Tip:當線偏振光在介質(zhì)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?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角度ψ與磁感應強度B和光穿越介質(zhì)的長度l的乘積成正比,即ψ=V*B*l,比例系數(shù)V稱為費爾德常數(shù),與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān)。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場方向。上述現(xiàn)象稱為法拉第效應。1845年由M.法拉第發(fā)現(xiàn)。
01光纖電流傳感器結(jié)構(gòu)
圖示:光纖電流傳感器結(jié)構(gòu)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(chǎn)生直接作用,但在光學各向同性透明介質(zhì)中,外加磁場H可使在介質(zhì)中沿磁場方向傳播平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)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(shù),旋轉(zhuǎn)角度θ與被測電流i成正比。利用檢偏器將旋轉(zhuǎn)角θ的變化,轉(zhuǎn)換為輸出光強度的變化,經(jīng)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(tǒng)互感器傳感原理,利用有源器件調(diào)制技術(shù)、以光纖為信號傳輸媒介,將高壓側(cè)轉(zhuǎn)換得到的光信號送到低壓側(cè)解調(diào)處理,并得到被測電流信號的新型傳感器。它既發(fā)揮了光纖系統(tǒng)的絕緣性能好、抗干擾能力強的優(yōu)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(tǒng)互感器原理技術(shù)成熟的優(yōu)勢,避免了純光學互感器光路復雜、穩(wěn)定性差等技術(shù)難點。
圖示:有源式光纖電流傳感器構(gòu)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(shù)以及一次電流有關(guān),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(nèi)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(tǒng)中電流的測量;除此之外與電機制造廠、測量儀器儀表廠結(jié)合,還可研制開發(fā)線路事故點的標定裝置及事故區(qū)間的判定裝置等一系列電力系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)場校正測試