一种应用光学原理检测直流电流的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电流检测装置，尤其是一种应用光学原理检测直流电流的装置。
【背景技术】
[0002]我国生产的霍尔电流传感器大部分是开放式电流传感器，其原理是当原边电流Ip流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压Vs精确的反映原边电流Ip。。此种原理的优点是结构简单，所用元器件较少，生产工艺简单，但其也存在一定缺点，其本身设计就存在先天的设计缺陷，电路易受外界干扰的因素比较多，如磁场、温度等，且霍尔器件目前还完全依赖国外进口，为了减少互感器受外界温度的影响，一些厂家对霍尔互感器做了一些物理性的温度补偿，即在传感器铁芯外面加上电阻加热器，使互感器始终处在一个恒定的温度状态下，以满足环境温度对互感器产生的影响，但实际使用表明，这样的温度补偿对霍尔互感器而言，所起到的帮助非常小，同时还大大的增加了传感器本身的能耗。
[0003]在结构设计方面，由于霍尔原理的局限性，传感部分结构设计必须用大量的硅钢片做导磁铁芯，这样就增加了传感部分的体积和重量，结构也变得非常的庞大，由于硅钢片材料本身存在离散性，导磁的特性很难做到一致，所以在制作生产过程中，工艺很难标准化，用硅钢片做铁芯的目的是为了使被测的磁场有一个均磁的作用，但这样也给传感部分带来了一个负面的影响，周边的杂散磁场同样也对其结构产生磁场干扰，是测量的精确度大大降低，为了保证测量的准确性，往往在工程现在，人为的把相邻的其他磁场源与被测的磁场距离拉开，这样就造成了设备体积的增大和用地面积的增大。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:现有直流电流传感器受外界干扰因素大，影响传感器的探测精度；另一方面，现有运用霍尔原理的传感器结构设计传感部分体积和重量大。
[0005]本发明的目的是提供一种精度高，且传感头可通用的直流电流监测装置。此目的是通过如下方式实现的:一种应用光学原理检测直流电流的装置，包括光学传感探测器、光学调制解调器、数字电路、数模转换器、显示终端；光学传感探测器，用于感应直流电流的大小和变化；光学调制解调器，用于进行信号的转换；数模转换器，用于将连续的模拟信号转变为离散的数字信号；还包括显示终端，用于显示电流和电压；光学传感器探测电流信号后，由光学调制解调器和数模转换器进行模拟信号和数字信号的相互转换，最终通过显示终端显示出来。通过光学传感器感应直流电流和电压的变化，其精度高于传统霍尔传感器一个数量级。
[0006]进一步地,所述显示终端包括电流显示模块、电压显示模块、电量显示模块、功率显示模块、显示屏，所述显示屏为触摸液晶显示屏。此显示终端实时显示电流、电压、电量及功率等，数值可以保存6个月，通过触摸屏进行相关时间段的数值查询，并供用户对生产进行分析和评价。
[0007]进一步地，还包括不锈钢全封闭机箱，所述光学传感探测器、光学调制解调器、数字电路、数模转换器及显示终端均安装于所述不锈钢全封闭机箱内。通过不锈钢全封闭机箱可以起到防污染、防金属粉尘、防强磁场和可靠散热的作用。
[0008]进一步地，所述的光学传感探测器包括传感环，其安装在直流大电流母线上，由长短不一的铝合金型材组装而成。铝合金型材具有标准的通用结构，方便安装。
[0009]进一步地，所述的传感环包括传感光纤，用来感应直流电流的大小和变化；以及光纤的外壳结构，用来保护光纤。
[0010]进一步地，所述的光缆连接器包括连接头和连接座。只要光纤的纤芯数对的上，任何的光缆头和头、座和座、头和座以及座和头都可以实现自然连接，并且有可靠的防污和防水功能，可以保证光信号在任何恶劣的环境下都能很好的传输光信号。
[0011]进一步地，所述的光学传感探测器为Faraday磁光效应原理的光学电流传感器。其具有良好的动态范围、优异的抗电磁干扰能力。
[0012]本发明的有益效果是:
[0013](一 )基于应用光学原理的直流电流测量精度高于传统霍尔是互感器一个数量级。
[0014](二)变单一的直流电流检测为多功能监控，可以实现直流电流、直流电压，瞬时功率以及累积电量的检测和监测，并有数据保存分析功能。
[0015](三)体积小，重量轻，通用结构设计，方便工业化生产、现场安装以及运输等。
[0016](四)全封闭式不锈钢机箱设计，全方位风尘防污染，同时可以保证可靠散热，保证电路、光路能过正常的工作。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的原理图；
[0018]图2是光学传感器的原理图；
[0019]图3是本发明的传感环通用结构图。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，光学传感探测器探测直流电流的变化，经过前置放大器，A/D转换器，然后由数字电路进行信号调解、积分器、寄存器、阶段波生成，最后经光学传感探测器输出，D/A转换器，放大器，相位调制器依次进行信号处理剂传输，此过程不断循环。
