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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光纤传感器工作原理特性设置方法应用

光纤 传感器 定义

光纤传感器是这种将被测另一半的情况变化为能测的光信号的控制器。光纤传感器的工作原理是将灯源入射的光线经过光纤线送进调制器，在调制器内与外部被测主要参数的相互作用力，使光的电子光学特性如光的抗压强度、光波长、頻率、位置、偏振态等变化很大，变成被解调的光信号，再历经光纤线送进半导体材料、经解调器后得到被测主要参数。整个过程中，光线经过光纤线导进，根据调制器后再射出去，在其中光纤线的功效较早是传送光线，次之是具有光调制器的功效。

光纤传感器工作原理

光纤传感器的基础工作原理是将来源于灯源的光历经光纤线送进调制器，使待测主要参数与进到解调区域光相互作用力后，造成光的电子光学特性（如光的抗压强度、光波长、頻率、位置、偏振态等）变化很大，称之为被解调的数据信号光，再运用被精确 测量 光线的传送特性释放的危害，进行精确测量。光纤传感器的精确测量基本原理有二种。

（1）物理性能型光纤传感器基本原理，物理性能型光纤传感器是运用光纤线对变动环境的敏感度，将键入物理量转换为解调的光信号。其工作原理根据光纤线的光解调效用，即光纤线在外部环境要素，如溫度、工作压力、静电场、电磁场这些更改时，其传光特性，如位置与光照强度，会变化很大的状况。

因而，假如能测到根据光纤线的光位置、光照强度转变，就能够了解被测物理量的转变。这种控制器又被称作敏感元件型或功能性光纤传感器。 激光 发生器的线光源光线外扩散为平行面波，经分光器分成两路口，一为标准环路，另一个为精确测量环路。外部主要参数（溫度、工作压力、震动等）造成光纤线长短的转变和位置的光位置转变，进而造成不一样总数的干预花纹，对它的模向挪动开展记数，就可精确测量溫度或压等。

（2）结构化光纤传感器基本原理，结构化光纤传感器是由光检验 元器件 （敏感元件）与 光纤传输 控制回路及精确测量电源电路所构成的检测系统。在其中光纤线仅做为光的传播媒质，因此又称之为传光型或式功能性光纤传感器。

光纤传感器特性

一、敏感度较高;

二、几何 图形 样子具备各个方面的适应能力，能够做成随意样子的光纤传感器;

三、能够生产制造传感技术各种各样不一样物理学信息内容（声、磁、溫度、转动等）的元器件;

四、能够用以髙压、电气设备噪音、高溫、浸蚀、或其他的极端自然环境;

五、并且具备与光纤线遥测技术的本质相溶性。

光纤传感器的优势是与传统式的各种控制器对比，光纤传感器用光做为比较敏感信息的传递，用光纤线做为传送比较敏感信息内容的媒质，具备光纤线及电子光学精确测量的特性，有一连串与众不同的优势。绝缘特性好，抗电磁干扰能力强，非入侵性，高灵敏，非常容易保持对被测数据信号的长距离 监控 器，抗腐蚀，防爆型，环路有可拉伸应变性，有利于与电子 计算机 连接。

光纤传感器设置方法

一、手动式设置门坎值

门坎值复位后默认值为“8”

无钢件状况下当今光数值为“0”

有钢件状况下当今光数值为“174”

二、一点儿示教

（反射面型摄像头时）

无被测物块状况下拨到SET方式，按UP/DOWN键1s，出現“----”忽明忽暗

再按UP/DOWN键3s拨回RUN方式，门坎值全自动设成当今光数值的+6%

设成L-ON，这时， 检验 到物块有輸出，姿势灯亮

无被测物块状况下，调在SET方式，按UP/DOWN键1s，出現“----”忽明忽暗

拨回RUN方式，门坎值全自动设成当今光数值的-6%

设成D-ON，这时，检验到物块有輸出，姿势灯亮

三、二点示教

有被测物块状况下，调在SET方式，UP/DOW键1s，出現“----”忽明忽暗

无被测物块状况下，按UP/DOWN键1s，出現预设值忽明忽暗2次

拨回RUN方式，门坎值全自动设置为有钢件状况和无钢件状况当今光数值的正中间值

设成L-ON，这时，检验到物块有輸出，姿势灯量

光纤传感器应用

绝缘层于污浊、磁、声、工作压力、溫度、瞬时速度、溜溜球、偏移、液位、转距、光声、 电流 量，光纤传感器可用以偏移、 振动 、旋转、工作压力、弯折、应变力、速率、瞬时速度、电流量、电磁场、工作电压、环境湿度、溫度、音场、总流量、浓度值、ph值和应变力等物理量的精确测量。光纤线传感器的应用范畴很广，基本上涉及到社会经济和国防安全上全部关键行业和大家的生活起居，特别是在能够安全性合理地在极端自然环境中应用，处理了很多制造行业很多年来始终存有的瓶颈问题，具备挺大的市场的需求。具体表现在下列好多个层面的应用：

城市规划建设中公路桥梁、水坝、油气田等的干预手机 陀螺仪 和光纤传感器工作压力传感器 的应用。光纤传感器可预埋件在混泥土、复合材料增强塑料及各种各样高分子材料中，用以检测 应力 松弛、工程施工地应力和动载荷地应力，进而评定公路桥梁短期内工程施工环节和长期性运营情况的构造特性。

在供电系统，必须测量溫度、电流量等主要参数，如对高压 变压器 和大中型 电动机 的电机定子、电机转子内的温度测量等，因为电类控制器易受磁场的干挠，没法在这种场所中应用，只有用光纤传感器。分布式系统光纤线温度 感应器 是近些年发展趋势起來的这种用以即时测量空间温度场遍布的高新科技，分布式系统光纤线溫度传感技术系统软件不但具备***光纤传感器的优势，还具备对光纤线沿岸各点的溫度的遍布传感技术工作能力，运用这类特性人们能够持续即时精确测量光纤线沿岸几千米内各点溫度，精度等级达到米的重量级，精确测量精密度达到1度的水准，十分可用大范畴相交点温度测量的应用场所。

除此之外，光纤传感器可以应用于铁路线监控器、火箭推进系统软件及其油井检验等层面。光纤线另外具有带宽、大空间、长距离传送和可保持多主要参数、分布式系统、节能型传感技术的明显优势。光纤线传感技术能够持续吸取 光纤通信的新技术应用、新元器件，各种各样光纤传感器即将在物联网技术中获得运用。

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