基于双波长结构的光学电流互感器及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光学电流互感器技术领域，特别是设及一种基于双波长结构的光学电 流互感器及其磁场及电流的测量方法。
【背景技术】
[0002] 光学电流互感器作为一种新型的电流互感器，其具有动态范围大、测量量程与造 价不成比例关系、绝缘性能好等优点，因此受到了广泛的关注。但同时它也存在着一些缺 陷，其中的一个主要方面就是由于磁光晶体的费尔德常数受溫度影响，因此在不同的环境 溫度下会使得测量值产生一定的误差，影响测量精度。一般的基于法拉第效应的光学电流 互感器的测量过程为:光源发出的自然光经光纤进入准直器，从准直器发出的光经过起偏 器后成为具有一定偏振方向的线偏振光，线偏振光经过法拉第晶体时，在磁场的作用下，偏 振方向会发生一定的偏转，从磁光晶体出射的光再通过偏振分光片分为两束偏振方向相互 垂直的线偏振光，经两准直器后输出，经过光纤进入光电探测器转换为电信号，再对电信号 进行处理。对两路电信号进行差除和运算，可W得到偏振光在磁场作用下的偏转角度，而偏 振光的偏转角度与电流产生的磁场强度W及磁光材料的费尔德常数有关，由此可W测得电 流的大小。而溫度的变化会使材料的费尔德常数发生变化，因此会对测量结果造成一定的 影响。
【发明内容】
[0003] 针对上述的现有技术及存在的问题，本发明提出了一种基于双波长结构的光学电 流互感器及测量方法，两束不同波长的光同时入射至磁光晶体，并且利用两个光电探测器 分别探测两个波长下的光强信号；
[0004] 本发明的测量方法为首先测定磁光晶体在两个波长下的费尔德常数与溫度之间 的函数关系，再由测量过程中两个波长下的光强信号输出值计算得到传感头所在位置的磁 场强度和溫度值，再根据导线中电流与所产生的磁场之间的关系即可得到电流值。
[000引发明提出了一种基于双波长结构的光学电流互感器，其特征在于，该装置包括通 过光纤连接的第一光源1、第二光源2、光纤禪合器3、传感头4、第一波分解复用器5、第二波 分解复用器6、第一光电探测器7、第二光电探测器8，；传感头4内的光学元件依次为第一准 直器9、起偏器10、磁光晶体11、偏振分光棱镜12、第二准直器13和第Ξ准直器14;其中：
[0006]作为输入双光源的第一光源1、第二光源2具有不同的波长;第一光源1、第二光源2 发出的光通过光纤禪合器3禪合入同一根光纤，该光纤传输的光束进入传感头4;在所述传 感头4中：光束经第一准直器9准直后入射至起偏器10,经过起偏器10后变为偏振光入射至 磁光晶体11，磁光晶体11出射的光经过偏振分光棱镜12变为偏振方向互相垂直的两束光， 一束光经第二准直器13输出；再经过第一波分解复用器5将不同波长的光分开;入射至第一 光电探测器7和第二光电探测器8;另一束光经第Ξ准直器14后输出；再经过第二波分解复 用器則尋不同波长的光分开，分别入射至第一光电探测器7和第二光电探测器8。
[0007] 本发明还提出了利用基于双波长结构的光学电流互感器的测量方法，该方法包括 W下步骤：
[0008] 步骤一、将基于双波长结构的光学电流互感器置于溫箱中，在每个溫度下对同一波 长下的偏振方向互相垂直的两路光强信号（III和II)进行测量，并记录相对应的磁场强度。 随后进行差除和运算，从而根据差除和的运算输出值公式
对 费尔德常数进行推导，得到
在得到了每个溫度点所对应的费尔德常数后，再对 记录点进行拟合W得到费尔德常数与溫度之间的函数关系;在两个不同的波长下，磁光晶 体的费尔德常数与溫度之间的函数关系分别为：
[0009]
(1.)
[0010] 其中，【^^,,为第一光源波长下、某一溫度点T的磁光晶体的费尔德常数；^，。为第二光 源波长下、某一溫度点T的磁光晶体的费尔德常数；
[0011] 步骤二、在实际测量过程中，得到两束不同波长的偏振光在外界磁场的作用下经 过磁光晶体后旋转的角度θ?、02为：
[0012]
(2)
[0013] 其中V为磁光晶体的费尔德常数，Η为传感头所在位置的磁场强度，L为光束在磁光 晶体中通过的长度；
[0014] 步骤Ξ、经过偏振分光棱镜12分光后，得到了偏振方向互相垂直的两路光信号，再 经过波分解复用器后，分别得到与第一光源1、第二光源2运两个光源相对应的两组偏振方 向互相垂直的光强信号，对同一波长下测量的偏振方向互相垂直的两路光强信号进行差除 和运算，得到运算输出值为：
[0015]
(3)
[0016] 其中，Zi和Ζ2分别为两个波长下的偏振方向互相垂直的光强信号进行差除和运算 后的输出值;对方程组(3)进行求解，得到溫度T和磁场强度H，再由电流I与其产生的磁场Η 之间的关系，最终求得所测电流值的大小。
[0017] 与现有技术相比，本发明的基于双波长结构的光学电流互感器的光源为两个波长 不同的光源，而且可W分别得到相应波长下的两个光强信号输出值，因此可W组成两个方 程，对溫度Τ和磁场强度Η两个未知量进行求解，避免了由于费尔德常数随溫度变化而造成 的测量结果不准确。系统采用了两个光源的光束都通过同一磁光晶体的结构形式，没有增 加过多的光路结构，系统结构较为简单。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的基于双波长结构的光学电流互感器结构示意图，
[0019] 图2为光学电流互感器传感头的内部结构示意图
[0020] 1、第一光源;2、第二光源;3-光纤禪合器;4、传感头、5、第一波分解复用器;6、第二 波分解复用器;7、第一光电探测器;8、第二光电探测器W及各器件之间用于连接的光纤;传 感头4内的光学元件依次为9、第一准直器;10、起偏器;11、磁光晶体;12、偏振分光棱镜；13、 第二准直器;14、第Ξ准直器。
【具体实施方式】
[0021] 如图1所示，为本发明的基于双波长结构的光学电流互感器结构示意图。其中，光 源为双光源(第一光源1和第二光源2)，两个光源有不同的波长，两个光源发出的光通过光 纤禪合器禪合3进入同一根光纤，光束经第一准直器9准直后入射至起偏器10,经过起偏器 10后变为偏振光入射至磁光晶体11，磁光晶体11出射的光经过偏振分光棱镜12变为偏振方 向互相垂直的两束光，一束光经第二准直器13输出，再经过第一波分解复用器引尋不同波长 的光分开，入射至第一光电探测器7和第二光电探测器8,另一束光经第Ξ准直器14后输出， 再经过第二波分解复用器則尋不同波长的光分开，分别入射至第一光电探测器7和第二光