光纤电流传感器
光纤电流传感器的工作原理
光纤电流传感器的工作原理
光纤电流传感器是目前智能及安全领域应用广泛的一种新型的非接触式电流传感技术。
这种电流传感器使用的是一种传感物料，它可以把电流从信号线传输到光线，把光束作为信号输出，由于光波不存在任何外部干扰，因此能够在高层干扰环境下准确测量电流。
光纤电流传感器的原理很简单，在光纤密封套管内，一端安装有一个光电二极管（LED），另一端安装一个光电探测器（PD），当 LED 发出的光信号在光纤传输过程中传出时，PD 便会受到LED 的探测和发射，探测器会将检测到的信号传送到信号处理器，从而形成相应的信号输出。
由于光信号不容易受到外界的干扰，光纤电流测量信号质量比电磁感应式和触接式电流传感器的信号质量更高，具有更好的信号精度和传输速度，因此，该电流传感器技术可用来探测各种复杂的电力电子网络，以及发电厂和家庭用电等，以满足用电安全监测及工业智能自动化等等。
由此可见，光纤电流传感器可以提供精确可靠的测量数据，能够极具智能化和安全保障，为安全监控和智能自动化带来新的机遇，具有非常重要的作用。
光纤电流传感器的工作原理
光纤电流传感器的工作原理光纤电流传感器的工作原理基于法拉第效应。
法拉第效应是指当导体中有电流通过时，该导体周围将产生磁场。
而当导体受到外部磁场作用时，导体内将产生感应电动势。
光纤电流传感器利用这一效应，通过光纤的纤芯和电流通过的导体形成一个闭合的传感回路来检测电流大小。
首先，通过发光器产生一个光信号，这个光信号会被输入到光纤传输介质中。
光纤传输介质通常由多根光纤呈平行或交叉排列而成，其中一根光纤负责发射光信号，而其他光纤则用于接收传感信号。
当电流通过导体时，产生的磁场作用于光纤传输介质。
这个磁场会导致光纤传输介质中的光信号发生相位移动。
这个相位移动会导致光信号的幅度和相位发生变化。
接下来，通过接收器来检测光信号的变化。
接收器通常由光电二极管或光电转换器构成。
它们可以检测光信号的幅度和相位的变化，并将这些变化转化为电信号输出。
最后，通过对电信号进行信号处理和分析，可以得到电流的大小。
光纤电流传感器的输出信号与电流的大小成正比关系，因此可以通过测量光信号的变化来间接测量电流的大小。
光纤电流传感器的优势之一是具有较高的抗干扰能力。
由于光信号在光纤传输介质中传输，相较于传统的电流传感器，光纤电流传感器对外界电磁干扰的影响较小。
此外，光纤电流传感器还具有较大的测量范围和较高的精度，同样也具有较快的响应速度。
总之，光纤电流传感器的工作原理是基于法拉第效应，通过光纤传感介质和光信号的检测来间接测量电流。
它具有抗干扰能力强、测量范围大、精度高和响应速度快等优点。
在电力系统、工业自动化以及航天航空等领域中有广泛应用。
光纤电流传感器原理
光纤电流传感器原理
1. **光纤：** 光纤是由具有高折射率的芯部和低折射率的包层组成的细长光导管。
光纤具有良好的光学特性，能够将光信号传输到较长的距离而几乎不发生信号衰减。
2. **法拉第效应：** 光纤电流传感器的工作基于法拉第效应，即当电流通过导体时，会在周围产生磁场。
这个磁场会影响通过附近光纤的光信号。
3. **偏振光：** 在光纤传感器中，一束偏振光通常被注入光纤。
偏振光是指在一个方向上振荡的光，通常是线性偏振光或圆偏振光。
4. **磁场影响：** 当电流通过测量电流传感器的导线时，产生的磁场会扭曲光纤中的偏振光。
这种扭曲会导致光纤中的偏振光发生相位偏移或振幅变化。
5. **干涉测量：** 光纤电流传感器通常采用干涉测量原理来检测光信号的变化。
这种变化可以通过比较输入和输出光信号的干涉模式来测量。
6. **信号处理：** 通过将输入和输出光信号进行比较，并测量干涉模式的变化，可以确定电流的强度和方向。
这些数据可以由传感器的接收端进行信号处理和解释，以提供准确的电流测量结果。
光纤电流传感器
引言近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。
在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。
光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还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 光纤电流传感器1.1 光纤电流传感器概述光纤电流传感器是一种新型的电流传感器，与电磁式电流互感器相比，基于光学、微电子、微机技术的光纤式电流传感器（OFCT），具有无铁心、绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻、线性度好、动态范围大、无饱和现象，输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等优点。
这些优点既满足、推动了电力系统的发展，而且应用前景十分广阔。
当线偏振光（见光的偏振）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＝VBl，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。
由于光在光纤中，一边反射，一边行进，偏振波相应于曲线的形状会出现旋转。
针对此现象，在光纤的一端设置一块镜面导致光纤中光线的往返，借助光的来回往返，成功补偿和解决了偏振波的旋转问题。
将铅玻璃光纤用于传感器元件，并结合利用镜面的方法，只需把光纤卷绕在载流导体上，用于电流计测的反射型传感器就基本完成。
其次，开发了调制程度的平均处理与信号处理方式，这有利于特性的稳定及噪音的抑制。
此外，对光源、受光元件、信号传输光纤等种类与传感器特性的关系进行了研究，而且，慎重选择了旨在降低成本和实现小型化的传感器制作技术。
