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详解光纤电流传感器原理

作者:未知   发布时间:2017-12-28 10:42:04   浏览次数:117

定义:光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新型电流传感器。

1、光纤电流传感器原理

Tip:当线偏振光在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比,即ψ=V*B*l,比例系数V称为费尔德常数,与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应。1845年由M.法拉第发现。

01、光纤电流传感器结构

详解光纤电流传感器原理

  图示:光纤电流传感器结构示意图

光纤电流传感器主要由传感头、输送与接收光纤、电子回路等三部分组成(如图所示)。传感头包含载流导体,绕于载流导体上的传感光纤,以及起偏镜、检偏镜等光学部件。电子回路则有光源、受光元件、信号处理电路等。从传感头有无电源的角度,可分为无源式和有源式两类。

02、无源式光纤电流互感器(OFCT)

  OFCT主要利用了法拉第磁光效应。即磁场不能对自然光产生直接作用,但在光学各向同性透明介质中,外加磁场H可使在介质中沿磁场方向传播平面偏振光的偏振面发生旋转。这种现象被称为磁致旋光效应或法拉第效应。  当一束线性偏振光通过置于磁场中的法拉第旋光材料时,若磁场方向与光的传播方向相同,则光的偏振面将产生旋转。旋转角θ正比于磁场强度H沿偏振光通过材料路径的线积分:

详解光纤电流传感器原理

式中,V为磁光材料的Verder常数,旋转角度θ与被测电流i成正比。利用检偏器将旋转角θ的变化,转换为输出光强度的变化,经光电变换及相应的信号处理,便可求得被测电流i,如图所示。

详解光纤电流传感器原理

图示:光纤电流传感器传感头

03、有源式光纤电流传感器(HOCT)

  这是一种基于传统 互感器传感原理,利用有源器件调制技术、以光纤为信号传输媒介,将高压侧转换得到的光信号送到低压侧解调处理,并得到被测电流信号的新型传感器。它既发挥了光纤系统的绝缘性能好、抗干扰能力强的优点明显降低了大电流高压互感器的体积、重量和制造成本,又利用了传统互感器原理技术成熟的优势,避免了纯光学互感器光路复杂、稳定性差等技术难点。  有源OFCT是通过一次采样传感器(空心线圈或小CT,电阻分流器) 将电流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、变换成电信号以后输出。高压侧电子器件供电方式有光供电、母线电流供电和太阳能电池供电等。目前应用最多的是采用空心线圈的有源式OFCT,其组成原理图如图所示。

详解光纤电流传感器原理

图示:有源式光纤电流传感器构成原理图

空心线圈的截面为矩形或圆形,其感应电动势与线圈的尺寸、匝数以及一次电流有关,受外磁场和载流导体位置的影响小。因此,对空心线圈的输出电压积分即可还原为被测电流。







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