测量仪、磁光晶体、光纤反射镜用保偏光纤依次相连，激光依次通过环形器、偏振控制器、磁光晶体到光纤反射镜后，再经过光纤反射镜反射，通过磁光晶体返回偏振控制器，磁光晶体周围为待测区。
2.根据权利要求I所述光纤测大电流的測量装置，其特征在于，所述激光光源可选用1550nm或者1310nm的激光光源，产生线偏振光。
3.根据权利要求I所述光纤测大电流的測量装置，其特征在于，所述环形器可选用三孔环形器，所述的光纤反射镜选用FC-NPC接ロ的光纤。
4.一种光纤测大电流的測量方法，包括光纤测大电流的測量装置，其特征在干， 激光依次通过环形器到偏振控制器上，通过偏振控制器调整其出射光的偏振态，将磁光晶体置于通有大电流的导线附近，线偏振光在电流产生的磁场作用下通过磁光晶体吋，其偏振面将发生旋转，旋转角正比于磁场H沿着线偏振光通过材料路径的线积分，再由全电流定律可得有 . V f =VNi，其中V =!是个常数，为每单位光程每单位场强的旋转角，7为通过物质的光程，N为电流所流经的电线的绕环数，i为所求电流值。
全文摘要
本发明涉及一种光纤测大电流的测量装置及测量方法。所述的激光光源、环形器、偏振控制器、磁光晶体、光纤反射镜用保偏光纤依次相连，激光依次通过环形器、偏振控制器、磁光晶体到光纤反射镜后，再经过光纤反射镜反射，通过磁光晶体返回偏振控制器，线偏振光在电流产生的磁场作用下通过磁光晶体时，其偏振面将发生旋转，通过旋转角度与电流的关系计算出电流的大�。俗爸梅椒ň敌院谩⒔峁辜虻�、尺寸小、造价低，测量精度高，设备安装检修都比较方便运行安全，而且测量的动态范围宽、灵敏度高。能将光纤技术与微机技术有效地结合起来，应用于电力系统，尤其是变电站综合自动化系统。
文档编号G01R19/00GK102636682SQ201210140420
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者侯英龙, 常敏, 张学典, 毛辰飞, 鲁敦科 申请人:上海理工大学
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