目前，光纤传感器技术正朝实用化的方向进展，以适应电力系统的广泛需求。
光纤传感器
光纤传感器传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。
在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。
光纤具有很多优异的性能，例如：具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还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。
光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。
1.光纤的结构2.光纤的传光原理3.光纤传感器工作原理（1）功能型——利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成（2）传光型——光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化。
光纤传感器的测量原理有两种：（1）物性型光纤传感器原理，物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。
其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。
因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。
这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。
激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。
外界参数(温度、压力、振动等)引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压等。
（2）结构型光纤传感器原理，结构型光纤传感器是由光检测元件(敏感元件)与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。
其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。
光纤电流传感器的研究
光纤电流传感器的探究引言：随着电力系统的不息进步，对电流的精确测量成为实现电能计量、保卫和监测的重要需求。
而传统的电流传感器受限于尺寸、安装方式和精度等问题，无法满足现代电力系统的要求。
为了克服这些限制，并提高测量精度和可靠性，光纤电流传感器作为一种新型的电力测量技术应运而生。
本文将详尽探讨进展，并分析其在电力系统中的应用前景。
一、光纤电流传感器的基本原理光纤电流传感器的基本原理是利用光纤的零散效应，即光纤中的光信号会随电流的变化而发生相位变化。
详尽而言，当电流通过光纤电流传感器时，电流产生的磁场会影响传输在光纤中的光信号，从而导致光信号的相位变化。
通过测量光信号的相位变化，可以准确地获得电流的信息，实现对电流的精确测量。
二、光纤电流传感器的结构和工作原理光纤电流传感器主要由光纤、光源、光衰减器和相位检测器等组成。
其中，光纤是传感的重要组成部分，可以分为单模光纤和多模光纤两种。
光源产生光信号，并通过光纤传输到相位检测器。
当电流通过传感器时，产生的磁场会引起光信号的相位变化。
相位检测器会抓取到相位变化，并将其转换为电信号。
最后，通过电信号的处理和分析，可以获得准确的电流信息。
三、光纤电流传感器的优势相比传统的电流传感器，光纤电流传感器具有以下几个显著的优势：1. 高精度：光纤电流传感器接受高区分率的相位检测技术，能够实现对电流的非接触式、高精度测量，缩减测量误差。
2. 免磁饱和：光纤电流传感器不受磁饱和效应影响，能够在高磁场下稳定工作，提高测量的稳定性和可靠性。
3. 抗干扰能力强：光纤电流传感器可防止传统电流传感器由于外界电磁干扰导致的测量误差，具有良好的抗干扰能力。
4. 体积小、重量轻：光纤电流传感器利用光纤作为传感元件，体积小、重量轻，便于安装和维护。
综上所述，光纤电流传感器具有较高的测量精度、可靠性和稳定性，逐渐成为电力系统中重要的测量手段。
四、光纤电流传感器的应用前景目前，光纤电流传感器在电力系统中的应用前景宽广。
全光纤电流互感器的原理
全光纤电流互感器的原理
全光纤电流互感器（FOCT，Fiber Optic Current Transformer）是一种利用光纤传输信号来测量和监测电流的装置。
其原理基于电流通过导体产生的磁场对光纤的影响。
具体原理如下：
1. 光纤传感器：光纤传感器由一对光纤组成，其中一条光纤作为发送光纤，用来发送光信号；另一条光纤作为接收光纤，用来接收光信号。
2. 光调制器：发送光纤连接到光调制器，光调制器一般采用光电二极管。
当电流通过光调制器产生的电路时，它会产生电流的变化。
这种变化会导致光调制器中的光发生调制，即光的强度发生变化。
3. 磁场感应：将电流通过被测导体上，即可产生一个与电流成正比的磁场。
当电流通过导体时，磁场会穿过光纤传感器的某一部分。
这个磁场的变化会导致光纤产生剪切应力。
4. 剪切应力的传递：剪切应力会传递给接收光纤，导致接收光纤中的光发生相应的调制。
通过测量接收光纤中光的强度变化，可以得到电流大小，实现电流的测量和监测。
全光纤电流互感器具有抗电磁干扰、高精度、宽带宽等特点，适用于高压、大电流等复杂环境中对电流的测量和监测。
上海康阔新一代全光纤电流传感器(互感器)
螺旋速率
光纤长度坐标 （meter）
35
13:28:19
新一代电流传感光纤特点
1.1 新一代FOCS传感光纤中的偏振态演化（用于反射式结构） （已获多项实用和发明专利）
