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電流傳感器 光纖：一文看懂光纖電流傳感器的基本原理！

光纖電流傳感器是電流傳感器的一種，它是由探測器，光源，調節器，以及電線光電探頭組成的。憑借其超強的絕緣性，高精準度，便于安裝檢修等優點，被廣泛應用。今天傳感愛好者就為大家介紹一下光纖電流傳感器的基本原理，希望大家能夠有所啟示！
光纖電流傳感器原理是什么？
當線偏振光在介質中傳播時，若在平行于光的傳播方向上加一強磁場，則光振動方向將發生偏轉，偏轉角度ψ與磁感應強度B和光穿越介質的長度l的乘積成正比，即ψ=V*B*l，比例系數V稱為費爾德常數，與介質性質及光波頻率有關。偏轉方向取決于介質性質和磁場方向。上述現象稱為法拉第效應。1845年由M.法拉第發現。
光纖電流傳感器優勢有哪些？
1、測量準確度高。
利用光的磁光效應測量電流，徹底拋棄的電磁式鐵心繞組的結構，沒有故障電流下的飽和漏電，測量也無磁滯效應，同時具有高的抗電磁干擾的能力和靈敏度，準確度。
2、設備安裝和檢修方便。
只需要更換線圈的規格來適應不同的電壓等級，而其他部件不需要更換，具有良好的升級性。
3、絕緣結構簡單，尺寸小，造價低。
由于光纖具有良好的絕緣特性，高低壓之間的絕緣通過光纖再加上絕緣套來完成，從而使互感器的結構大為簡化。
4、有利于變電站綜合自動化水平的提高。
5、運行安全，不會產生二次開路的高壓和采用油浸式所引起的爆炸等現象。
以上就是傳感愛好者為您帶來的光纖電流傳感器基本原理的介紹了，想要充分發揮使用光纖電流傳感器的功能，我們還需得多了解一下原理，在對原理有足夠理解的基礎之下，對光纖電流傳感器的使用才能更加得心應手。
 

