专利名称：一种基于光学方法的大电流检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电网中大电流的检测技术，更具体地说是涉及一种基于光学方法的大电流检测装置。
背景技术：
在电网的运行过程中，电流测量方面依然使用传统的电磁式电流互感器,这种方法要求在高低电压端提供昂贵的电气绝缘。而随着智能电网的兴起，高电压、大容量的需求使得传统的方法不仅变得越来越笨重，越来越昂贵，而且在安装、运输、安全等方面也给我们带来了很多困难。加之传统方法本身存在磁饱和，抗干扰能力差，动态范围小，并且会给设备安全和操作人员的生命安全带来隐患，使得探索新的测量电流方法成为一种趋势。

发明内容
针对现有技术中电磁式电流互感器本身存在的磁饱和、抗干扰能力差，动态范围小等的问题，本发明的目的是提供一种基于光学方法的大电流检测装置，本发明与现有基于光学方法检测大电流的装置的显著优点还在于本发明所述的装置能够有效的减少温度对测量结果的影响。为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案一种基于光学方法的大电流检测装置，包括激光光源、偏振控制及检测器、磁光晶体以及PC机，所述偏振控制及检测器的光输入端与激光光源通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的一端与偏振控制及检测器的光输出端通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的另一端与偏振控制及检测器的检测端通过保偏光纤相连，所述PC机与所述偏振控制及检测器相连。作为进一步改进的方案，所述大电流检测装置还包括温度控制器，所述磁光晶体以及与磁光晶体相连的保偏光纤设于温度控制器内，所述温度控制器还与PC机相连。所述激光光源采用1550nm或1310nm。与现有技术相比，采用本发明的一种基于光学方法的大电流检测装置，包括激光光源、偏振控制及检测器、磁光晶体以及PC机，所述偏振控制及检测器的光输入端与激光光源通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的一端与偏振控制及检测器的光输出端通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的另一端与偏振控制及检测器的检测端通过保偏光纤相连，所述PC 机与所述偏振控制及检测器相连。激光光源的目的是产生稳定的线偏振光，偏振控制及检测器不仅可以控制激光的偏振态，使偏振光的O光与e光产生不同的相位延迟，而且可以通过偏振控制及检测器的检测端检测偏振光的偏振态。PC机与偏振控制及检测器相连，这样不仅可以调整偏振控制及检测器的出射光的偏振态，使其最灵敏，而且还实时将激光的偏振态的改变传回PC机，实现精确测量，最后通过检测激光偏振态的变化来测量电流大小。 磁光晶体可以使偏振光在通过大电流产生的磁场的时候改变偏振态，产生一个大的偏角， 也正是因为偏振光在磁光晶体中受到外界大电流产生的磁场影响的时候会改变偏振态，并且由于PC机与偏振控制及检测器之间存在一个闭环的检测偏振光偏振态的系统，本发明的大电流检测装置才可以实时高精度的检测智能电网中的大电流。本发明的大电流检测装置采用光学的方法测量大电流较之传统的方法精度高、安全系数高且操作方便。另外保偏光纤的绝缘性好、结构简单、成本低。将光纤技术与PC技术结合应用于电力系统，利于变电站系统的自动化管理操作。本发明的测量装置中不含铁芯，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，测量准确度高。通过光来传输信号，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、动态测量范围大，而且测量的动态范围宽、灵敏度高。


图I是本发明的原理图；图2是本发明的一种用于电网大电流的测量装置的原理示意图；图3是本发明的测量装置的应用示意图；图4是图2中PC机的软件流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。以下结合图I来说明发明的测量装置的原理，图中21为入射线偏振光，22为出射线偏振光，23为磁光晶体，24为法拉第线圈，Θ为线偏振光旋转角，H为磁场，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Gs= Y Hs此处Y为旋磁比，Hs为磁场H在光传播方向上的分量。物质旋光能力为P，则
.O =/. Il此处η为折射率，λ为通过光的波长。光通过物质的光程为I时，光偏振面的旋转角Θ为e I=T^iis I=V Hsl此处v 是传感光纤的费尔德常数，物理意义是每单位光程每单位场强的旋
V 一-,Il
