專利名稱：一種數字光纖電流傳感器的制作方法
一種數字光纖電流傳感器
技術 領域涉及一種數字光纖電流傳感器，是基于法拉第磁光效應、光纖陀螺工作原理、衍射 光柵干涉方法和數字圖像處理技術實現的。一束敏感光纖環繞載流導線，從兩端分別通過 敏感光纖的左旋偏振光和右旋偏振光在電流磁場的作用下產生相位差，相位差的大小是導 線電流的線性函數。應用衍射光柵干涉的方法使兩束線偏振光產生平行的干涉條紋，條紋 移動的距離是相位差的線性函數，即導線電流的線性函數，應用數字圖像處理方法測量條 紋移動的距離得到實時數字電流信號。本發明的測量方法是線性的，適用于電力系統交直 流電流的測量。
背景技術：
目前電力系統中使用的電流互感器或電流傳感器，是基于法拉第電磁感應原理的 電磁式、基于法拉第磁旋光效應的模擬光電式和利用羅哥夫斯基線圈實現的電子式。基于 光纖陀螺原理的光纖電流傳感器在國外已有成熟的產品，在國內已開始試運行。現有的光纖陀螺式電流傳感器，其特點是利用檢偏器和閉環控制的方法檢出反應 兩束線偏振光相差的光強變化，經光電轉換得到模擬電流信號，再經模數轉換得到數字電 流信號。其優點是利用光信號的傳遞實現了高低電位之間的光隔離；其缺點是光強測量的 方法是非線性的，測量的范圍和準確度受到限制，尤其是限制了對諧波分量的有效測量，難 以真實地反映系統的一次電流。另外，電磁式、模擬磁光式和電子式電流傳感器是把一次模 擬信號傳變為二次模擬信號，借助于模數轉換電路得到數字信號，在數字化變電站的應用 中有一定的局限性。
發明內容
本發明的目的是提出一種基于法拉第磁光效應、光纖陀螺工作原理、衍射光柵干 涉方法和數字圖像處理技術實現的線性數字式電流傳感器，如圖1所示。本發明所述的方法是將激光信號從光源[1]經光纖傳送到光纖起偏器[2]得到 線偏振光，經光纖分光器[3]分光后得到兩束線偏振光并通過光隔離器[4]傳送到3db耦 合器[5]，經光纖延遲線[6]后到達1/4波片[8]，[6]的作用是使光纖的長度為線偏振光 波拍長度的整數倍以便消除光纖的線性雙折射，通過保偏光纖[7]的線偏振光分別以45° 角進入1/4波片[8]得到左旋圓偏振光和右旋圓偏振光，并分別從兩端進入敏感光纖[9]， [9]環繞在載流導線[10]上，兩束圓偏振光經[10]的電流磁場調制后產生相位差，相位差 的大小是導線電流的線性函數。兩束圓偏振光經[8]后恢復為線偏振光，再經光纖延遲線后回到3db耦合器[5]，并分別傳送到準直擴束器[11]，經準直擴束后發射到衍射光柵 [12]產生平行的干涉條紋，條紋移動的距離是兩束線偏振光之間相位差的線性函數，即導 線電流的線性函數，應用CCD或CMOS圖像傳感器[13]測量干涉條紋移動的距離，與條紋相 對應的CMOS或CCD像素的地址編碼，就是電流信號的實時數字量。
圖1是本發明的原理圖。圖2是本發明的具體實施方式
。其中，[1]是光源，[2]是光纖起偏器，[3]是光纖分光器，[4]是光隔離器，[5]是 3db耦合器，[6]是光纖延遲線，[7]是保偏光纖，[8]是1/4波片，[9]是敏感光纖，[10]是 載流導線，[11]是準直擴束器，[12]是衍射光柵，[13]是CMOS或CCD圖像傳感器，[14]是 絕緣子。
具體實施例方式
具體實施方式
