Tip:當線偏振光在介質中傳播時,若在平行于光的傳播方向上加一強磁場,則光振動方向將發生偏轉,偏轉角度ψ與磁感應強度B和光穿越介質的長度l的乘積成正比,即ψ=V*B*l,比例系數V稱為費爾德常數,與介質性質及光波頻率有關。偏轉方向取決于介質性質和磁場方向。上述現象稱為法拉第效應。1845年由M.法拉第發現。
01光纖電流傳感器結構
圖示:光纖電流傳感器結構示意圖
纖電流傳感器主要由傳感頭、輸送與接收光纖、電子回路等三部分組成(如圖所示)。傳感頭包含載流導體,繞于載流導體上的傳感光纖,以及起偏鏡、檢偏鏡等光學部件。電子回路則有光源、受光元件、信號處理電路等。從傳感頭有無電源的角度,可分為無源式和有源式兩類。
02無源式光纖電流互感器(OFCT)
OFCT主要利用了法拉第磁光效應。即磁場不能對自然光產生直接作用,但在光學各向同性透明介質中,外加磁場H可使在介質中沿磁場方向傳播平面偏振光的偏振面發生旋轉。這種現象被稱為磁致旋光效應或法拉第效應。
式中,V為磁光材料的Verder常數,旋轉角度θ與被測電流i成正比。利用檢偏器將旋轉角θ的變化,轉換為輸出光強度的變化,經光電變換及相應的信號處理,便可求得被測電流i,如圖所示。
圖示:光纖電流傳感器傳感頭
03有源式光纖電流傳感器(HOCT)
這是一種基于傳統互感器傳感原理,利用有源器件調制技術、以光纖為信號傳輸媒介,將高壓側轉換得到的光信號送到低壓側解調處理,并得到被測電流信號的新型傳感器。它既發揮了光纖系統的絕緣性能好、抗干擾能力強的優點明顯降低了大電流高壓互感器的體積、重量和制造成本,又利用了傳統互感器原理技術成熟的優勢,避免了純光學互感器光路復雜、穩定性差等技術難點。
圖示:有源式光纖電流傳感器構成原理圖
空心線圈的截面為矩形或圓形,其感應電動勢與線圈的尺寸、匝數以及一次電流有關,受外磁場和載流導體位置的影響小。因此,對空心線圈的輸出電壓積分即可還原為被測電流。
以上內容摘錄自光纖電流傳感器的工作原理及應用,鄧隱北、彭曉華。
光纖電流傳感器主要應用于電力系統中電流的測量;除此之外與電機制造廠、測量儀器儀表廠結合,還可研制開發線路事故點的標定裝置及事故區間的判定裝置等一系列電力系統的測量、診斷裝置。
圖示:帶柔性光纜的FOCT在中國電力科學研究院(武漢)做隔離刀開合閘測試現場
圖示:高精度全光纖大電流直流傳感器在中國計量科學研究院作現場校正測試