详解光纤电流传感器原理

定义：光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新型电流传感器。

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。

　　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。

　　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。

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磁通门传感器具有分辨率高、测量弱磁场范围宽、可靠、能够直接测量磁场的分量和适于在速运动系统中使用等特点。

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巨磁阻电流传感器原理

光纤电流传感器原理

光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新型电流传感器。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：在电流产生的外磁作用下，偏振面旋转θF角度；经过检偏器、光纤，进入信号检测系统，通过对θF的测量得到电流值。

光纤电流传感器原理图

光纤电流传感器主要应用于电力系统中电流的测量；除此之外与电机制造厂、测量仪器表厂结合，还可研制开发线路事故点的标定装置及事故区间的判定装置等一系列电力系统的测量、诊断装置。

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