从慢轴输入线偏振态
递减螺距结构双折射段
均匀螺距结构双折射段
螺旋椭圆偏振态
解决了偏振态匹配问题和规模化生产问题
• FOCS的现实问题及解决方案 • 新一代电流传感光纤的特点
• 新一代FOCS的关键特性及应用
• 成果总结
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新一代电流传感光纤特点
1. 0 新一代FOCS传感光纤的结构特征（用于反射式结构） （已获多项实用和发明专利）
递增螺旋结构双折射段 均匀螺旋结构双折射段
-40
时间 (小时 )
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新一代FOCS的关键特性
3.2 传感光缆比差与温度的关系(不带温度补偿功能）
Comcore保椭圆光纤2：+/-0.32%
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新一代FOCS的关键特性
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新一代全光纤电流传感器
黄 勇 博士
Cell： 13917999108； Email：yong.huang@
1
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新一代全光纤电流传感器
FOCS 现实问题及解决方案 • 新一代电流传感光纤的特点
• 新一代FOCS的关键特性及应用优势
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FOCS 现实问题及解决方案
6. 目前国内外关于光纤波片的实现方案
6.1 切割一段所谓1/4拍长的线双折射光纤 （传统工艺）
集中式变换--无法解决椭圆偏振态匹配问题
光纤电流互感器介绍精选全文
数字科技 引领未来电力
安装在西门子GIS法兰照片
数字科技 引领未来电力
安装在分体GIS法兰示意图
数字科技 引领未来电力
安装在高压套管的示意图
数字科技 引领未来电力
2.2 ECT国内外发展现状
国外发展现状
➢ ABB、西门子（20世纪90年代）
研制成功开环方案的磁光玻璃式OCT 长期稳定性和可靠性存在较大隐患（缺陷）
➢ ABB、Nxtphase（2004年）
研制成功新型闭环光纤电流互感器 采用光纤熔接、数字处理、闭环控制技术，大大提高稳定性 和可靠性（优势） 通过IEC的相关标准，准确度达到0.2级
数字科技 引领未来电力
挂 网 现 场
数字科技 引领未来电力
华东500kV苏州东50 引领未来电力
华东500kV苏州东500kV间隔安装示意图
2040
数字科技 引领未来电力
1/4波片 相位调制器
反射镜
光纤电流传感器原理框图
光源
耦合器1
偏振器 00
耦合器2
SLD
载流 导体
传感光纤环
PIN 信号处理
相位调制器
光纤陀螺原理框图
陀螺光纤环
光电流互感器与光纤陀螺的原理对照
数字科技 引领未来电力
独立绝缘子安装示意图
光学式
有
项目
电磁式互感器 光电
各
混合式 磁光玻璃式
全光纤式
种
测量原理
电磁感应 电磁感应 法拉第效应 法拉第效应
结
敏感元件
电磁线圈 空心线圈 光学玻璃
一文深度了解光纤传感器的应用场景
一文深度了解光纤传感器的应用场景文| 传感器技术（WW_CGQJS）光纤传感器与测量技术是当今传感器技术领域新的发展引应用，其测量用的光纤传感器有很多种类，有很多种工作方式。
国内市场上光纤传感器应用主要在以下四种：光纤陀螺、光纤光栅传感器、光纤电流传感器和光纤水听器。
下面对这四种产品分别介绍一下。
光纤传感器应用种类一、光纤陀螺。
光纤陀螺按原理可分为干涉型、谐振型和布里渊型,这是三代光纤陀螺的代表.第一代干涉型光纤陀螺,目前该项技术已经成熟,适合进行批量生产和商品化;第二代谐振型光纤陀螺，暂时还处于实验室研究向实用化推进的发展阶段；第三代布里渊型，它还处于理论研究阶段.光纤陀螺结构根据所采用的光学元件有三种实现方法：小型分立元件系统、全光纤系统和集成光学元件系统。
目前分立光学元件技术已经基本退出，全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺中，集成光学器件陀螺由于其工艺简单、总体重复性好、成本低，所以在高精度光纤陀螺很受欢迎，是其主要实现方法。
二、光纤光栅传感器目前国内外传感器领域的研究热点之一光纤布拉格光栅传感器。
传统光纤传感器基本上可分为两种类型：光强型和干涉型。
光强型传感器的缺点在于光源不稳定，而且光纤损耗和探测器容易老化;干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强同等，所以需要固定参考点而导致应用不方便.目前开发的以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器可以避免出现上面两种情况,其传感信号为波长调制、复用能力强.在建筑健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等应用中,光纤光栅传感器是最理想的灵敏元件.光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、电力工业和化学传感中有广泛的应用。
三、光纤电流传感器电力工业的迅猛发展带动电力传输系统容量不断增加,运行电压等级也越来越高，电流也越来越大，这样测量起来就非常困难,这就显现出光纤电流传感器的优点了。
在电力系统中，传统的用来测量电流的传感器是以电磁感应为基础，这就存在以下缺点:它容易爆炸以至引起灾难性事故;大故障电流会造成铁芯磁饱和；铁芯发生共振效应；频率响应慢；测量精度低；信号易受干扰；体积重量大、价格昂贵等等，已经很难满足新一代数字电力网的发展需要。
