磁光电流互感器制造技术

本发明专利技术涉及光学电流传感器领域，具体涉及一种磁光电流互感器。本发明专利技术的磁光电流互感器包括：激光器、3×3耦合器、保偏光纤、磁光模块、集磁环、相位解调器；所述磁光模块包括第一准直器、第二准直器、偏振片、第一λ/4波片、第二λ/4波片、透明磁光体；所述透明磁光体为长方体，所述透明磁光体的两端为全反射镜，所述全反射镜与所述透明磁光体的长轴的夹角为45°。本发明专利技术的磁光电流互感器，基于磁致旋光效应(MCB)，通过检测两路闭环光的相位差，间接检测输电线中工频交变电流的大小，提高了检测精度和装置的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学电流传感器领域，具体涉及一种磁光电流互感器。
技术介绍
随着电力传输容量的不断增长和电网电压的不断提高，在高压、超高压电网中传统的电磁感应式结构已逐渐暴露出诸多缺陷，如：绝缘措施复杂、体积庞大、存在爆炸的风险、抗电磁能力差、测量精度低等，日渐被更为小巧安全的光电式电流互感器替代。光电式电流互感器主要分为有源型、无源型及全光纤型3类。有源型光电电流互感器乃是高压侧电流信号通过采样线圈将电信号传递给发光元件而变成光信号，再由光纤传递到低电位侧，进行逆变换成电信号后放大输出。高压侧电子器件的电源来源于光供电方式、母线电流供电方式、电池供电方式以及超声电源供电方式。有源型是较早期的结构，其优点是结构简单，长期稳定性较好，在现代电子器件可靠性高、性能稳定的条件下易于实现精度高、输出大的实用性产品，其缺点是取样信号顶部结构较复杂，传感头位于高压大电流环境下易受电磁干扰、易于损坏。无源型光电电流互感器的传感头部分不需要供电电源。传感头一般用法拉第磁光效应原理制成，处于低电位的光源发出的偏振光经光纤传到高压侧，并通过处于被测电流产生的磁场中。偏振光的偏振面在磁光玻璃中发生旋转，即电流信号偏振调制光波。带电流信号的光波经光纤传到地电位侧，经光—电变换后放大输出。无源型结构是近年来较为盛行的，其优点是结构简单，且完全消除了传统的电磁感应元件，无磁饱和问题，充分发挥了光电互感器的特点，尤其是高压侧无电源电子器件，无温度稳定性问题，互感器运行寿命容易保证。其缺点是光学器件制造难度大，测量的高精度难以做到，且长期稳定性还存在问题。全光纤型光电电流互感器实际也是无源型，只是传感头即是由光纤制作的环状感应装置，其余与无源型完全一样。全光纤型光电电流互感器的优点是传感头结构最简单，比无源型易于制造，缺点如光纤本身以及光纤绕制等弹光效应、线性双折射及其它光效应等，影响测量的精度和稳定性。以上方式均有运用，有些已挂网运行，但至目前为止在我国电力电网上并未获得成功推广应用。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供的磁光电流互感器，基于透明磁光材料磁致旋光效应(MCB)，通过检测两路闭环光的相位差，间接检测输电线中工频交变电流的大小，提高了检测精度和稳定性。第一方面，一种磁光电流互感器，其特征在于，包括：激光器、3×3耦合器、第一保偏光纤、第二保偏光纤、磁光模块、集磁环、相位解调器；所述磁光模块包括第一准直器、第二准直器、偏振片、第一λ/4波片、第二λ/4波片、透明磁光体；所述透明磁光体为长方体，所述透明磁光体的长轴方向的两端为全反射镜，所述全反射镜与所述透明磁光体的长轴的夹角为45°；所述透明磁光体的长轴与所述集磁环的磁场方向平行；所述激光器与所述3×3耦合器的第一端口连接；所述3×3耦合器的第二端口、所述第一保偏光纤、所述第一准直器、所述偏振片、所述第一λ/4波片依次连接；所述3×3耦合器的第三端口、所述第二保偏光纤、所述第二准直器、所述偏振片、所述第二λ/4波片依次连接；所述第一保偏光纤快轴向或慢轴向、所述第二保偏光纤快轴向或慢轴向、所述偏振片偏振方向一致；所述第一λ/4波片的快轴向或慢轴向与所述第二λ/4波片的快轴向或慢轴向相互正交，且偏振片偏振方向位于所述第一λ/4波片的快轴或慢轴与所述第二λ/4波片的快轴或慢轴