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一種溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊及光學(xué)電流互感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊及光學(xué)電流互感器，該光學(xué)電流測(cè)量模塊包括用于與光源連接的入射光纖和用于與光信號(hào)解調(diào)器連接的出射光纖，入射光纖和出射光纖之間順次布設(shè)有第一自聚焦透鏡、起偏器、磁光玻璃、檢偏器和第二自聚焦透鏡；磁光玻璃表面設(shè)有用于測(cè)量其內(nèi)部溫度的溫度傳感器。本發(fā)明在測(cè)量光學(xué)元表面設(shè)置溫度傳感器，測(cè)量磁光玻璃的內(nèi)部溫度，感知其溫度變化，從出射光信號(hào)E2中解調(diào)出磁光玻璃感受到的被測(cè)電流，再通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆绞叫拚殴獠ＡУ姆ɡ诖牌堑南禂?shù)，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量電流的補(bǔ)償。這種光學(xué)電流測(cè)量模塊的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，測(cè)量精度高，具有測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大、無(wú)電磁飽和、測(cè)量頻帶寬、溫度范圍寬的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊及光學(xué)電流互感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊及光學(xué)電流互感器。
【背景技術(shù)】
[0002]由于傳統(tǒng)的電磁式電流互感器存在的鐵磁材料飽和、直流分量測(cè)量和高壓絕緣等問(wèn)題，隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展，就需要解決這些影響超高壓和特高壓發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，為此，近年來(lái)發(fā)展了多種形式的新型電子式電流互感器，其中，基于法拉第磁光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器具有絕緣性能優(yōu)良、無(wú)暫態(tài)磁飽和、動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大、頻率響應(yīng)寬、抗電磁干擾能力強(qiáng)、體積小重量輕、易與數(shù)字設(shè)備接口等優(yōu)點(diǎn)，是最理想的電子式電流互感器，是電子式電流互感器發(fā)展的主要方向。
[0003]光學(xué)電流傳感器相較于傳統(tǒng)電流傳感器具有安全性高、精度高、測(cè)量范圍廣等眾多的優(yōu)點(diǎn)，但是至今在實(shí)際應(yīng)用中并未得到充分的推廣，原因在于目前的光學(xué)電流傳感器，受溫度、時(shí)間、位置、外磁場(chǎng)等諸多因素的影響，
[0004]導(dǎo)致傳感器精度難以滿足要求，而大電流、超大電流的測(cè)量往往在十分惡劣的環(huán)境下進(jìn)行，這就導(dǎo)致溫度對(duì)傳感器的影響尤為突出，由于溫度對(duì)光學(xué)傳感器件(磁光玻璃或傳感光纖)的影響直接導(dǎo)致了測(cè)量精度降低和誤差增大，嚴(yán)重影響電流測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性，很難滿足0.2s級(jí)的測(cè)量精度要求。
[0005]光學(xué)電流傳感器的原理:光束通過(guò)磁光晶體(一般為磁光玻璃)時(shí)，在磁場(chǎng)的影響下由于法拉第效應(yīng)，光場(chǎng)的偏振態(tài)會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。將光束通過(guò)起偏器得到線偏振光；再通過(guò)磁光晶體，在磁場(chǎng)的影響下，光束偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)；用檢偏器檢測(cè)偏振方向旋轉(zhuǎn)角，即可測(cè)量出磁場(chǎng)的大小。由于電流的磁效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)測(cè)量磁場(chǎng)的大小可計(jì)算出相應(yīng)的電流大小。但是因?yàn)榇殴饩w的費(fèi)爾德常數(shù)大小與溫度成反比，所以在環(huán)境溫度變化較大時(shí)，測(cè)量結(jié)果會(huì)有一定誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊，以解決現(xiàn)有光學(xué)電流傳感器受溫度影響無(wú)法精確測(cè)量電流的問(wèn)題，同時(shí)提供一種使用該光學(xué)電流測(cè)量模塊的光學(xué)電流互感器。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊，包括用于與光源連接的入射光纖和用于與光信號(hào)解調(diào)器連接的出射光纖，所述入射光纖和出射光纖之間順次布設(shè)有第一自聚焦透鏡、起偏器、磁光玻璃、檢偏器和第二自聚焦透鏡；所述磁光玻璃表面設(shè)有用于測(cè)量其內(nèi)部溫度的溫度傳感器。
