一种基于双探头免定标的光学电流传感器及方法
【专利摘要】本发明公布了一种基于双探头免定标的光学电流传感器的检测方法，所述传感器由两个磁光电流传感头、传感头固定支架以及测量单元组成。所述方法采用传感头固定支架，保证两个传感头的相对距离固定，不受温度、应力等环境扰动的影响；测量单元，接收两个磁光电流传感头的输出光强，转化为电信号并计算输出测量电流值，通过对两个传感头测量值的解调可以直接消除安装时相对电缆导线距离对测量结果的影响，避免了传感器现场安装时需要加电定标的困难。
【专利说明】一种基于双探头免定标的光学电流传感器及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于双探头免定标的光学电流传感器及方法，属于电气测量、校准的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]磁光电流传感器从开始研究到现在已经数十年，许多国内外的厂商都已推出各自的产品。磁光电流传感器相较于传统电流传感器具有安全性高、精度高、测量范围广等众多的优点，但是至今在实际应用中并未得到充分的推广。原因在于目前的光学电流传感器，受温度、时间、位置、外磁场等诸多因素的影响，造成传感器精确度下降。尤其是受待测导线到传感器距离的影响，对于不同导线、不同使用环境，在使用前都需要对传感器进行单独的校准和现场定标，这为现场安装和调试工作带来巨大的麻烦。使用中还需要定期进行校准维护，给传感器的应用带来了困难和不便。目前行业中已有的自校准技术多使用复杂控制电路进行误差修正，增大成本的同时对于传感器使用条件也带来了一定的限制，且校准结果并不理想。
[0003]相关技术1:使用[1]电流传感器现场校准仪进行误差检验。
[0004]如图1所示，电流现场校准仪是通过霍尔元件或其它电流传感器2检测通电导线I中的电流信号，检测的信号连接放大器3放大输出后经采样电路4得到电流测量值。
[0005]将电流现场校准仪与被校准电流传感器挂在同一根导电母线上，同一时间读取两个示值，避免时间差造成的误差。通过显示的差值对被校传感器现场调试即可达到使用精度。
[0006]使用电流现场校准仪来校准电流传感器，对校准仪的精度要求较高。将校准仪和被校准传感器接入导线需要断开电网，定期检测比较麻烦。
[0007]相关技术2:[2]在线检测、校准的霍尔电流传感器。
[0008]中国专利200910241742.2提供了一种自动校准和修正霍尔电流传感器误差的方法，包括测量用霍尔电流传感器；缠绕在测量用霍尔电流传感器上的辅助校准线圈，与可控电流源的输出及辅助校准霍尔电流传感器的输入回路相串联；可控电流源的控制信号连接到测控单元的控制输出端。
[0009]辅助校准线圈中的电流与测量用霍尔电流传感器输出电流有一个固定的比例关系。测量用霍尔电流传感器与辅助校准霍尔电流传感器处于相同的环境下，通过比较辅助校准霍尔电流传感器测量辅助校准线圈所得的电流值与测量用霍尔电流传感器的输出电流值，可以计算霍尔电流传感器的测量误差。对测量用霍尔电流传感器进行相应的修正即可实现自动校准。
[0010]在线检测、校准的霍尔电流传感器体积大、控制电路较为复杂。
[0011]相关技术3:磁光电流传感器。
[0012]光束通过磁光晶体时,在磁场的影响下由于法拉第效应,光场的偏振态会发生旋转。旋转的角度与磁光晶体的费尔德常数、磁场的大小和角度以及磁光晶体的长度相关。
[0013]将光束通过起偏器得到线偏振光；再通过磁光晶体，在磁场的影响下，光束偏振方向发生旋转；用检偏器检测偏振方向旋转角，即可测量出磁场的大小。由于电流的磁效应会产生磁场，通过测量磁场的大小可计算出相应的电流大小。
[0014][I],专利号200910272835.1直流大电流传感器现场校准仪；
[0015][2],专利号200910241742.2 —种霍尔电流传感器在线检测校准方法.