光纤电流传感器使用方法
光纤电流传感器使用方法
光纤电流传感器是一种用来测量电流的传感器，它通过光纤来传输信号。
1. 连接电源: 先将光纤电流传感器连接到相应的电源上。
2. 安装测试线圈: 将测试线圈安装在电流要测量的电路上。
3. 连接光纤: 将光纤电流传感器的光纤连接到测试线圈上。
4. 配置参数: 使用配套的软件或者控制器对光纤电流传感器进行参数配置。
5. 开始测量: 开始进行电流测量，通过配套软件或者控制器获取测量结果。
6. 数据处理: 将测量结果进行数据处理，并存储或者进行进一步的分析。
使用时需注意电流值不能超过传感器的测量范围, 并且光纤的连接要牢固，避免灵敏度降低。
系列全光纤电流互感器介绍
系列全光纤电流互感器介绍全光纤电流互感器是一种利用光纤传感技术实现电流测量的设备，其具有高精度、抗干扰能力强、体积小、重量轻、安装方便等优点。
相比传统电流互感器，全光纤电流互感器在测量过程中可以实现远距离传输和免疫干扰等特性。
全光纤电流互感器通常由光纤传感单元、信号处理单元和控制单元组成。
光纤传感单元是全光纤电流互感器的核心部分，其主要由光纤传感元件、光源和检测器组成。
信号处理单元负责将传感单元采集到的光信号进行处理和转换，转化为电信号。
控制单元负责对光纤电流互感器进行控制和监控。
全光纤电流互感器相比传统电流互感器的一个显著优势是其抗干扰能力强。
传统电流互感器在测量过程中受到电磁干扰的影响较大，从而可能导致测量结果的不准确。
而全光纤电流互感器采用光纤传感技术，光纤可以有效阻隔电磁干扰的影响，从而保证测量结果的准确性。
另外，全光纤电流互感器具有高精度的特点。
在测量过程中，由于电流的微弱变化可以通过光纤传感单元敏感地检测到，因此可以实现较高的测量精度。
在电力系统等对电流变化要求较高的场合中，全光纤电流互感器可以提供更为可靠和准确的测量结果。
全光纤电流互感器的体积小、重量轻，安装方便。
由于采用光纤传感技术，传感单元无需直接与电流被测体相连，极大地简化了安装过程。
相比传统电流互感器，全光纤电流互感器的体积更小、重量更轻，可以适用于空间有限和重量有限的场合，提高了设备的使用便捷性。
此外，全光纤电流互感器还具有较长的传输距离。
光纤的传输距离可以达到几十公里，因此可以实现对远距离电流信号的测量。
这使得全光纤电流互感器适用于电力系统等需要远距离传输信号的场合。
在实际应用中，全光纤电流互感器主要用于电力系统、电气设备故障监测和终端用电监测等领域。
在电力系统中，全光纤电流互感器可以监测电流信号，并提供给控制单元进行实时监测和分析，从而实现对电网运行状态的实时监控。
在终端用电监测中，全光纤电流互感器可以用于记录并监测用户实际用电情况，帮助用户进行用电分析和能源管理。
《光纤电流传感器故障诊断实验分析综述3100字》
光纤电流传感器故障诊断实验分析综述在光纤电流传感器故障诊断中，为了防止出现误判，需要进行标定实验先测量出在正常运行时由于温度的影响，光路中传输光的光功率波动范围。
根据本文第二章搭建的实验平台，首先进行标定实验测定光纤电流传感器在不同温度下正常运行时光功率的范围，以此为正常参考范围值。
若输出光功率在正常参考范围内，则判断为正常；否则，则判定为故障。
然后进行验证实验测试本文所设计的方法是否能正确检测出光纤电流传感器所出现的各类故障。
1.1.1标定实验为了避免正常情况下由于温度对光功率的影响而引起故障误判，我们首先对FOCS进行了温度循环实验[36]，确定了FOCS在温度变化为-40℃～70℃下正常工作时的光功率变化范围，由此确定了光功率的正常波动范围。
温升实验按照国家标准《电子式电流互感器GB/T 20840.8--2007》，实验场地的环境温度为20℃，符合标准中的10℃和30℃之间，当地海拔为397米，符合标准中正常使用条件下海拔不超过1000米的要求。
供电电源的电压、电流、频率、纹波等满足相关技术要求。
温升测量使用18B20温度传感器，光纤电流传感器采集单元和光纤圈均置于温箱内。
待测电流等效值为320A，光纤电流传感器采集单元输出两路信号给计算机LabVIEW，分别为测量电流值和光功率值。
在第二章所搭建的实验平台上，用于需要进行温度循环试验，增加了温箱。
为了满足所需要的温度变化范围和速率，所采用的温箱的最大温度变化范围为-40℃至100℃，温度最快变化速率为5℃/min。
首先在室温下（20℃）将光纤电流传感器采集单元和传感光纤圈均放入温箱，为了使温度传感器测得的温度为传感器采集单元的温度，18B20传感头贴着传感器采集单元外壳放置，温度传感器采集单元不耐高温，需要摆放在温箱外，传输线穿过温箱穿线孔与传感头相连。
计算机两个串口分别与温度传感器采集单元、光纤电流传感器采集单元相连，以便完成对实时测量温度数据和传感器输出的光功率值和测量电流值的传输。
光纤传感器在局部放电检测中的应用
光纤传感器在局部放电检测中的应用【摘要】本文介绍了光纤电流传感器的工作原理以及基于光纤电流传感器的Faraday效应测出磁场进而检测出电流值。
同时，针对煤矿中的实际情况讨论了光纤传感器的应用前景。
【关键词】光纤电流传感器;Faraday效应;应用0.概述随着电力系统的发展，对于普通高压设备的局部放电在线监测的要求也随之提高,电气设备的绝缘因为局部放电而使用寿命缩短，一旦局部放电产生的能量达到爆炸性气体混合物的点燃能量, 可能引起爆炸，在煤矿井下更加危险。
光纤电流传感器在高压电网中常用作监测保护和计量，具有很重要的工程价值。
1.光纤传感器的结构及工作原理1.1光由光源出射后经起偏镜，成为线偏振光，由于磁场的作用发生方位角旋转后经过检偏镜入射到受光元件，起偏镜与检偏镜之间夹角为45°，光路中各个部分都需要紧密连接在一起，确保系统全封闭以保证光路损耗最小。