[0021]如图2所示，光学传感探测器的光纤光路的原理如下:光源发出的光经过Y波导起偏部分起偏为线偏光，后分成两路注入到保偏光纤中的同一个模态中，分别被λ/4波片
1、2转换成圆偏振光(两束光旋向相反)进入传感光纤，由于法拉第磁光效应的存在，其两束圆偏振光的光速发生变化，经过传感光纤中部的半波片后旋向均发生变化，与磁场之间的方向同时发生变化，再以同样的光速经过一半传感光纤后，经过另一 λ/4波片重新转换成线偏振光返回Y波导起偏部分发生干涉。穿过线圈骨架的导线中无电流传导时，两束光波在传感光纤中以圆偏振态传播时光速一致，均为V0,此时两束光波在Y波导起偏部分处干涉时无相位差。当导体中有电流流过时，根据安培环路定理可知，在通电导体附近产生了感生磁场。而法拉第磁光效应的一种表现形式是沿磁场方向传播的圆偏振光的光速发生变化，变成VDVO或V2〈V0 (有Vl-VO = VO - V2)，圆偏振光光速变成Vl还是V2与圆偏振光的旋向(左右)以及光传播方向(与磁场方向相同与否)有关。两束光波在传感光纤中传播时与磁场之间的方向关系始终相同，因此以不同旋向的圆偏振态传播时一束光速为VI，另一束光速为V2，因为V1>V2，所以两束光波在Y波导起偏部分处干涉时存在相位差。该相位差为法拉第相位差，由法拉第磁光效应产生，与电流大小成正比。因两束光波先后经过了相同的光路，但传播方向相反，因此干涉光强只与非互易性相位差有关。通过测量某一时刻的干涉光强，求出相位差，进而可得到该时刻相应的电流大小。
[0022]如图3所示，本发明的传感器外形结构采用通用化设计，利用几根不同长短的铝合金型材，就能很方便的组装成产品所需要的外形结构的要求，这些优点是通过通用型弯角来实现的。
[0023]本发明的应用光学原理检测直流电流的装置机箱全封闭自冷却抗强磁场干扰设计。由于有色金属冶炼都是高粉尘污染、高电磁场和高温度的使用环境，所以对微电子电路及光路的设计要求比较高，既要能保证微电子电路和光路能够可靠地工作，同时也要保证能够得到很好的散热，同时还不能进入金属粉尘和强磁场干扰，也要能满足生产工艺的要求。
[0024]本发明的显示终端采用触摸液晶显示屏，该显示屏具有如下效果:精确到安培级的数字电流指示，精确到伏特级的数字电压指示，六位数字显示的瞬时功率指示和精确到KWH的累积电量指示，电量累积到每个月最后一天24时自动归零，同时所有数据均有6个月的数据保存功能，可以方便用户随时调取某一个时间段的相关数据，对生产进行分析和评介，可以帮助用户提高生产效率，降低能耗，并有模拟指针式表头显示，通过光纤可以将现场的所有数据上传至总控制室，方便控制室操控人员远距离观察。
【主权项】
1.一种应用光学原理检测直流电流的装置，其特征在于:包括光学传感探测器、光学调制解调器、数字电路、数模转换器、显示终端； 光学传感探测器，用于感应直流电流的大小和变化； 光学调制解调器，用于进行信号的转换； 数模转换器，用于将连续的模拟信号转变为离散的数字信号； 还包括显示终端，用于显示电流和电压； 光学传感器探测电流信号后，由光学调制解调器和数模转换器进行模拟信号和数字信号的相互转换，最终通过显示终端显示出来。2.根据权利要求1所述的应用光学原理检测直流电流的装置，其特征在于:所述显示终端包括电流显示模块、电压显示模块、电量显示模块、功率显示模块、显示屏，所述显示屏为触摸液晶显示屏。3.根据权利要求1所述的应用光学原理检测直流电流的装置，其特征在于:还包括不锈钢全封闭机箱，所述光学传感探测器、光学调制解调器、数字电路、数模转换器及显示终端均安装于所述不锈钢全封闭机箱内。4.根据权利要求3所述的应用光学原理检测直流电流的装置，其特征在于:所述的光学传感探测器包括传感环，其安装在直流大电流母线上，由长短不一的铝合金型材组装而成。5.根据权利要求4所述的应用光学原理检测直流电流的装置，其特征在于:所述的传感环包括传感光纤，用来感应直流电流的大小和变化；以及光纤的外壳结构，用来保护光纤。6.根据权利要求5所述的应用光学原理检测直流电流的装置，其特征在于:所述的光缆连接器包括连接头和连接座。7.根据权利要求1所述的应用光学原理检测直流电流的装置，其特征在于:所述的光学传感探测器为Faraday磁光效应原理的光学电流传感器。
【专利摘要】本发明涉及一种电流检测装置，尤其是一种应用光学原理检测直流电流的装置。解决的技术问题是：现有直流电流传感器受外界干扰因素大，影响传感器的探测精度；另一方面，现有运用霍尔原理的传感器结构设计传感部分体积和重量大。一种应用光学原理检测直流电流的装置，包括光学传感探测器、光学调制解调器、数字电路、数模转换器、显示终端；光学传感器探测电流信号后，由光学调制解调器和数模转换器进行模拟信号和数字信号的相互转换，最终通过显示终端显示出来。有益效果是：精度高，且有数据保存分析功能，体积小，重量轻，传感器接头通用结构设计，方便工业化生产、现场安装以及运输；全封闭式不锈钢可以抗强磁干扰，防尘，防水。
【IPC分类】G01R19/00, G01R15/24
【公开号】CN105606868
【申请号】CN201410686196
【发明人】王义刚
【申请人】王义刚
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2014年11月25日