转角(抗磁物质+，顺磁物质-)线偏振光在电流产生的磁场作用下通过磁光材料时，其偏振面将发生旋转，线偏振光旋转角Θ正比于磁场H沿着线偏振光通过材料路径的线积分Θ = V J Hdk由全电流定律有Θ = V # Hdl = VNi此处，线偏振光旋转角θ，N是环绕载流导体的光纤匝数，i为被测电流大小，V是传感光纤的费尔德常数。通过探测线偏振光旋转角Θ的大小来探测电流的变化。电流与线偏振光旋转角Θ成正比，测出线偏振光旋转角Θ即可求出电流。并且磁光晶体中的环路数越多，测量灵敏度越高。
再请参阅图2所示的一种基于光路的大电流检测装置，包括激光光源11、偏振控制及检测器12、磁光晶体13以及PC机14，偏振控制及检测器12的光输入端与激光光源11 通过保偏光纤15相连，磁光晶体13的一端与偏振控制及检测器12的光输出端通过保偏光纤15相连，磁光晶体13的另一端与偏振控制及检测器12的检测端通过保偏光纤15相连， PC机14与偏振控制及检测器12相连。本发明的大电流检测装置还包括温度控制器16，磁光晶体13以及与磁光晶体相连的保偏光纤设于温度控制器16内，温度控制器16还与PC机14相连。温度控制器16可以直接通过PC机14来控制，通过PC机控制温度控制器16内部温度并将其内部温度数据传PC机，其中温度控制器16内部由温度传感器和加热装置组成，温度控制器16可以检测并控制保偏光纤以及磁光晶体处的工作温度，减少温度对偏振光偏振态的影响。在激光光源11采用1550nm或1310nm的情况下，偏振控制及检测器能够保证激光的偏振态不会由于传播介质、传播路径或者传播方向以及外在应力的不同而产生偏振态的改变。使用时，激光光源11发射激光经过保偏光纤15传到偏振控制及检测器12的光输入端，偏振控制及检测器12可以控制激光的偏振态并检测激光的偏振态，在偏振控制及检测器12中激光变为特定的偏振态，然后经过偏振控制及检测器12的光输入端发射出并进入磁光晶体13中，由于电流的作用，使得激光在磁光晶体13中的偏振态再次改变，偏振态改变后的激光通过偏振控制及检测器12的检测端进入偏振控制及检测器12，偏振控制及检测器12检测出激光偏振态的改变后传入PC机14，在PC机14内经过软件计算得出所测电流的大小。PC机14还可以通过与温度控制器16的交互来保证磁光晶体13处于一个恒定的温度，从而抑制温度对整体的影响。再请参见图3所示，其中I为保偏光纤，2为晶体夹具，3为带有温度控制器的磁光晶体，4为待测电线或电缆，将带有温度控制器的磁光晶体3装配到晶体夹具2上，在带有温度控制器的磁光晶体3的两端结有保偏光纤1，再将上述的零部件安装在待测电线或电缆4 上。再请参见图4所示，当软件开始运行时PC机先检测环境温度，如果不是所设定的温度值，通过温度控制器控制使得温度达到所设值，如果是所设定值，PC机检测激光的偏振态，如果不是所需偏振态，PC机通过偏振控制器控制使得偏振态达到所需偏振态，如果是所需偏振态，PC机则接收经过磁光晶体受电流影响而改变的偏振态，通过测量偏振态测量电流，然后计算电流大小，显示电流大小，最后软件流程结束。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种基于光学方法的大电流检测装置，其特征在于，包括激光光源、偏振控制及检测器、磁光晶体以及PC机，所述偏振控制及检测器的光输入端与激光光源通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的一端与偏振控制及检测器的光输出端通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的另一端与偏振控制及检测器的检测端通过保偏光纤相连，所述PC机与所述偏振控制及检测器相连。
2.根据权利要求I所述的大电流检测装置，其特征在于所述大电流检测装置还包括温度控制器，所述磁光晶体以及与磁光晶体相连的保偏光纤设于温度控制器内，所述温度控制器还与PC机相连。
3.根据权利要求I所述的大电流检测装置，其特征在于所述激光光源采用1550nm或1310nm。
全文摘要
本发明公开了一种基于光学方法的大电流检测装置，包括激光光源、偏振控制及检测器、磁光晶体以及PC机，所述偏振控制及检测器的光输入端与激光光源通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的一端与偏振控制及检测器的光输出端通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的另一端与偏振控制及检测器的检测端通过保偏光纤相连，所述PC机与所述偏振控制及检测器相连。偏振控制及检测器不仅可以使偏振光的o光与e光产生不同的相位延迟而且可以检测偏振光的偏振态，磁光晶体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，本发明的测量装置中不含铁芯，不存在磁饱和、铁磁谐振等问题。
文档编号G01R15/24GK102590584SQ201210038670
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20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