[0016]磁光电流传感器相比于传统的电流传感器具有很好的电气绝缘性，不受电磁辐射的影响，抗干扰能力强，且频率响应快等诸多优点，但是基于法拉第效应，磁光电流传感器的测量值与传感器到通电导线的距离相关，因此，测量导线的个体差异和安装差异以及长时间使用过程中外界环境导致的位置变化会带来测量差异。
【发明内容】
[0017]本发明目的是针对【背景技术】中的问题与缺陷提供一种免于对距离进行校准的磁光电流传感器及方法。
[0018]本发明为实现上述目的，采用如下技术方案:
[0019]本发明一种基于双探头免定标的光学电流传感器，由两个磁光电流传感头、传感头固定支架以及测量单元组成，两个磁光电流传感头分别设置于传感头固定支架两端，两个磁光电流传感头的输出端分别连接测量单元的输入端，测量单元输出的测量值与两个磁光电流传感头到载流导线的距离无关。
[0020]所述磁光电流传感头由光源依次串接起偏器、磁光材料、检偏器、光纤准直器以及传导光纤构成。
[0021]所述光源发出的光为偏振无关光；
[0022]所述起偏器起振方向与检偏器的透振方向夹角为45°。
[0023]一种基于双探头免定标的光学电流传感器的检测方法如下:
[0024]将磁光电流传感头置于载流导线附近使磁光电流传感头的磁光材料通光方向与电流方向垂直；光源发出的光经过起偏器后成为偏振光；光场继续传播经过磁光材料时，由于法拉第效应偏振方向发生旋转，旋转角度与起偏器起振方向夹角为:
【权利要求】
1.一种基于双探头免定标的光学电流传感器，其特征在于由两个磁光电流传感头、传感头固定支架以及测量单元组成，两个磁光电流传感头分别设置于传感头固定支架两端，两个磁光电流传感头的输出端分别连接测量单元的输入端，测量单元输出的测量值与两个磁光电流传感头到载流导线的距离无关。
2.根据权利要求1所述的一种基于双探头免定标的光学电流传感器，其特征在于所述磁光电流传感头由光源依次串接起偏器、磁光材料、检偏器、光纤准直器以及传导光纤构成。
3.根据权利要求2所述一种基于双探头免定标的光学电流传感器，其特征在于所述光源发出的光为偏振无关光。
4.根据权利要求2所述一种基于双探头免定标的光学电流传感器，其特征在于所述起偏器起振方向与检偏器的透振方向夹角为45°。
5.一种基于权利要求1所述一种基于双探头免定标的光学电流传感器的检测方法，其特征在于所述方法如下: 将磁光电流传感头置于载流导线附近使磁光电流传感头的磁光材料通光方向与电流方向垂直；光源发出的光经过起偏器后成为偏振光；光场继续传播经过磁光材料时，由于法拉第效应偏振方向发生旋转，旋转角度与起偏器起振方向夹角为:
其中P ^为真空磁导率，V为磁光材料菲尔德常数，L为光在磁光材料中传播的距离，r为磁光材料到载流导线的距离；光场继续传播经过检偏器后输出光强为:
其中P(l为光源的输出光强，由输出光强计算出光场法拉第旋转角Θ的大小，实际应用中近似为
;此时，载流导线中电流大小与输出光强的关系式为:1ri1-夢)
将两个磁光电流传感头由固定支架固定，其间距为d，测量得输出光强分别为Pp P2,由公式(I)得到:
进而得到导线中电流大小为:
将近似公式
代入(2)式可得:
由此测量单元根据两个传感头的输入光强计算出载流导线中的电流大小并输出。
【文档编号】G01R19/00GK104076180SQ201310095783
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月25日 优先权日:2013年3月25日
【发明者】张先明, 陈国梁, 顾春, 梅理, 许立新, 王安廷 申请人:陈国梁, 蒋祺, 江寅