电流传感器 光纤：一文看懂光纤电流传感器的基本原理！

光纤电流传感器是电流传感器的一种，它是由探测器，光源，调节器，以及电线光电探头组成的。凭借其超强的绝缘性，高精准度，便于安装检修等优点，被广泛应用。今天传感爱好者就为大家介绍一下光纤电流传感器的基本原理，希望大家能够有所启示！
光纤电流传感器原理是什么？
当线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ=V*B*l，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应。1845年由M.法拉第发现。
光纤电流传感器优势有哪些？
1、测量准确度高。
利用光的磁光效应测量电流，彻底抛弃的电磁式铁心绕组的结构，没有故障电流下的饱和漏电，测量也无磁滞效应，同时具有高的抗电磁干扰的能力和灵敏度，准确度。
2、设备安装和检修方便。
只需要更换线圈的规格来适应不同的电压等级，而其他部件不需要更换，具有良好的升级性。
3、绝缘结构简单，尺寸小，造价低。
由于光纤具有良好的绝缘特性，高低压之间的绝缘通过光纤再加上绝缘套来完成，从而使互感器的结构大为简化。
4、有利于变电站综合自动化水平的提高。
5、运行安全，不会产生二次开路的高压和采用油浸式所引起的爆炸等现象。
以上就是传感爱好者为您带来的光纤电流传感器基本原理的介绍了，想要充分发挥使用光纤电流传感器的功能，我们还需得多了解一下原理，在对原理有足够理解的基础之下，对光纤电流传感器的使用才能更加得心应手。
 

电流传感器 光纤：光纤电流传感器

收藏
查看我的收藏
0
有用+1
已投票
0
光纤电流传感器
语音
编辑
锁定
讨论
上传视频
上传视频
本词条缺少概述图，补充相关内容使词条更完整，还能快速升级，赶紧来编辑吧！
光纤电流传感器是一种智能电网设备，其原理利用磁光晶体的法拉第效应。
中文名
光纤电流传感器
原    理
利用磁光晶体的法拉弟效应
优    点
抗电磁干扰能力强信号衰减小
应    用
智能电网等
目录
1
简述
2
应用
3
优点
光纤电流传感器简述
编辑
语音
光纤电流传感器的结构示意图
现代工业的高速发展，对电网的输送和检测提出了更高的要求，传统的高压大电流的测量手段将面临严峻的考验．随着光纤技术和材料科学的发展而发展起来的光纤电流传感系统，因具有很好的绝缘性和抗干扰能力，较高的测量精度，容易小型化，没有潜在的爆炸危险等一系列优越性，而受到人们的广泛重视．光纤电流传感器的主要原理是利用磁光晶体的法拉弟效应．根据of=VBl，通过对法拉弟旋转角0F的测量，可得到电流所产生的磁场强度，从而可以计算出电流大小．由于光纤具有抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、信号衰减小的优点，因而在法拉弟电流传感器研究中，一般均采用光纤作为传输介质，其工作原理如《光纤电流传感器的结构示意图》所示：激光束通过光纤，并经起偏器产生偏振光，经自聚焦透镜人射到磁光晶体:在电流产生的外磁场作用下，偏振面旋转θF角度；经过检偏器、光纤，进人信号检测系统，通过对θF的测量得到电流值．当设置系统中两偏振器透光主轴的夹角为45°，经过传感系统后的出射光强为:l=(Io/2)(1+sin2θF)式中Io为入射光强．通过对出射光强的测量，就可以得出θF，从而可测出电流的大小．
光纤电流传感器应用
编辑
语音
1、应用于智能电网城市用电量的增加，使得供电设备经常处于超负荷预装状态，电源设备面临的考验也越来越大，电子设备60%的故障都来自电源。随着电源问题日益突出的严重性，电源技术渐渐被广大厂商重视，具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，保护电源的设备也随之诞生，检测电流或电压的传感器应运而生。电流传感器是指能感受被测电流并转换成可用输出信号的传感器，在国内外的用途非常广泛。闭环电流传感器不间断监测电量随着新能源技术的开发和发展，电流传感器在风电行业的应
[1]
用尤为重要，它是风能涡轮机中转换器必不可少的元件。在转换器中，需要装有非常多的小型或PCB电流传感器，它属于一个闭环控制系统，确保逆变器能够迅速响应。逆变器与发电机的同时作用，可以确保在风能涡轮机启动之后在一个很宽的风速范围内为电网提供持续功率，直到涡轮机在上限风速时停机为止。为了使驱动器能达到最好的工作状态，需要对工作中的电流进行不间断的测量，电流传感器的性能直接影响着电路控制的质量和响应时间，这也是它能够在风电行业得到广泛应用的原因。同时，闭环电流传感器不仅带宽高、响应时间快，它还具有线性度好和精确度高等优点。电流传感器减少电缆负荷量在英国，一种适合于安装在240伏-600安变电站主线上的电流传感器诞生了，这种传感器对变电站的电力输出进行监控，可以减少地方电网故障所造成的停电时间。电流传感器可以对供电电缆进行电流监控，若是电缆出线超负荷，这些电流传感器可将一部分负荷转移到其他相中，或者是新铺设的电缆中，保护电缆的安全使用和运行。随着智能电网的不断发展和升级，电流传感器也在技术、设计和效用等方面不断进行改进和完善，对冶金、化工等行业的电流测流具有重大作用。基于智能电网的光纤电流传感器新型光纤电流传感器就是智能电网快速发展的科技产物。我国推出了XDGDL-1光纤电流传感系统，实现了管线电流传感系统的全数字闭环控制，具有稳定性和线性度好、灵敏度高等特点，满足了大量程范围的高精度测量要求。同时，该系统开发了一种可现场绕制的伸缩结构，安装方便，可避免杂散磁场的干扰，母线偏心的测量误差小于正负0.1%，实现了一种高精度信号转换方案，为整流器控制设备提供高精度模拟信号和标准数字通信接口。工业升级发展促进电流传感器改进在我国工业发展升级的驱动下，电力设备的安全性使用越来越受到重视。电流传感器作为一个兼具保护性和监控作用的工具，将会在未来的电网中起到更重要的意义。相比国外同类产品，国内的电流传感器技术还有很大的差距需要弥补和提高。国内也逐渐涌现出有很多新型产业，都需要传感器的支持，无论是出于安全性考虑还是市场效益考虑，电流传感器将会趋于更加高效可靠，在低碳环保的要求下，小型化也是未来的一大趋势，这也将促进国内传感器厂商投入更多的经历开发新技术和产品。在不久的将来，电流传感器将会在更多行业得到广泛应用，同时将为新兴物联网打好基础。
光纤电流传感器优点
编辑
语音
(1)容易安装，不用断开导线，仅将细长、柔软的绝缘光纤卷绕在导体上就可检测电流，能实现整个传感装置的小利轻量化；(2)无电磁噪音的干扰。近年的计测控制系统中，一般将传感器的输出连接于半导体的电子回路，传感装置本身全部由光学器件构成，故具有抗电磁干扰(EMI)特性；(3)计测范围广，没有铁心磁饱和的制约，同时，法拉第效应的响应速度快，具有从低频到高频、到大电流的广阔测量范闱；(4)因为信号通过光纤传输。波形畸变小。传输损耗小，故可实现长距离的信号传输。
参考资料
1.

