光纖電流傳感器的工作原理及應(yīng)用

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1、上海電力2008年第6期光纖電流傳感器的工作原理及應(yīng)用鄧隱北，彭曉華。(L鄭州大學(xué)電氣一r程學(xué)院，河南鄭州,150052；2．森源電氣股份有限公司，河南鄭州450016)摘要：基于法拉第效唐的光纖電流傳感器與傳統(tǒng)的電流互感器相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)。文章回頓了光纖電流傳感器的開發(fā)歷程．介紹了現(xiàn)有各種光纖電流傳感器的工作原理、分類以及在圉外的應(yīng)用情況，展示r光纖電流傳感器在電力系統(tǒng)中廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：光纖電流傳感器；無源式；全光纖式；有源式中圖分類號：TM452．94文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B體上就可檢測電流，能實現(xiàn)

2、整個傳感裝置的小利l光纖電流傳感器的開發(fā)歷程輕量化；(2)無電磁噪音的干擾。近年的計測控制與電磁式電流互感器(C"I、)相比，基于光學(xué)、系統(tǒng)中，一般將傳感器的輸出連接于半導(dǎo)體的電微電子、微機(jī)技術(shù)的光纖式電流傳感器(()FCT)，子回路，傳感裝置本身全部由光學(xué)器件構(gòu)成，故具具有無鐵心、絕緣結(jié)構(gòu)簡單可靠，體積小、重量輕、有抗電磁干擾(EMI)特性；(3)計測范圍廣，沒有線性度好、動態(tài)范圍大、無飽和現(xiàn)象，輸出信號可鐵心磁飽和的制約，同時，法拉第效應(yīng)的響應(yīng)速度直接與微機(jī)化計量及保護(hù)設(shè)備接口等優(yōu)點(diǎn)。這些快，具有從

3、低頻到高頻、到大電流的廣闊測量范優(yōu)點(diǎn)既滿足、推動了電力系統(tǒng)的發(fā)展，而且應(yīng)用前闈；(4)因為信號通過光纖傳輸．波形畸變?。畟鬏斁笆謴V闊。損耗小，故可實現(xiàn)長距離的信號傳輸。1845年，英圈發(fā)現(xiàn)法拉第效應(yīng)，能在電流的東京電力公司與H()YA公司共同研制的傳周圍檢測磁場，并通過磁場的檢測測出電流的大感器元件專用光纖，將光彈性系數(shù)非常小的鉛玻／J、。20世紀(jì)6O年代，法拉第效應(yīng)用于電力設(shè)備璃用作原材料。該傳感器元件所用的鉛玻璃光纖中的電流測定裝置(當(dāng)時稱為激光電流互感器)。現(xiàn)已開發(fā)并應(yīng)用。對于流過電力設(shè)備中的電

4、流計測，通常采1f{=I由于光在光纖中，一邊反射，一邊行進(jìn)，偏振由鐵心和線圈制造的電磁式CT，但其存在體積波相應(yīng)于曲線的形狀會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。針對此現(xiàn)象，大、信號受到電磁噪音干擾等難題。作為解決方在光纖的一端設(shè)置一塊鏡面導(dǎo)致光纖中光線的往案是應(yīng)用法拉第效應(yīng)研制成激光CT，東京電力返，借助光的來回往返，成功補(bǔ)償和解決了偏振波公司與東京大學(xué)共同開發(fā)激光CT，并在電力中的旋轉(zhuǎn)問題。央研究所進(jìn)行了試驗，但尚未達(dá)到實用化的程度。將鉛玻璃光纖用于傳感器元件，并結(jié)合利用其原因之一是當(dāng)時處于光電子的初期階段，相關(guān)鏡面的方法，

5、只需把光纖卷繞在載流導(dǎo)體上，用于技術(shù)還不成熟。20世紀(jì)七八十年代，光纖通信電流計測的反射型傳感器就基本完成。其次，開已經(jīng)普及，由英圈中央電學(xué)研究實驗所(CERI)發(fā)了調(diào)制程度的平均處理與信號處理方式，這有等機(jī)構(gòu)提出，光纖通信應(yīng)用到法拉第·傳感器的利于特性的穩(wěn)定及噪音的抑制。此外，對光源、受元件。因為，光纖電流傳感器是基于Faraday光元件、信號傳輸光纖等種類與傳感器特性的關(guān)效應(yīng)來測定電流的，采用光纖作為傳感介質(zhì)，故在系進(jìn)行了研究，而且，慎重選擇了旨在降低成本和絕緣性、抗電磁干擾、可靠性等方面，比傳統(tǒng)的

6、電實現(xiàn)小型化的傳感器制作技術(shù)。目前，光纖傳磁式CT有很大優(yōu)勢。而且，它還不含交流線圈，感器技術(shù)正朝實用化的方向進(jìn)展，以適應(yīng)電力系不存在開路危險。統(tǒng)的廣泛需求。與傳統(tǒng)的電磁式CT比較，光纖電流傳感器2光纖電流傳感器的工作原理與種類除具有前述的優(yōu)點(diǎn)以外還具備(1)容易安裝，不用斷開導(dǎo)線，僅將細(xì)長、柔軟的絕緣光纖卷繞在導(dǎo)()FcT主要由傳感頭、輸送與接收光纖、電子?55O?．2008年第6期上海電力回路等三部分組成，如圖1所示。傳感頭包含2．2全光纖式AoFCT載流導(dǎo)體，繞于載流導(dǎo)體上的傳感光纖，以及起偏實際

7、應(yīng)用中還有一種全光纖(All—fiber)式鏡、檢偏鏡等光學(xué)部件。電子回路則有光源、受光CT，其工作原理與無源式0FCT相同，如圖3所元件、信號處理電路等。從傳感頭有無電源的角示。度，可分為無源式和有源式兩類。載光纖輸出光纖圖3全光纖式cT的傳感頭以前，光纖CT的研究主要集中在磁光晶體結(jié)構(gòu)的傳感頭方案上。歐洲ABB公司研制出達(dá)到IEC標(biāo)準(zhǔn)0．2級晶體結(jié)構(gòu)的OFCT。近年來，北美Nxtphase公司研制出超過IEC標(biāo)準(zhǔn)0．2S1光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)不意圖級的全光纖AOFCT；我國清華、華中科大也相繼2．1

8、無源式OFCT研制出正常環(huán)境下精度為0．3的塊狀結(jié)構(gòu)OFCT主要利用了Faraday磁光效應(yīng)。即磁AOFCT。北航研制的新型AOFCT，傳感光纖采場不能對自然光產(chǎn)生直接作用，但在光學(xué)各向同用共光路設(shè)計，因而具有較好的互易性和較強(qiáng)的性的透明介質(zhì)中，外加磁場H可使在介質(zhì)中沿磁抗干擾能力。全溫下比例因數(shù)變化小于0．5。場方向傳播平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這種全光纖CT系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。整個結(jié)構(gòu)現(xiàn)象被稱為磁致旋光效應(yīng)或Faraday效應(yīng)。按功能