[0008]該光學(xué)電流測(cè)量模塊密封于密閉非磁性容器內(nèi)。
[0009]所述溫度傳感器為光纖溫度傳感器，該光纖溫度傳感器的信號(hào)輸出端通過(guò)光纖與光信號(hào)解調(diào)器連接。
[0010]所述光源為光信號(hào)解調(diào)器內(nèi)設(shè)的光源。[0011 ] 本發(fā)明溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流互感器所采用的技術(shù)方案是:一種溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流互感器，包括光源和光信號(hào)解調(diào)器以及光學(xué)電流測(cè)量模塊，所述光學(xué)電流測(cè)量模塊包括用于與光源連接的入射光纖和用于與光信號(hào)解調(diào)器連接的出射光纖，所述入射光纖和出射光纖之間順次布設(shè)有第一自聚焦透鏡、起偏器、磁光玻璃、檢偏器和第二自聚焦透鏡；所述磁光玻璃表面設(shè)有用于測(cè)量其內(nèi)部溫度的溫度傳感器。
[0012]該光學(xué)電流測(cè)量模塊密封于密閉非磁性容器內(nèi)。
[0013]所述溫度傳感器為光纖溫度傳感器，該光纖溫度傳感器的信號(hào)輸出端通過(guò)光纖與光信號(hào)解調(diào)器連接。
[0014]所述光源為光信號(hào)解調(diào)器內(nèi)設(shè)的光源。
[0015]本發(fā)明的溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊及光學(xué)電流互感器在測(cè)量光學(xué)元件——磁光玻璃表面設(shè)置溫度傳感器，用于測(cè)量磁光玻璃的內(nèi)部溫度，再通過(guò)接收出射光信號(hào)E2，從中解調(diào)出磁光玻璃感受到的被測(cè)電流，利用溫度傳感器感知磁光玻璃的內(nèi)部溫度變化，通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆绞剑拚殴獠ＡУ姆ɡ诖牌堑南禂?shù)，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量電流的補(bǔ)償。這種光學(xué)電流測(cè)量模塊的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，測(cè)量精度高，不僅具有測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大、無(wú)電磁飽和、測(cè)量頻帶寬、溫度范圍寬的特點(diǎn)，而且還具有環(huán)保和安全的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明光學(xué)電流測(cè)量模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明光學(xué)電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
[0019]如圖1所示為本發(fā)明溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖，由圖可知，該測(cè)量模塊包括用于與光源連接的入射光纖和用于與光信號(hào)解調(diào)器連接的出射光纖，入射光纖和出射光纖之間順次布設(shè)有第一自聚焦透鏡11、起偏器2、磁光玻璃3、檢偏器4和第二自聚焦透鏡12 ;該磁光玻璃表面設(shè)有用于測(cè)量其內(nèi)部溫度的溫度傳感器5。
[0020]本實(shí)施例的溫度傳感器為光纖溫度傳感器，該光纖溫度傳感器的輸出信號(hào)通過(guò)溫度信號(hào)光纖與光信號(hào)解調(diào)器的溫度信號(hào)光接收器連接；出射光纖與光信號(hào)解調(diào)器的光信號(hào)接收器連接。采用光纖溫度傳感器可以使其應(yīng)用于各種高壓環(huán)境，適應(yīng)性較強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求較低。
[0021]另外，該光學(xué)電流測(cè)量模塊密封于密閉非磁性容器6內(nèi)，對(duì)相應(yīng)的元件起到了保護(hù)作用，避免了對(duì)元件的損壞，并且也排除了溫度變化時(shí)水分等(比如溫度降低時(shí)出現(xiàn)的水分凝結(jié)現(xiàn)象)對(duì)測(cè)量精度的影響，外部環(huán)境溫度變化較大時(shí)，容器內(nèi)部的密閉環(huán)境變化較為緩慢，營(yíng)造了一個(gè)比較穩(wěn)定的測(cè)量環(huán)境。