光纤电流传感器应用于智能电网
．中国移动物联网[引用日期2012-12-24]

电流传感器 光纤：全光纤电流传感器

摘要：

与传统传感器相比,全光纤电流传感器(AFOCS)小巧量轻,无需铁芯、材料绝缘、不会出现饱和、探测线性度高、输出信号可直接数字化连接,它完全符合智能变电站与超高压电网的建设和技术要求。论文从基本的电流测量需求出发,针对目前AFOCS产品存在价格高昂,光路实现困难等缺点,主要进行了以下方面研究: 1.论文以Sagnac型AFOCS为主要研究对象,分析对比了AFOCS的各种光路,对其进行了详细的理论推导,运用琼斯矩阵,推导出了AFOCS的数学模型和后期信号处理模型,为深入研究AFOCS奠定了理论基础。同时,设计了一种基于3×3耦合器的In-line型AFOCS结构,论文对其可行性进行了理论模型推导及仿真,结果表明,这种结构实现的关键在于耦合器分光比精确、稳定。 2.改进了一种制作工艺——扭转法来制作全光纤1/4波片,其与传统的熔接法和变速spun法相比,制作流程简单,不需要使用椭圆芯保偏光纤,而且可以采用普通的光纤熔接机进行操作,降低了全光纤1/4波片的制作难度。检测结果表明,其消光比皆小于0.8dB,偏振度可达90%以上。同时,我们对1/4波片熔接角度和相位延迟误差对AFOCS的影响进行了数学建模并仿真。最后得出,在线双折射为零的情况下,当系统需满足0.2级精度要求时,扭转角θ的误差必须小于0.023rad,相位延时误差△δ必须小于0.046 rad。 3.分析了传感器的信号处理方法,针对目前信号处理方法上的一些缺陷,提出了一种新的解调办法,并利用MATLAB对其数学模型进行了仿真,证明了其可行性。 4.搭建了 AFOCS系统样机,完成了实验样机的初步研发,同时,测试了不同调制幅度和调制频率下系统的输出信号变化,并最终确定了该系统的最佳调制电压(1.76V)和频率(23.845kHz)。对电流进行了初步测量,采集了信号,并编写了解调程序软件对信号进行了解调,测量结果的最大误差为6.492%。最后,对导致测量结果产生误差的原因进行了分析,同时对振动导致的误差进行了改进,效果较好。

