基于雙波長結構的光學電流互感器及測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及光學電流互感器技術領域，特別是設及一種基于雙波長結構的光學電 流互感器及其磁場及電流的測量方法。
【背景技術】
[0002] 光學電流互感器作為一種新型的電流互感器，其具有動態范圍大、測量量程與造 價不成比例關系、絕緣性能好等優點，因此受到了廣泛的關注。但同時它也存在著一些缺 陷，其中的一個主要方面就是由于磁光晶體的費爾德常數受溫度影響，因此在不同的環境 溫度下會使得測量值產生一定的誤差，影響測量精度。一般的基于法拉第效應的光學電流 互感器的測量過程為:光源發出的自然光經光纖進入準直器，從準直器發出的光經過起偏 器后成為具有一定偏振方向的線偏振光，線偏振光經過法拉第晶體時，在磁場的作用下，偏 振方向會發生一定的偏轉，從磁光晶體出射的光再通過偏振分光片分為兩束偏振方向相互 垂直的線偏振光，經兩準直器后輸出，經過光纖進入光電探測器轉換為電信號，再對電信號 進行處理。對兩路電信號進行差除和運算，可W得到偏振光在磁場作用下的偏轉角度，而偏 振光的偏轉角度與電流產生的磁場強度W及磁光材料的費爾德常數有關，由此可W測得電 流的大小。而溫度的變化會使材料的費爾德常數發生變化，因此會對測量結果造成一定的 影響。

【發明內容】

[0003] 針對上述的現有技術及存在的問題，本發明提出了一種基于雙波長結構的光學電 流互感器及測量方法，兩束不同波長的光同時入射至磁光晶體，并且利用兩個光電探測器 分別探測兩個波長下的光強信號；
[0004] 本發明的測量方法為首先測定磁光晶體在兩個波長下的費爾德常數與溫度之間 的函數關系，再由測量過程中兩個波長下的光強信號輸出值計算得到傳感頭所在位置的磁 場強度和溫度值，再根據導線中電流與所產生的磁場之間的關系即可得到電流值。
[000引發明提出了一種基于雙波長結構的光學電流互感器，其特征在于，該裝置包括通 過光纖連接的第一光源1、第二光源2、光纖禪合器3、傳感頭4、第一波分解復用器5、第二波 分解復用器6、第一光電探測器7、第二光電探測器8，；傳感頭4內的光學元件依次為第一準 直器9、起偏器10、磁光晶體11、偏振分光棱鏡12、第二準直器13和第Ξ準直器14;其中：
[0006]作為輸入雙光源的第一光源1、第二光源2具有不同的波長;第一光源1、第二光源2 發出的光通過光纖禪合器3禪合入同一根光纖，該光纖傳輸的光束進入傳感頭4;在所述傳 感頭4中：光束經第一準直器9準直后入射至起偏器10,經過起偏器10后變為偏振光入射至 磁光晶體11，磁光晶體11出射的光經過偏振分光棱鏡12變為偏振方向互相垂直的兩束光， 一束光經第二準直器13輸出；再經過第一波分解復用器5將不同波長的光分開;入射至第一 光電探測器7和第二光電探測器8;另一束光經第Ξ準直器14后輸出；再經過第二波分解復 用器則尋不同波長的光分開，分別入射至第一光電探測器7和第二光電探測器8。
[0007] 本發明還提出了利用基于雙波長結構的光學電流互感器的測量方法，該方法包括 W下步驟：
[0008] 步驟一、將基于雙波長結構的光學電流互感器置于溫箱中，在每個溫度下對同一波 長下的偏振方向互相垂直的兩路光強信號（III和II)進行測量，并記錄相對應的磁場強度。 隨后進行差除和運算，從而根據差除和的運算輸出值公式
對 費爾德常數進行推導，得到
在得到了每個溫度點所對應的費爾德常數后，再對 記錄點進行擬合W得到費爾德常數與溫度之間的函數關系;在兩個不同的波長下，磁光晶 體的費爾德常數與溫度之間的函數關系分別為：
[0009]
(1.)
[0010] 其中，【^^,,為第一光源波長下、某一溫度點T的磁光晶體的費爾德常數；^，。為第二光 源波長下、某一溫度點T的磁光晶體的費爾德常數；
[0011] 步驟二、在實際測量過程中，得到兩束不同波長的偏振光在外界磁場的作用下經 過磁光晶體后旋轉的角度θ?、02為：
[0012]
(2)
[0013] 其中V為磁光晶體的費爾德常數，Η為傳感頭所在位置的磁場強度，L為光束在磁光 晶體中通過的長度；
[0014] 步驟Ξ、經過偏振分光棱鏡12分光后，得到了偏振方向互相垂直的兩路光信號，再 經過波分解復用器后，分別得到與第一光源1、第二光源2運兩個光源相對應的兩組偏振方 向互相垂直的光強信號，對同一波長下測量的偏振方向互相垂直的兩路光強信號進行差除 和運算，得到運算輸出值為：
[0015]
(3)
[0016] 其中，Zi和Ζ2分別為兩個波長下的偏振方向互相垂直的光強信號進行差除和運算 后的輸出值;對方程組(3)進行求解，得到溫度T和磁場強度H，再由電流I與其產生的磁場Η 之間的關系，最終求得所測電流值的大小。
[0017] 與現有技術相比，本發明的基于雙波長結構的光學電流互感器的光源為兩個波長 不同的光源，而且可W分別得到相應波長下的兩個光強信號輸出值，因此可W組成兩個方 程，對溫度Τ和磁場強度Η兩個未知量進行求解，避免了由于費爾德常數隨溫度變化而造成 的測量結果不準確。系統采用了兩個光源的光束都通過同一磁光晶體的結構形式，沒有增 加過多的光路結構，系統結構較為簡單。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明的基于雙波長結構的光學電流互感器結構示意圖，
[0019] 圖2為光學電流互感器傳感頭的內部結構示意圖
[0020] 1、第一光源;2、第二光源;3-光纖禪合器;4、傳感頭、5、第一波分解復用器;6、第二 波分解復用器;7、第一光電探測器;8、第二光電探測器W及各器件之間用于連接的光纖;傳 感頭4內的光學元件依次為9、第一準直器;10、起偏器;11、磁光晶體;12、偏振分光棱鏡；13、 第二準直器;14、第Ξ準直器。
【具體實施方式】
[0021] 如圖1所示，為本發明的基于雙波長結構的光學電流互感器結構示意圖。其中，光 源為雙光源(第一光源1和第二光源2)，兩個光源有不同的波長，兩個光源發出的光通過光 纖禪合器禪合3進入同一根光纖，光束經第一準直器9準直后入射至起偏器10,經過起偏器 10后變為偏振光入射至磁光晶體11，磁光晶體11出射的光經過偏振分光棱鏡12變為偏振方 向互相垂直的兩束光，一束光經第二準直器13輸出，再經過第一波分解復用器引尋不同波長 的光分開，入射至第一光電探測器7和第二光電探測器8,另一束光經第Ξ準直器14后輸出， 再經過第二波分解復用器則尋不同波長的光分開，分別入射至第一光電探測器7和第二光