電流傳感器 光纖：光纖電流傳感器

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光纖電流傳感器
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光纖電流傳感器是一種智能電網設備，其原理利用磁光晶體的法拉第效應。
中文名
光纖電流傳感器
原    理
利用磁光晶體的法拉弟效應
優    點
抗電磁干擾能力強信號衰減小
應    用
智能電網等
目錄
1
簡述
2
應用
3
優點
光纖電流傳感器簡述
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語音
光纖電流傳感器的結構示意圖
現代工業的高速發展，對電網的輸送和檢測提出了更高的要求，傳統的高壓大電流的測量手段將面臨嚴峻的考驗．隨著光纖技術和材料科學的發展而發展起來的光纖電流傳感系統，因具有很好的絕緣性和抗干擾能力，較高的測量精度，容易小型化，沒有潛在的爆炸危險等一系列優越性，而受到人們的廣泛重視．光纖電流傳感器的主要原理是利用磁光晶體的法拉弟效應．根據of=VBl，通過對法拉弟旋轉角0F的測量，可得到電流所產生的磁場強度，從而可以計算出電流大小．由于光纖具有抗電磁干擾能力強、絕緣性能好、信號衰減小的優點，因而在法拉弟電流傳感器研究中，一般均采用光纖作為傳輸介質，其工作原理如《光纖電流傳感器的結構示意圖》所示：激光束通過光纖，并經起偏器產生偏振光，經自聚焦透鏡人射到磁光晶體:在電流產生的外磁場作用下，偏振面旋轉θF角度；經過檢偏器、光纖，進人信號檢測系統，通過對θF的測量得到電流值．當設置系統中兩偏振器透光主軸的夾角為45°，經過傳感系統后的出射光強為:l=(Io/2)(1+sin2θF)式中Io為入射光強．通過對出射光強的測量，就可以得出θF，從而可測出電流的大小．
光纖電流傳感器應用
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1、應用于智能電網城市用電量的增加，使得供電設備經常處于超負荷預裝狀態，電源設備面臨的考驗也越來越大，電子設備60%的故障都來自電源。隨著電源問題日益突出的嚴重性，電源技術漸漸被廣大廠商重視，具有傳感檢測、傳感采樣、傳感保護的電源技術漸成趨勢，保護電源的設備也隨之誕生，檢測電流或電壓的傳感器應運而生。電流傳感器是指能感受被測電流并轉換成可用輸出信號的傳感器，在國內外的用途非常廣泛。閉環電流傳感器不間斷監測電量隨著新能源技術的開發和發展，電流傳感器在風電行業的應
[1]
用尤為重要，它是風能渦輪機中轉換器必不可少的元件。在轉換器中，需要裝有非常多的小型或PCB電流傳感器，它屬于一個閉環控制系統，確保逆變器能夠迅速響應。逆變器與發電機的同時作用，可以確保在風能渦輪機啟動之后在一個很寬的風速范圍內為電網提供持續功率，直到渦輪機在上限風速時停機為止。為了使驅動器能達到最好的工作狀態，需要對工作中的電流進行不間斷的測量，電流傳感器的性能直接影響著電路控制的質量和響應時間，這也是它能夠在風電行業得到廣泛應用的原因。同時，閉環電流傳感器不僅帶寬高、響應時間快，它還具有線性度好和精確度高等優點。電流傳感器減少電纜負荷量在英國，一種適合于安裝在240伏-600安變電站主線上的電流傳感器誕生了，這種傳感器對變電站的電力輸出進行監控，可以減少地方電網故障所造成的停電時間。電流傳感器可以對供電電纜進行電流監控，若是電纜出線超負荷，這些電流傳感器可將一部分負荷轉移到其他相中，或者是新鋪設的電纜中，保護電纜的安全使用和運行。隨著智能電網的不斷發展和升級，電流傳感器也在技術、設計和效用等方面不斷進行改進和完善，對冶金、化工等行業的電流測流具有重大作用。基于智能電網的光纖電流傳感器新型光纖電流傳感器就是智能電網快速發展的科技產物。我國推出了XDGDL-1光纖電流傳感系統，實現了管線電流傳感系統的全數字閉環控制，具有穩定性和線性度好、靈敏度高等特點，滿足了大量程范圍的高精度測量要求。同時，該系統開發了一種可現場繞制的伸縮結構，安裝方便，可避免雜散磁場的干擾，母線偏心的測量誤差小于正負0.1%，實現了一種高精度信號轉換方案，為整流器控制設備提供高精度模擬信號和標準數字通信接口。工業升級發展促進電流傳感器改進在我國工業發展升級的驅動下，電力設備的安全性使用越來越受到重視。電流傳感器作為一個兼具保護性和監控作用的工具，將會在未來的電網中起到更重要的意義。相比國外同類產品，國內的電流傳感器技術還有很大的差距需要彌補和提高。國內也逐漸涌現出有很多新型產業，都需要傳感器的支持，無論是出于安全性考慮還是市場效益考慮，電流傳感器將會趨于更加高效可靠，在低碳環保的要求下，小型化也是未來的一大趨勢，這也將促進國內傳感器廠商投入更多的經歷開發新技術和產品。在不久的將來，電流傳感器將會在更多行業得到廣泛應用，同時將為新興物聯網打好基礎。
光纖電流傳感器優點
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(1)容易安裝，不用斷開導線，僅將細長、柔軟的絕緣光纖卷繞在導體上就可檢測電流，能實現整個傳感裝置的小利輕量化；(2)無電磁噪音的干擾。近年的計測控制系統中，一般將傳感器的輸出連接于半導體的電子回路，傳感裝置本身全部由光學器件構成，故具有抗電磁干擾(EMI)特性；(3)計測范圍廣，沒有鐵心磁飽和的制約，同時，法拉第效應的響應速度快，具有從低頻到高頻、到大電流的廣闊測量范闈；(4)因為信號通過光纖傳輸。波形畸變小。傳輸損耗小，故可實現長距離的信號傳輸。
參考資料
1.

光纖電流傳感器應用于智能電網
．中國移動物聯網[引用日期2012-12-24]

電流傳感器 光纖：全光纖電流傳感器

摘要：

與傳統傳感器相比,全光纖電流傳感器(AFOCS)小巧量輕,無需鐵芯、材料絕緣、不會出現飽和、探測線性度高、輸出信號可直接數字化連接,它完全符合智能變電站與超高壓電網的建設和技術要求。論文從基本的電流測量需求出發,針對目前AFOCS產品存在價格高昂,光路實現困難等缺點,主要進行了以下方面研究: 1.論文以Sagnac型AFOCS為主要研究對象,分析對比了AFOCS的各種光路,對其進行了詳細的理論推導,運用瓊斯矩陣,推導出了AFOCS的數學模型和后期信號處理模型,為深入研究AFOCS奠定了理論基礎。同時,設計了一種基于3×3耦合器的In-line型AFOCS結構,論文對其可行性進行了理論模型推導及仿真,結果表明,這種結構實現的關鍵在于耦合器分光比精確、穩定。 2.改進了一種制作工藝——扭轉法來制作全光纖1/4波片,其與傳統的熔接法和變速spun法相比,制作流程簡單,不需要使用橢圓芯保偏光纖,而且可以采用普通的光纖熔接機進行操作,降低了全光纖1/4波片的制作難度。檢測結果表明,其消光比皆小于0.8dB,偏振度可達90%以上。同時,我們對1/4波片熔接角度和相位延遲誤差對AFOCS的影響進行了數學建模并仿真。最后得出,在線雙折射為零的情況下,當系統需滿足0.2級精度要求時,扭轉角θ的誤差必須小于0.023rad,相位延時誤差△δ必須小于0.046 rad。 3.分析了傳感器的信號處理方法,針對目前信號處理方法上的一些缺陷,提出了一種新的解調辦法,并利用MATLAB對其數學模型進行了仿真,證明了其可行性。 4.搭建了 AFOCS系統樣機,完成了實驗樣機的初步研發,同時,測試了不同調制幅度和調制頻率下系統的輸出信號變化,并最終確定了該系統的最佳調制電壓(1.76V)和頻率(23.845kHz)。對電流進行了初步測量,采集了信號,并編寫了解調程序軟件對信號進行了解調,測量結果的最大誤差為6.492%。最后,對導致測量結果產生誤差的原因進行了分析,同時對振動導致的誤差進行了改進,效果較好。