展开

电流传感器 光纤：详解光纤电流传感器原理

现代工业的高速发展，对电网的输送和检测提出了更高的要求，传统的高压大电流的测量手段将面临严峻的考验．随着光纤技术和材料科学的发展而发展起来的光纤电流传感系统，因具有很好的绝缘性和抗干扰能力，较高的测量精度，容易小型化，没有潜在的爆炸危险等一系列优越性，而受到人们的广泛重视．光纤电流传感器的主要原理是利用磁光晶体的法拉弟效应．根据of=VBl，通过对法拉弟旋转角0F的测量，可得到电流所产生的磁场强度，从而可以计算出电流大小．由于光纤具有抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、信号衰减小的优点，因而在法拉弟电流传感器研究中，一般均采用光纤作为传输介质，其工作原理如下图：

光纤电流传感器示意图
激光束通过光纤，并经起偏器产生偏振光，经自聚焦透镜人射到磁光晶体：在电流产生的外磁场作用下，偏振面旋转θF角度；经过检偏器、光纤，进人信号检测系统，通过对θF的测量得到电流值．
当设置系统中两偏振器透光主轴的夹角为45°，经过传感系统后的出射光强为：
l=（Io/2）（1+sin2θF）
式中Io为入射光强．通过对出射光强的测量，就可以得出θF，从而可测出电流的大小．
详解光纤电流传感器原理
1、光纤电流传感器原理
Tip：当线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ=V*B*l，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应。1845年由M.法拉第发现。
01、光纤电流传感器结构

图示：光纤电流传感器结构示意图
光纤电流传感器主要由传感头、输送与接收光纤、电子回路等三部分组成（如图所示）。传感头包含载流导体，绕于载流导体上的传感光纤，以及起偏镜、检偏镜等光学部件。电子回路则有光源、受光元件、信号处理电路等。从传感头有无电源的角度，可分为无源式和有源式两类。
02、无源式光纤电流互感器（OFCT）
OFCT主要利用了法拉第磁光效应。即磁场不能对自然光产生直接作用，但在光学各向同性透明介质中，外加磁场H可使在介质中沿磁场方向传播平面偏振光的偏振面发生旋转。这种现象被称为磁致旋光效应或法拉第效应。　　当一束线性偏振光通过置于磁场中的法拉第旋光材料时，若磁场方向与光的传播方向相同，则光的偏振面将产生旋转。旋转角θ正比于磁场强度H沿偏振光通过材料路径的线积分：

式中，V为磁光材料的Verder常数，旋转角度θ与被测电流i成正比。利用检偏器将旋转角θ的变化，转换为输出光强度的变化，经光电变换及相应的信号处理，便可求得被测电流i，如图所示。

图示：光纤电流传感器传感头
03、有源式光纤电流传感器（HOCT）
这是一种基于传统 互感器传感原理，利用有源器件调制技术、以光纤为信号传输媒介，将高压侧转换得到的光信号送到低压侧解调处理，并得到被测电流信号的新型传感器。它既发挥了光纤系统的绝缘性能好、抗干扰能力强的优点明显降低了大电流高压互感器的体积、重量和制造成本，又利用了传统互感器原理技术成熟的优势，避免了纯光学互感器光路复杂、稳定性差等技术难点。　　有源OFCT是通过一次采样传感器（空心线圈或小CT，电阻分流器） 将电流信号传递给发光元件而变成光信号，再由光纤传递到低电位侧、变换成电信号以后输出。高压侧电子器件供电方式有光供电、母线电流供电和太阳能电池供电等。目前应用最多的是采用空心线圈的有源式OFCT，其组成原理图如图所示。

图示：有源式光纤电流传感器构成原理图
空心线圈的截面为矩形或圆形，其感应电动势与线圈的尺寸、匝数以及一次电流有关，受外磁场和载流导体位置的影响小。因此，对空心线圈的输出电压积分即可还原为被测电流。