[0022]本實(shí)施例的光源采用光信號(hào)解調(diào)器自身內(nèi)設(shè)的光源，形成一個(gè)閉環(huán)測(cè)量回路，根據(jù)測(cè)量需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，更為方便可靠。當(dāng)然，此處的光源也可以采用一個(gè)恒定的外部光源。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流互感器，包括光源和光信號(hào)解調(diào)器以及與光源和光信號(hào)解調(diào)器連接的光學(xué)電流測(cè)量模塊，所述光學(xué)電流測(cè)量模塊的結(jié)構(gòu)如上所述。[0024]本發(fā)明的工作原理如下:光強(qiáng)為El的入射光經(jīng)第一自聚焦透鏡11傳導(dǎo)至起偏器2產(chǎn)生偏振光E0,再經(jīng)磁光玻璃3和檢偏器4傳導(dǎo)至第二自聚焦透鏡12出射后，出射光的光強(qiáng)為E2 ;光纖溫度傳感器5固定于磁光玻璃表面用于測(cè)量溫度模塊的內(nèi)部溫度。通過(guò)光信號(hào)解調(diào)器接收出射光信號(hào)E2，從中解調(diào)出磁光玻璃感受到的被測(cè)電流，利用光纖溫度傳感器感知磁光玻璃的內(nèi)部溫度變化，通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆绞剑拚殴獠ＡУ姆ɡ诖牌堑南禂?shù)，達(dá)到精確測(cè)量電流的目的。
[0025]本發(fā)明光信號(hào)與溫度信號(hào)分別為獨(dú)立的測(cè)量信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)后進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理較為簡(jiǎn)單方便，實(shí)用性強(qiáng)，可操作性高。該光學(xué)電流測(cè)量模塊電流精確測(cè)量的原理及過(guò)程如下:根據(jù)法拉第磁旋光效應(yīng)表述，當(dāng)電流i產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與通過(guò)磁光玻璃的線偏振光的傳播方向平行時(shí)，其線偏振光的偏振角將發(fā)生變化，偏振角θ =ν(α).Κ.?
[0026]式中V ( α )——磁光材料的菲爾德常數(shù)，是溫度的函數(shù)；
[0027]i——被測(cè)電流；
[0028]K——磁場(chǎng)積分與被測(cè)電流的倍數(shù)關(guān)系。
[0029]當(dāng)考慮到溫度因素時(shí)，經(jīng)檢偏器后的輸出光強(qiáng)
【權(quán)利要求】
1.一種溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊，其特征在于:包括用于與光源連接的入射光纖和用于與光信號(hào)解調(diào)器連接的出射光纖，所述入射光纖和出射光纖之間順次布設(shè)有第一自聚焦透鏡、起偏器、磁光玻璃、檢偏器和第二自聚焦透鏡；所述磁光玻璃表面設(shè)有用于測(cè)量其內(nèi)部溫度的溫度傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊，其特征在于:該光學(xué)電流測(cè)量模塊密封于密閉非磁性容器內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊，其特征在于:所述溫度傳感器為光纖溫度傳感器，該光纖溫度傳感器的信號(hào)輸出端通過(guò)光纖與光信號(hào)解調(diào)器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流測(cè)量模塊，其特征在于:所述光源為光信號(hào)解調(diào)器內(nèi)設(shè)的光源。
5.一種溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流互感器，包括光源和光信號(hào)解調(diào)器以及光學(xué)電流測(cè)量模塊，其特征在于:所述光學(xué)電流測(cè)量模塊包括用于與光源連接的入射光纖和用于與光信號(hào)解調(diào)器連接的出射光纖，所述入射光纖和出射光纖之間順次布設(shè)有第一自聚焦透鏡、起偏器、磁光玻璃、檢偏器和第二自聚焦透鏡；所述磁光玻璃表面設(shè)有用于測(cè)量其內(nèi)部溫度的溫度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流互感器，其特征在于:該光學(xué)電流測(cè)量模塊密封于密閉非磁性容器內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流互感器，其特征在于:所述溫度傳感器為光纖溫度傳感器，該光纖溫度傳感器的信號(hào)輸出端通過(guò)光纖與光信號(hào)解調(diào)器連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5?7任意一項(xiàng)所述的溫度補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)電流互感器，其特征在于:所述光源為光信號(hào)解調(diào)器內(nèi)設(shè)的光源。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK103995166SQ201410178871
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】田志國(guó), 池立江, 袁亮, 鄭健, 劉偉, 魏少鵬, 史文強(qiáng), 步夢(mèng)瓊, 郭亞強(qiáng), 孫如京, 張賀, 薛曉敏 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 許繼集團(tuán)有限公司