1.2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。
其旋转角度为：只要测出偏振光旋转的角度，即可计算出待测电流的大小。
利用适当的光路设计增加围绕载流导体的光路圈数可提高传感头灵敏度。
光线偏振面的旋转角与磁场强度成正比，磁场强度与电流和温度成正比。
测出通过磁场的光的偏振面的旋转角，就可以计算出电流强度。
2.光纤传感器的分类2.1由通信光纤制成，一般通信用光纤的Verolet常数很小。
通信光纤缠绕在电线上，由安培定理可计算出电流的大小，并且通过改变缠绕的光纤圈数来控制灵敏度。
缠绕在电线上的线圈直径不能小于4～5 cm。
2.2用块状光学晶体制成，由于材料的Verolet常数大大高于通信光纤，因此灵敏度较通信光纤传感器提高很多，而且晶体材料减少了线性双折射，性质相对稳定，保证了传感器的可靠稳定工作。
但是传感器的体积比光纤传感器很大。
2.3用磁光材料制成，铁磁性的材料每单位厚度具有很大的Verolet常数，可以用很小的法拉第旋转角度测量特定的磁场强度，使体积减小，能够降低成本。
光纤电流互感器
光纤电流互感器1 光纤电流互感器光纤电流互感器是一种基于光学技术的特殊测量仪器，用于进行电流的高精度测量，目前应用在各种现代的电力检测系统中，特别是可以为生产者提供安全、可靠、经济、高效的电力测量工具，有效解决手动测量电流时低效、安全性差以及代价高等问题。
2 主要特点* 可完成高精度电流测量光纤电流互感器具有高精度的测量功能，精度高达0.5%，检测能力高达50μA，可以非常准确地测量出所需要的数据。
* 有效降低测量过程中带来的危险与普通电流测量仪器相比，光纤电流互感器在测量过程中可以很大程度的降低部分危险，因为检测的是两路光纤，具有一定的爆炸防护作用，可以避免给检测人员带来安全隐患。
* 操作简便、易于安装集成光纤电流互感器采用了一体化技术，只要将两个光纤连接到电流传感器上，就能够实现电流的测量，在安装方面非常简单，对于对于对技术不熟悉的操作者也非常容易上手。
3 广泛应用光纤电流互感器广泛应用在农业，电力，机械，环境监测，铁路等行业。
它是一种非常先进的测量仪器，能够精确地测量出所需要的电流信号，可以有效地提升工作效率，有助于保护电网与用户安全，减少对环境的危害。
4 实际应用在机电行业，光纤电流互感器可以用来测量大型机器传送带的运行情况，为机电设备的维护保养提供有效的数据支持，准确判断设备是否出现故障，帮助提高机电设备的工作效率。
在现代能源行业，光纤电流互感器可以用于电力检测和跟踪，比如监测某一地区的用电情况，具体的数据信息可以被及时的传输给电力公司，便于精准的控制服务，提高了服务的安全稳定性。
5 结论光纤电流互感器的出现，为电力行业带来了新的管理方式，使测量更加准确、便捷，在安全、经济、高效方面无疑有很大的提升。
希望今后可以更进一步地推广应用，让更多人受益。
光纤电流互感器技术综述
光纤电流互感器技术综述本文介绍了光纤电流传感器的技术发展，光纤电流传感器的分类、测量原理及优缺点，以及相关专利申请分析。
标签：光纤电流传感器；全光纤式；混合式；块状玻璃式1 引言随着电力行业的飞速发展，对电流测量精度的要求越来越高，传统的电磁感应式电流互感器不断显露出它的局限性：精度不高、绝缘性不够、易受电磁干扰、重量太大、体积惊人、价格昂贵、以及容易保护误动作等[1]。
光纤电流互感器正是为了克服电磁感应式电流互感器的缺点而研制的，光纤电流互感器具有以下的优点：绝缘性能好，抗电磁干扰能力强，测量准确度高，体积小，重量轻，测量动态范围大，频带宽，因此，光纤电流互感器具有极大的研究和应用前景[2-3]。
2 光纤电流互感器的技术发展国外方面，80年代初，美国采用日本、德国的相关研究资料，在超高压电力系统领域进行块状结构的光纤电流互感器方案研究，并成功实现了161KV的继电保护的挂网运行。
美国国家标准与技术研究所采用YIG 晶体作为磁光材料进行光纤电流传感器研制，并于90 年后期一些相关研制单位推出了挂网实验报告。
1996 年，美国3M 公司全新推出了全光纤电流传感器模块，使光纤电流传感器进一步得到发展。
日本研究了500KV以及100OKV高压电网测量用的光纤电流互感器，还进行了600OV至500KV电压等级的光学电流互感器的研究。
和国外相比，国内对于光学电流互感器的研究起步较晚。
80年代末，清华大学和沈阳互感器厂合作研发了光纤电流互感器，并在四平成功挂网运行，获得了国内首次成功挂网运行的成绩。
燕山大学于2001年成功研制了国家标准GB1208-1997规定的0.2级精度的混合式光纤电流互感器，通过试验并取得了良好的试验结果。
中国电科院、南瑞继保、南瑞航天电气等单位不断努力研制全光纤型电流互感器，并有少量产品应用于实际工程当中[4]。
3 光纤电流互感器的分类及测量原理光纤电流互感器是以法拉第磁光效應为基础，以光纤为传输介质的电流计量装置，通过测量入射光强、光波在通过磁光材料时其偏振面在电磁场的作用而发生旋转后的出射光强来间接确定被测电流的大小，其分类也因标准不同而各异，现在常用的分类标准有：偏振面旋转角度的检测方法、传感机理和所用的传感材料[5]。
光纤电流传感器
光纤电流传感器（OCT）的研究论文摘要电流测量是电力系统运行的基本条件,从发变电到控制保护,无不出现对电流量值的要求。
随着电力系统输电电压的日益提高、传输功率的不断增大,传统的电流计量设备愈来愈显示出其局限性,主要表现在其性能价格比随电压等级的提高越来越低。
生产的发展导致了对新型电流测量装置的要求。
光纤传感器作为七十年代以来逐步发展成熟的一种新型传感技术,自其问世之日就显示出巨大的优越性,其良好的电气绝缘性能、卓越的抗辐射能力及极快的频响等特点都为其在电力系统中的应用提供了潜在的可能性,但其输出信号幅值较小、光路设计和制造复杂又限制了其广泛应用。
