基于法拉第效應的光纖電流傳感器介紹

引言

　　近年來(lái)，傳感器在朝著(zhù)靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過(guò)程中，光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能，徑細、質(zhì)軟、重量輕的機械性能；絕緣、無(wú)感應的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等，它能夠在人達不到的地方（如高溫區），或者對人有害的地區（如核輻射區），起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。

　　1 光纖電流傳感器

　　1.1 光纖電流傳感器概述

　　光纖電流傳感器是一種新型的電流傳感器，與電磁式電流互感器相比，基于光學(xué)、微電子、微機技術(shù)的光纖式電流傳感器（OFCT），具有無(wú)鐵心、絕緣結構簡(jiǎn)單可靠，體積小、重量輕、線(xiàn)性度好、動(dòng)態(tài)范圍大、無(wú)飽和現象，輸出信號可直接與微機化計量及保護設備接口等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)既滿(mǎn)足、推動(dòng)了電力系統的發(fā)展，而且應用前景十分廣闊。

　　當線(xiàn)偏振光（見(jiàn)光的偏振）在介質(zhì)中傳播時(shí)，若在平行于光的傳播方向上加一強磁場(chǎng)，則光振動(dòng)方向將發(fā)生偏轉，偏轉角度ψ與磁感應強度B和光穿越介質(zhì)的長(cháng)度l的乘積成正比，即ψ＝VBl，比例系數V稱(chēng)為費爾德常數，與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān)。偏轉方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場(chǎng)方向。上述現象稱(chēng)為法拉第效應。1845年由M.法拉第發(fā)現。

　　由于光在光纖中，一邊反射，一邊行進(jìn)，偏振波相應于曲線(xiàn)的形狀會(huì )出現旋轉。針對此現象，在光纖的一端設置一塊鏡面導致光纖中光線(xiàn)的往返，借助光的來(lái)回往返，成功補償和解決了偏振波的旋轉問(wèn)題。將鉛玻璃光纖用于傳感器元件，并結合利用鏡面的方法，只需把光纖卷繞在載流導體上，用于電流計測的反射型傳感器就基本完成。其次，開(kāi)發(fā)了調制程度的平均處理與信號處理方式，這有利于特性的穩定及噪音的抑制。此外，對光源、受光元件、信號傳輸光纖等種類(lèi)與傳感器特性的關(guān)系進(jìn)行了研究，而且，慎重選擇了旨在降低成本和實(shí)現小型化的傳感器制作技術(shù)。目前，光纖傳感器技術(shù)正朝實(shí)用化的方向進(jìn)展，以適應電力系統的廣泛需求。

　　1.2 光纖電流傳感器的結構

　　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1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(xué)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(wú)電源的角度，可分為無(wú)源式和有源式兩類(lèi)。

圖一光纖電流傳感器的結構示意圖