如圖2所示，激光信號從光源[1]經光纖傳送到光纖起偏器[2]得 到線偏振光，經光纖分光器[3]分光后得到兩束線偏振光并經光隔離器[4]分別傳送到3db 耦合器[5]，經光纖延遲線[6]后到達1/4波片[8]，通過保偏光纖[7]的線偏振光分別以 45°角進入1/4波片[8]得到圓偏振光，并分別從兩端進入敏感光纖[9]，[9]環繞在載流 導線[10]上，從兩端離開敏感光纖的圓偏振光經[10]的電流磁場調制后產生相位差，相位 差的大小是導線電流的線性函數。兩束圓偏振光經[8]后恢復為線偏振光，再經光纖延遲 線[6]后回到3db耦合器[5]，并分別傳送到準直擴束器[11]，經準直擴束后發射到衍射光 柵[12]產生平行的干涉條紋，條紋移動的距離是兩束線偏振光之間相位差的線性函數，即 導線電流的線性函數。應用CCD或CMOS圖像傳感器[13]測量干涉條紋移動的距離，與條 紋相對應的CMOS或CXD像素的地址編碼就是電流信號的實時數字量。其中[1]，[2]，[3]， [4]，[5]，[6]，[7]，[8]，[9]，[11]，[12]，[13]均置于[14]之中，[10]置于[14]的頂部。
權利要求
1.一種數字光纖電流傳感器，其特征是將一束敏感光纖環繞一載流導線，從兩端分 別通過敏感光纖的左旋偏振光和右旋偏振光在電流磁場的作用下產生相位差，應用衍射光 柵干涉的方法使兩束線偏振光產生平行的干涉條紋，條紋移動的距離與兩束線偏振光之間 的相位差即導線電流成正比，應用數字圖像處理方法測量條紋移動的距離得到實時數字電 流信號。
2.根據權利要求1所述的數字光纖電流傳感器，其特征是將激光信號從光源經光纖 傳送到光纖起偏器得到線偏振光，經光纖分光器分光后得到兩束線偏振光并經光隔離器分 別傳送到3db耦合器，經光纖延遲線后到達1/4波片，經保偏光纖分別以45°角注入1/4波 片得到圓偏振光，并從兩端進入環繞在載流導線上的敏感光纖，離開敏感光纖的兩束圓偏 振光經1/4波片后恢復為線偏振光，再經光纖延遲線后回到3db耦合器，并分別傳送到準直 擴束器，經準直擴束后發射到衍射光柵產生平行的干涉條紋，應用CCD或CMOS圖像傳感器 測量干涉條紋移動的距離。
3.根據權利要求1或2所述的數字光纖電流傳感器，其特征是應用準直擴束器調整 光束的大小使之與CCD或CMOS圖像傳感器的面陣或線陣窗口相匹配，應用衍射光柵干涉的 方法使兩束線偏振光產生平行的干涉條紋。
4.根據權利要求1或2或3所述的數字光纖電流傳感器，其特征是應用CCD或CMOS 圖像傳感控制器對衍射光柵干涉圖像實時采樣處理后得出干涉條紋移動的距離，與條紋位 置相對應的CMOS或CCD像素的編碼，就是電流信號的實時數字量。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的數字光纖電流傳感器，其特征是測量的方法 是線性的，既適用于交流電流的測量，也適用于直流電流的測量。
全文摘要
本發明涉及一種數字光纖電流傳感器，是基于法拉第磁光效應、光纖陀螺工作原理、衍射光柵干涉方法和數字圖像處理技術實現的。一束敏感光纖環繞載流導線，從兩端分別通過敏感光纖的左旋偏振光和右旋偏振光在電流磁場的作用下產生相位差，相位差的大小是導線電流的線性函數。應用衍射光柵干涉的方法使兩束線偏振光產生平行的干涉條紋，條紋移動的距離是兩束線偏振光之間相位差的線性函數，即導線電流的線性函數，應用數字圖像處理方法測量條紋移動的距離得到實時數字電流信號。本發明的測量方法是線性的，適用于電力系統交直流電流的測量。
文檔編號G01R19/25GK102053199SQ200910209528
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月29日 優先權日2009年10月29日
發明者徐啟峰, 陳沖 申請人:徐啟峰, 陳沖
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