随着现代光学材料加工工艺水平的提高、集成光学技术的不断进步及计算机在电力系统的日益广泛应用为光纤电流传感器的应用提供了巨大的可能性。
本文将对目前光纤电流传感器(ＯＣＴ)的研究和应用情况进行探讨。
关键词:光学电流传感器,传感头,Faraday效应,结构设计,信号检测,性能分析.Research of the Optical Current SensorABSTRACTOptical current transducer(OCT) This paper introduced principle of a new current measuring system based on Faraday effect,optecal current transducer,whose principles differ from those of conventional. With the development of optical_fiber technology, OCT is used more widely. Briefly OCT is excellent in such aspects as control of electromagnetic Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｐｔｉｃａｌ＿ｆｉｂｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔ’ｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ,ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｓｍ＿ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｉｌｌｂｅｕｓｅｄｍｏｒｅｗｉｄｅｌｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｏｐｔｉｃａｌ＿ｆｉｂｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ;Ｆａｒａｄａｙｍａｇｎｅｔｉｓｍ＿ｐｈｏｔｏｅｆｆｅｃｔ;Ｐｏｌａｒｉｚｅｄｌｉｇｈｔ第一章选题背景§1.1研制光学电流传感器的意义由于电力工业的快速发展，传统的电流测量设备已经越来越不能满足要求。
光纤传感技术在智能电网中的应用
光纤传感技术在智能电网中的应用光纤传感器可以大致分为两大类，一类是用于电线的载重量、变压器绕线的温度、大电流等测量的单点式光纤传感器，通常应用在电力系统中的发电、变电、配电等环节中的电气设备中。
另一类是对长距离、大跨距的输电线路进行温度、应力等物理量监测的分布式光纤传感器，主要用于输电环节，以保证输电线路的安全、正常运营。
1-3-1 单点式光纤传感器在智能电网中的应用对电力系统中的高电压、大电流进行检测, 可利用磁光效应制成光纤电流传感器。
磁光效应指的是具有固定磁矩的物质在外磁场的作用下, 其电磁特性将发生变化, 从而导致光波在其内部传输时特性也发生变化。
光纤电流传感器采用光纤作为传输介质, 与传统的电磁感应式电流互感器相比, 与被测装置没有电气连接, 可对电力系统中高电压、大电流进行测量, 并具有明显优势: 不含油, 没有爆炸危险; 绝缘等级高, 运行安全可靠; 抗电磁干扰, 测量范围宽;体积小, 便于安装等[i ,ii ] 。
基于Faraday 磁光效应的OCT 是利用线偏振光在放置于磁场中的物质传播过程中，与磁场方向相同的光信号的偏振面会随磁场的变化而发生旋转，通过测量由磁场导致偏振面旋转的角度得到被测电流强度。
其中，Faraday 旋转角θ和光在磁光材料中传播的长度L 、磁场强度H 之间关系为[iii ] ：dl H C Lv ⋅=⎰θ (1.1) 根据安培环路定律：NI dl H L=⋅⎰ (1.2) 可得：NI C v =θ (1.3)式中N 为光信号环绕待测电流传播的周数，I 为待测电流。
由式(1-3)可以看出，只要能够准确测量法拉第旋转角度θ，就可实现电流的测量，且被测电流与旋转角θ之间有良好的线性关系。
测量时传感头可采用块状光学玻璃和光纤两种结构，分别对应光学玻璃型电流传感器和全光纤电流传感器。
光学玻璃型电流互感器(如图1所示)采用具有较高费尔德（Verdet ）常数的块状光学玻璃作传感头，输入光信号在玻璃中传播时经多次反射形成围绕待测电流的闭合光路，然而全反射过程中导致光矢量 两分量之间形成的相差，该相差引起光的偏振态发生变化产生双折射相应，从而影响光学玻璃型电流传感器的检测灵敏度。
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——光纤电流传感器
2004-12-30
02级物理系 常嵩 张翼 (03级物理系 邱文俊) 指导教师 刘志渊
学期总结
导言 实验目的 实验原理 实验仪器 实验操作过程 实验结果 结果讨论
2004-12-30
导言
本实验中涉及光纤干涉测量仪和新金属材料 的磁致伸缩效应。我们将二者相结合，组成 了光纤电流传感器。 光纤传感器在对物理量进行间接测量的场合 中经常被使用，测量过程中主要利用了光纤 干涉条纹对张力、环境温度等外界条件变化 的响应，这方面的成果主要有位移压力传感 器，温度传感器等。
杨氏双缝干涉原理图
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马氏干涉仪
传统的马氏干涉仪属 于等臂干涉仪之一， 利用分振幅干涉。
原理性光路见（图一）
实验中用He-Ne激光 器作光源，稳定条件 下（无外界条件改变 时），干涉图样呈现 出稳定的直条纹。
图一，马氏干涉仪原理光路