的正交角平分线；所述第一λ/4波片输出左旋圆偏振光，所述第二λ/4波片输出右旋圆偏振光，所述左旋圆偏振光和所述右旋圆偏振光的旋转方向相向；所述左旋圆偏振光和所述右旋圆偏振光分别垂直于所述透明磁光体的长轴入射，经所述透明磁光体两端的全反射镜反射后沿对方的光路返回，分别进入所述3×3耦合器的第四端口和第五端口，平衡输出给所述相位解调器；所述相位解调器用于分别对所述第四端口和所述第五端口输出的光进行光电转换，得到对应的第一路电信号和第二路电信号；对所述第一路电信号与所述第二路电信号进行加法运算、减法运算、微分运算，将和的微分运算结果与差的微分运算结果进行叉乘，对两个叉乘结果的和进行积分运算，最终得到相位解调输出结果。本专利技术提供的磁光电流互感器，基于磁致旋光效应制成，属于无源型光电电流互感器，不存在高压电磁干扰或高压击穿的困扰，并且避免了线性双折射对系统精度的影响；在透明磁光体中的光路平行于集磁环中的磁场方向，有利于增强磁光效应，提高检测的灵敏度；利用对称、闭环双光路检测方式，通过3╳3耦合器形成两路平衡光的干涉，解调两路光的相位差。显著改善激光光源输出功率不稳定、环境温度的变化、外界震动、光学器件参数变化等对测量精度的影响；3╳3耦合器相位解调方法，相比于其它解调技术，其最大优点为不需任何调制器件，解调信号动态范围大，灵敏度高，结构简单。优选地，所述透明磁光体具有强磁光效应系数。优选地，所述集磁环的材料为纳米高导磁率的磁性材料。优选地，所述集磁环包括两个完全对称的集磁半环，两个所述集磁半环的一端有缝对接，另一端端头之间间隙安装所述磁光模块。优选地，所述集磁半环不对接的一端端头呈梯度状。第二方面，本专利技术提供的另一种磁光电流互感器，包括：激光器、2×2耦合器、保偏光纤、一分二光纤分路器、磁光模块、集磁环、鉴频解调器；所述磁光模块包括第一准直器、第二准直器、偏振片、第一λ/4波片、第二λ/4波片、透明磁光体；所述透明磁光体为长方体，所述透明磁光体的长轴方向的两端为全反射镜，所述全反射镜与所述透明磁光体的长轴的夹角为45°；所述透明磁光体的长轴与所述集磁环的磁场方向平行；所述激光器与所述2×2耦合器的第一端口连接；所述2×2耦合器的第二端口、所述保偏光纤、所述一分二光纤分路器第一输入端口、所述一分二光纤分路器输入第二端口、所述第一准直器、所述偏振片、所述第一λ/4波片依次连接；所述一分二光纤分路器第三端口、所述第二准直器、所述偏振片、所述第二λ/4波片依次连接；所述保偏光纤快轴或慢轴向、偏振片偏振方向一致；所述第一λ/4波片的快轴或慢轴向与所述第二λ/4波片的快轴或慢轴向相互正交，且偏振片偏振方向位于所述第一λ/4波片的快轴或慢轴与所述第二λ/4波片的快轴或慢轴的正交角平分线；所述第一λ/4波片输出左旋圆偏振光，所述第二λ/4波片输出右旋圆偏振光，所述左旋圆偏振光与所述右旋圆偏振光的旋转方向相向；所述左旋圆偏振光和所述右旋圆偏振光分别垂直于所述透明磁光体的长轴入射，经所述透明磁光体两端的全反射镜反射后沿对方的光路返回，闭合于一分二光纤分路器，形成干涉后经所述保偏光纤、所述2×2耦合器的第三端口输出至鉴频解调器；所述鉴频解调器用于对所述2×2耦合器第三端口输出的光信号用于光谱仪解调或进行光电转换、鉴频解调输出、模数转换、数字信号处理，最终得到解调输出结果。本专利技术提供的磁光电流互感器，基于磁致旋光效应制成，属于无源型光电电流互感器，不存在高压电磁干扰或高压击穿的困扰，并且避免了线性双折射对系统精度的影响；在透明磁光体中的光路平行于集磁环中的磁场方向，有利于增强磁光效应，提高检测的灵敏度；利用对称、闭环双光路、单保偏光纤、传感现场完成干涉的检测方式；直接通过光谱仪解调或鉴频解调的方式。