专利名称：塑料光纤电流传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种塑料光纤电流传感器。
背景技术：
目前，建设智能电网是推动我国低碳发展的重要载体，关系到国家能源安全和可持续发展。在智能电网的建设中，作为电力系统电能计量、继电保护、系统诊断与监测分析的重要组成部分，塑料光纤电流传感器是一种更适合应用在超、特高压下的电流传感器。随着电力系统中电网电压等级的不断提高、容量不断增加，传统电磁式电流传感器逐渐暴露出了严重的缺陷，不能满足现代电力系统的要求，需要寻找更理想的新型电流传感器。而塑料光纤电流传感器具有体积小，重量轻，无磁饱和铁磁谐振，绝缘性能好，测量动态范围大，输出信号信息化、数字化等特点，其功能相当于智能电网的“眼睛”，必然成为未来电流传感器的新一代换代产品。智能电网目前主要使用2类光纤传感器，一类无源光纤电流传感器因为在高电压侧采用罗夫线圈将母线电流变换电压信号后，再由LED变换为光信号，经过光纤传输到低电压处，进行处理。传统的无源光纤电流传感器因为使用罗夫线圈，没有从根本上解决重量的问题，为了提高光学电压、电流传感器测量精度和稳定度，目前我们没有采用罗夫线圈，而利用感应电磁场的大小进行脉冲幅度调制，脉冲幅度大小控制红外光的大小。经过塑料光纤传输到低电压处，进行处理。感应电磁场的大小由塑料光纤收发器完成，其供电由红外光通过塑料光纤完成，对塑料光纤收发器进行供电。目前由于有源光纤传感器因为需要供电，且在复杂的电磁环境下，维护比较困难，这是有源光纤传感器存在的客观问题。相比之下，无源光纤传感器避免了这些缺点，尤其在高电压等级以及电磁恶劣环境，其优势更加明显，其测量精度和稳定度更高，业界人士普遍认可无源塑料光纤电流传感器最终将是互感器的发展方向。另一类全光纤电流传感器，光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。全光纤电流传感器是新一代高压大电流测量装置，它采用具有天然良好绝缘性能的光纤材料作为传感和传输元件。传感单元没有电子电路，不需要供电电源，是一种无源的电流传感器。全光纤电流传感器是一种新型光机电一体化设备，可广泛应用于智能电网的多个领域。但近20年来，该产品技术发展缓慢，温度、应力等对测量性能的影响难以计算，产品制造工艺难度大，部件一致性差，制造成本居高不下，至今光纤电流传感器仍难以形成批量和大规模生产。

实用新型内容为克服上述缺陷，本实用新型提供了一种塑料光纤电流传感器，采用纳米掺杂技术，工艺简单，容易实现，除具有全光纤电流传感器的优点外，而且调制解调非常容易。为实现上述目的，本实用新型提供一种塑料光纤电流传感器，其改进之处在于，所述电流传感器包括:依次连接的输入光导纤维、强度调制器模块、输出光导纤维和光探测器。本实用新型提供的优选技术方案中，所述强度调制器模块包括:依次传输光信号的强度调制器、光敏感器。本实用新型提供的第二优选技术方案中，所述光敏感器，是塑料光纤光敏感器。本实用新型提供的第三优选技术方案中，所述光敏感器，采用掺杂纳米材料的塑料光纤制作而成。本实用新型提供的第四优选技术方案中，所述纳米材料是A1203超微晶粒。本实用新型提供的第五优选技术方案中，所述光探测器，采用光电二极管、三极管和光电池。与现有技术比，本实用新型提供的一种塑料光纤电流传感器，纳米掺杂的塑料光纤传感器工艺简单，容易实现，除具有全光纤电流传感器的优点外，而且调制解调非常容易。塑料光纤电流传感器采用幅度调制方式，为了消除由光源以及光路损耗引起的光强变化采用正弦波调制LED的外差检测方法。用载频作为参考信号来归一化输出信号。提出纳米掺杂技术主要为解决光纤电流传感器的制造工艺难度大，成本比较高的问题，并且研究哪种纳米材料的电磁场特性适合塑料光纤使用以及哪种纳米材料掺杂程度比较容易控制。为了解决玻璃光纤电流传感器的存在问题。

图1为塑料光纤电流传感`器的结构。图2为塑料光纤电流传感器的强度调制原理的示意图。
具体实施方式
如图2所示，基于纳米材料掺杂的塑料光纤电流传感器技术原理如下:直线方向福射的红外光射入置于磁场中的塑料光纤光敏感器，此磁场的磁场强度H的方向与红外光相并行。当红外光在塑料光纤光敏感器行径一段距离L后到达塑料光纤光敏感器出口时，红外光的变化随着磁场强度H的变化，如图1所示。此红外光的幅度大小与磁场强度H成正比。即Θ = V / HdI = VHL(I)式中V为常数，L为红外光通过光敏感器的行径路程。塑料光纤光敏感器一般为塑料光纤掺杂纳米材料的新塑料光纤，塑料光纤光敏感器常用的塑料是O。表I列出了每安匝下红外光常数。塑料光纤光敏感器的系数m= I。表I几种光玻璃的费尔德常数Tab.1 The verdet constants of several optical glass
权利要求1.一种塑料光纤电流传感器，其特征在于，所述电流传感器包括:依次连接的输入光导纤维、强度调制模块、输出光导纤维和光探测器。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述强度调制模块包括:依次传输光信号的强度调制器、光敏感器。
3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述强度调制器是塑料光纤光强度调制器。
4.根据权利要求2或者3所述的电流传感器，其特征在于，所述强度调制器，采用掺杂纳米材料的塑料光纤制作而成。
5.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，所述掺杂纳米材料是Al2O3超微晶粒。
6.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述光探测器，采用光电二极管、三极管和光电池。
专利摘要本实用新型提供了一种塑料光纤电流传感器，包括依次连接的输入光导纤维、强度调制器、输出光导纤维和光探测器。本实用新型提供的塑料光纤电流传感器，采用纳米掺杂技术，工艺简单，容易实现，除具有全光纤电流传感器的优点外，而且调制解调非常容易。
文档编号G01R19/00GK203054057SQ20122062526
公开日2013年7月10日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者郭炳庆 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司