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空气中的干涉条纹图样
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长磁致伸缩棒实验结果二
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讨论
线性度与耦合系数：实验数据的线性度是相当 好的，实验数据的拟合线性相关度均在0.999 以上。尤其是考虑到实验中对于相位测量的不 准确度（条纹移动条数是存在不准确度的，并 且无法测至0.1条），那么这样的数据还是很 有质量的。对于短棒线性拟合的斜率120.3mA； 对于长棒，该值为26.9mA条，与估算值的量 级完全一致。这些说明实验中，磁致伸缩棒确 实有效地工作在线性区，并且棒的伸缩性与稳 定性都得到了很好的检验。
激光的输出效果
激光的注入与输出
右图为CCD 界面上观察到 的输出干涉条 纹。
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电路连接
按照电路图连 接电路 给黑盒内的 CCD供电， 并将信号线接 于计算机数据 采集卡上，实 现计算机屏幕 观测。
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调节测量
将输出电压调至最 低，闭合电键。 待条纹稳定之后， 就可以通过改变电 流来观测现象和进 行测量了。 右图为计数界面下 观察到的条纹情况。
353N胶水 AB胶以十比一 混合发生化学 反应 可以有 效固定光纤于 光洁表面
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实验操作过程
实验过程： 1.光纤的固定 2.固定磁致伸缩棒、软铁和永磁体 3.激光注入与输出 4.电路连接 5.调节测量
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光纤的固定
实验的第一步是将光纤固 定在磁致伸缩棒上。将光 纤被固定的部分外皮剥去， 张紧、沿径向贴于磁致伸 缩棒的表面。在棒的两端 涂抹配好的353N胶水后， 放到烤炉上加热至100摄 氏度并持续加热3min后即 可牢牢固定。
分别在两边距棒端面 5mm处放置软铁，也 用胶带固定。
将永磁体RbFeB按正 确的极性吸附在软铁 外端面。
固定好磁致伸缩棒、软铁和永磁体的载物台
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固定磁致伸缩棒、软铁和永磁体
将另一根光纤平也平 放在载物台上，轻轻 地贴着前一根光纤放 好。两根光纤处于相 同的温度环境中，可 以避免环境扰动的影 响。将载物台推入螺 线管中，用螺丝固定， 核心部件组装完成。
右图是实验中用到的加热 装置。
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加热支架与烤炉
光纤的固定
注意事项： 用天平称量白胶和黄胶，以质量比十比一 的比例取用。混合后沿一个方向均匀搅拌 １分钟即可使用。 光纤在固定前一定要张紧，否则看不到明 显的磁致伸长效应。
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固定磁致伸缩棒、软铁和永磁体
先将带有光纤的磁致 伸缩棒用胶带固定于 载物台中部。
光纤电流传感器
当磁场的改变由电流 来控制时，我们观察 到的条纹变化就在一 定程度上反映了电流 的变化。 至于电流变化和条纹 变化之间的关系，要 由实验来确定。
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理论推导
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理论推导
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理论推导
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结果估算
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导言
光纤材料本身对外环境磁场的响应是极其微 弱的。为了弥补这方面的缺陷，我们在传统 的光纤干涉仪中引入了磁致伸缩元件。 新金属材料中有一类具有磁致伸缩效应的材 料，在我的实验中，它被用来将外界磁场的 变化转化为光纤长度的变化，间接地达到了 对外磁场变化的响应。 光纤与磁致伸缩元件相结合，原则上可以实 现对外磁场进行测量。
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实验目的
通过实验，掌握光纤干涉测量的基本技术， 学会组装干涉测量仪并测量待测物理量。 了解磁致伸缩材料的性能，自行动手制做螺 线管产生所需要的磁场。 通过测量，建立起光纤条纹移动与螺线管电 流改变之间的关系。 在实验过程中提高实验素养，熟悉基础的科 研工作过程。
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磁致伸缩材料
右图为工作区 的特性图 磁致伸缩系数 1.14ppm/Oe
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光纤电流传感器
利用光纤干涉仪和磁致伸缩材料可以组成光纤干涉传感器。 原理如（图三）所示。 当磁致伸缩材料所处区域磁场发生变化时，就会观察到原 本稳定的直条纹发生移动。
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实验原理