显著改善激光光源输出功率不稳定、环境温度的变化、外界震动、光学器件参数变化等对测量精度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁光电流互感器，其特征在于，包括：激光器、3×3耦合器、第一保偏光纤、第二保偏光纤、磁光模块、集磁环、相位解调器；所述磁光模块包括第一准直器、第二准直器、偏振片、第一λ/4波片、第二λ/4波片、透明磁光体；所述透明磁光体为长方体，所述透明磁光体的长轴方向的两端为全反射镜，所述全反射镜与所述透明磁光体的长轴的夹角为45°；所述透明磁光体的长轴与所述集磁环中的磁场方向平行；所述激光器与所述3×3耦合器的第一端口连接；所述3×3耦合器的第二端口、所述第一保偏光纤、所述第一准直器、所述偏振片、所述第一λ/4波片依次连接；所述3×3耦合器的第三端口、所述第二保偏光纤、所述第二准直器、所述偏振片、所述第二λ/4波片依次连接；所述第一保偏光纤快轴向或慢轴向、所述第二保偏光纤快轴向或慢轴向、所述偏振片偏振方向一致；所述第一λ/4波片的快轴向或慢轴向与所述第二λ/4波片的快轴向或慢轴向相互正交，且偏振片偏振方向位于所述第一λ/4波片的快轴或慢轴与所述第二λ/4波片的快轴或慢轴的正交角平分线；所述第一λ/4波片输出左旋圆偏振光，所述第二λ/4波片输出右旋圆偏振光，所述左旋圆偏振光和所述右旋圆偏振光的旋转方向相向；所述左旋圆偏振光和所述右旋圆偏振光分别垂直于所述透明磁光体的长轴入射，经所述透明磁光体两端的全反射镜反射后沿对方的光路返回，分别进入所述3×3耦合器的第四端口和第五端口，平衡输出给所述相位解调器；所述相位解调器用于分别对所述第四端口和所述第五端口输出的光进行光电转换，得到对应的第一路电信号和第二路电信号；对所述第一路电信号与所述第二路电信号进行加法运算、减法运算、微分运算，将和的微分运算结果与差的微分运算结果进行叉乘，对两个叉乘结果的和进行积分运算，最终得到相位解调输出结果。...

【技术特征摘要】
1.一种磁光电流互感器，其特征在于，包括：激光器、3×3耦合器、第一保偏光纤、第二保偏光纤、磁光模块、集磁环、相位解调器；所述磁光模块包括第一准直器、第二准直器、偏振片、第一λ/4波片、第二λ/4波片、透明磁光体；所述透明磁光体为长方体，所述透明磁光体的长轴方向的两端为全反射镜，所述全反射镜与所述透明磁光体的长轴的夹角为45°；所述透明磁光体的长轴与所述集磁环中的磁场方向平行；所述激光器与所述3×3耦合器的第一端口连接；所述3×3耦合器的第二端口、所述第一保偏光纤、所述第一准直器、所述偏振片、所述第一λ/4波片依次连接；所述3×3耦合器的第三端口、所述第二保偏光纤、所述第二准直器、所述偏振片、所述第二λ/4波片依次连接；所述第一保偏光纤快轴向或慢轴向、所述第二保偏光纤快轴向或慢轴向、所述偏振片偏振方向一致；所述第一λ/4波片的快轴向或慢轴向与所述第二λ/4波片的快轴向或慢轴向相互正交，且偏振片偏振方向位于所述第一λ/4波片的快轴或慢轴与所述第二λ/4波片的快轴或慢轴的正交角平分线；所述第一λ/4波片输出左旋圆偏振光，所述第二λ/4波片输出右旋圆偏振光，所述左旋圆偏振光和所述右旋圆偏振光的旋转方向相向；所述左旋圆偏振光和所述右旋圆偏振光分别垂直于所述透明磁光体的长轴入射，经所述透明磁光体两端的全反射镜反射后沿对方的光路返回，分别进入所述3×3耦合器的第四端口和第五端口，平衡输出给所述相位解调器；所述相位解调器用于分别对所述第四端口和所述第五端口输出的光进行光电转换，得到对应的第一路电信号和第二路电信号；对所述第一路电信号与所述第二路电信号进行加法运算、减法运算、微分运算，将和的微分运算结果与差的微分运算结果进行叉乘，对两个叉乘结果的和进行积分运算，最终得到相位解调输出结果。2.根据权利要求1所述的磁光电流互感器，其特征在于，所述透明磁光体具有强磁光效应系数。3.根据权利要求1所述的磁光电流互感器，其特征在于，所述集磁环的材料为纳米高导磁率的磁性材料。4.根据权利要求1所述的磁光电流互感器，其特征在于，所述集磁环包括两个完全对称的集磁半环，两个所述集磁半环的一端有缝对接，另一端端头之间间隙安装所述磁光模块。5.根据权利要求4所述的磁光电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡朝年，
申请(专利权)人：胡朝年，
类型：发明
国别省市：安徽;34