展開

電流傳感器 光纖：詳解光纖電流傳感器原理

現代工業的高速發展，對電網的輸送和檢測提出了更高的要求，傳統的高壓大電流的測量手段將面臨嚴峻的考驗．隨著光纖技術和材料科學的發展而發展起來的光纖電流傳感系統，因具有很好的絕緣性和抗干擾能力，較高的測量精度，容易小型化，沒有潛在的爆炸危險等一系列優越性，而受到人們的廣泛重視．光纖電流傳感器的主要原理是利用磁光晶體的法拉弟效應．根據of=VBl，通過對法拉弟旋轉角0F的測量，可得到電流所產生的磁場強度，從而可以計算出電流大小．由于光纖具有抗電磁干擾能力強、絕緣性能好、信號衰減小的優點，因而在法拉弟電流傳感器研究中，一般均采用光纖作為傳輸介質，其工作原理如下圖：

光纖電流傳感器示意圖
激光束通過光纖，并經起偏器產生偏振光，經自聚焦透鏡人射到磁光晶體：在電流產生的外磁場作用下，偏振面旋轉θF角度；經過檢偏器、光纖，進人信號檢測系統，通過對θF的測量得到電流值．
當設置系統中兩偏振器透光主軸的夾角為45°，經過傳感系統后的出射光強為：
l=（Io/2）（1+sin2θF）
式中Io為入射光強．通過對出射光強的測量，就可以得出θF，從而可測出電流的大小．
詳解光纖電流傳感器原理
1、光纖電流傳感器原理
Tip：當線偏振光在介質中傳播時，若在平行于光的傳播方向上加一強磁場，則光振動方向將發生偏轉，偏轉角度ψ與磁感應強度B和光穿越介質的長度l的乘積成正比，即ψ=V*B*l，比例系數V稱為費爾德常數，與介質性質及光波頻率有關。偏轉方向取決于介質性質和磁場方向。上述現象稱為法拉第效應。1845年由M.法拉第發現。
01、光纖電流傳感器結構

圖示：光纖電流傳感器結構示意圖
光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生直接作用，但在光學各向同性透明介質中，外加磁場H可使在介質中沿磁場方向傳播平面偏振光的偏振面發生旋轉。這種現象被稱為磁致旋光效應或法拉第效應。　　當一束線性偏振光通過置于磁場中的法拉第旋光材料時，若磁場方向與光的傳播方向相同，則光的偏振面將產生旋轉。旋轉角θ正比于磁場強度H沿偏振光通過材料路徑的線積分：

式中，V為磁光材料的Verder常數，旋轉角度θ與被測電流i成正比。利用檢偏器將旋轉角θ的變化，轉換為輸出光強度的變化，經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 互感器傳感原理，利用有源器件調制技術、以光纖為信號傳輸媒介，將高壓側轉換得到的光信號送到低壓側解調處理，并得到被測電流信號的新型傳感器。它既發揮了光纖系統的絕緣性能好、抗干擾能力強的優點明顯降低了大電流高壓互感器的體積、重量和制造成本，又利用了傳統互感器原理技術成熟的優勢，避免了純光學互感器光路復雜、穩定性差等技術難點。　　有源OFCT是通過一次采樣傳感器（空心線圈或小CT，電阻分流器） 將電流信號傳遞給發光元件而變成光信號，再由光纖傳遞到低電位側、變換成電信號以后輸出。高壓側電子器件供電方式有光供電、母線電流供電和太陽能電池供電等。目前應用最多的是采用空心線圈的有源式OFCT，其組成原理圖如圖所示。

圖示：有源式光纖電流傳感器構成原理圖
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、匝數以及一次電流有關，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。