实验原理部分包括： 相干光干涉与马氏干涉仪的基础知识。 磁致伸缩材料性能介绍。 光纤电流传感器的简单构成。 理论推导与估算结果。
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相干光干涉
相干光源（振动方向 相同，频率相同，相 差恒定）所发出的光， 在光场中形成稳定的 干涉图样。
杨氏双缝干涉利用分 波前干涉。原理如右 图所示。
主要元件
短磁致伸缩棒 长3.0cm，直径0.63cm, 磁致伸缩系数1.14ppm/Oe
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长磁致伸缩棒
长8.0cm，直径0.60cm, 磁致伸缩系数1.14ppm/Oe
光学仪器
接收端封闭黑盒
JDW-3型He-Ne激光器 波长632.8nm
精密调节支架 调节精度1um
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下面是电 流连续改 变的情况 下观察到 的现象。
调节测量
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实验结果
实验数据表
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实验结果
短磁致伸缩棒实验数据一
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实验结果
短磁致伸缩棒实验数据二
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实验结果
长磁致伸缩棒实验数据一
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实验结果
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讨论
一是极化场不够强。极化场明显没有达到 300Oe的理想值，并且永磁体极化场的不 均匀性导致总体伸长是各点伸长效果的叠 加。当然，其实最好的极化效果是不用永 磁体，仅靠螺线管的性能达到极化的目的， 但我们现行的螺线管产生磁场还是很有限 的。
2004-12-30
讨论
二是温度漂移。实验中我们能够察觉到， 实验数据是和温度相联系的。虽然从估算 中我们发现发热功率并不大，短时间内不 能造成明显温度升高，但由于多次测量的 缘故，以及螺线管材料是有机玻璃，隔热 差，所以还是会有一些影响。当然，这也 说明我们所用的光纤对温度变化的反应还 是很敏感的，实验中管内温度上升大约1摄 氏度左右。
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致谢
实验过程中各方面给予了我们大力的支持。 刘志渊老师每周和我们就实验的问题进行 讨论，给我们提出了很多宝贵意见。徐万 劲老师指导我们进行光纤的固定，并为我 们找到了353N胶水。 段家忯老师也经常关心我们的工作进展， 并让郑老师、孙老师和臧老师从普物实验 室给我们借来了必要的仪器。 01级师兄程熹曾经做过光纤温度传感器， 在我们工作的过程中，给予了我们很多经 验。
将载物台推入螺线管中
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激光的注入与输出
在两根光纤的四个引
出端分别切出平行度
激 光
较好的端面，做为注
注 入
入端与输出端。
将两个注入端并束，
用一个精密调节支架
实现激光注入。
激
光
将两个输出端并束，
输 出
用黑盒实现观测。
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激光的注入与输出
激光的注入效果
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JA21002数字式天平 最小称量0.01g
其它辅助仪器与相关用具
剥光纤外皮的钳子与切割光纤的刀具
CCD接收系统
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票架若干（用来固 定磁致伸缩棒）
其它辅助仪器与相关用具
永磁体 直径1.0cm 总长 2.0cm 表面磁强400mT
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软铁 相对磁导率约100
其它辅助仪器与相关用具
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讨论
误差：短棒的耦合系数误差值比长棒要大； 并且两者的相对误差均在1%左右。像上面 提到的一样，此时的误差也许是没有实际意 义的，因为在判断条纹到底是否移动了整整 一条时，肉眼的能力有限，往往判断稍有偏 差，得到的数据就会差十几毫安。但从这样 小的误差中也可以看出，整体测量的方法是 可行的，磁致伸缩棒长度的微增量和光纤对 于长度变化的反应恰好在本实验中达到一致 的水平。
电学仪器
UT58E型数字式万用表 使用20A直流电流档
WYJ-98型晶体管稳压电源 最大输出电压30V 最大输出电流5A
此外，还有滑线变阻器一个，全电阻26.2欧，额定电流3.8A 以及单刀双掷开关一个，导线若干。
2004-12-30
其它辅助仪器与相关用具
加热固化胶水所用的电炉 功率600W
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图二，空气中的马氏干涉图样
磁致伸缩材料
实验中用到新金属材料铽镝铁(TbDyFe2)。该材 料在外加磁场的情况下会发生长度的变化。
右图为 磁致伸 缩回线 图