【CN109696577A】一种集成温度监测的光纤电流传感器及其测量方法【专利】
光纤电流传感器
光纤电流传感器的研究新进展一、流传感器的基本原理根据Far aday磁光效应，在被测电流产生的磁场作用下，光学介质中沿磁场方向传播的线偏振光的偏振方向将发生变化，偏振角的变化，全HdL，式中‘为Verde‘常数，H为磁场强度•‘为光线走过的路径。
当介质中的光路形成围绕载流导线的闭合环路时，根据安培环路定理，0=VKI,k为比例系数，I为电流强度，这是Faraday磁光效应光学电流传感器的理论基础.常用的测量Faraday型光学电流传感器输出线偏光偏转角的方法是正交偏振测量法，即用Wollaston棱镜做检偏器，线偏光经过电流传感元件输出后，被Wollaston梭镜分成两束偏振态互相垂直的线偏光，两束光的强度被分别检测出来并进行如下运算:S}- (11-I2)/(11+I2). Wollaston棱镜起偏器偏振方向的夹角为45’时，1,= Al /4[1-sin24,1.12=Au /4[1+sin24;]，所以，5=(I1-12)/(11+12)=sin2 l。
当法拉第偏转角It比较小时，输出信号正比于输出线偏振光的法拉第偏转角。
即X24,。
以上是理想情况下的结论。
如果在传感元件中存在线性双折射d，上述检测系统的输出信号则成为5= (11-12)，(11+12)=2,b sin石兀百石了，石万面，.上式可知.线性双折射可明显的降低系统的灵敏度和输入与输出之间的线性关系。
不仅如此，由于线性双折射与温度，压力等诸多因素有关，致使传感头的测量灵敏度易受工作环境的影响，因此显著的降低了系统的稳定性。
所以，对于用光纤做敏感元件的电流传感器而言，如何消除线性双折射的影响，己成为研制开发光学电流传感器中的核心问题。
二、纤电流传感器研究新进展光纤电流传感器是一个集材料科学、维光学、微电子学、电气工程、精密机械和计算机等学科于一体的高新技术产品，这就注定了它的研制是一项技术难度大、协作配套广的知识密集型项目。
故对其理论的深层次研究以及开发并解决产品实用化的问题一直是大家努力的方向。
一种光纤电流传感器[实用新型专利]
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专利名称：一种光纤电流传感器
专利类型：实用新型专利
发明人：沈鑫,曹敏,赵旭,魏龄,邹京希,闫永梅,周年荣,张林山申请号：CN201720874966.7
申请日：20170719
公开号：CN206945809U
公开日：
20180130
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请公开了一种光纤电流传感器，由激光器发出的光经由格兰棱镜，变为线偏振光；光纤耦合器连接光纤，使线偏振光最大限度地耦合到光纤中去；接下来的自聚焦透镜将线偏振光平滑且连续地汇聚成柱状光线，然后光线进入到反射式光学电流传感头中；光线在反射式光学电流传感头中发生法拉第效应，使光线的偏振态发生变化，从反射式光学电流传感头中射出后，经由两个自聚焦透镜进入到沃拉斯通棱镜中，变为两条光线射出，分别由探测器接收后转换为电流信号；最后再对两路信号运算，得到光波偏振态夹角的准确值。
本申请提供的传感器，由于设置了反射式光学电流传感头，不仅得到光波偏振态夹角的准确值，还可以对小电流进行准确测量。
申请人：云南电网有限责任公司电力科学研究院
地址：650217 云南省昆明市经济技术开发区云大西路105号
国籍：CN
代理机构：北京弘权知识产权代理事务所(普通合伙)
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光纤测温传感头、测温装置及测温方法[发明专利]
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专利名称：光纤测温传感头、测温装置及测温方法专利类型：发明专利
发明人：徐成斌,徐盛果,陈锐,刘永峰,张松琛,袁列荣申请号：CN201711477329.7
申请日：20171229
公开号：CN108225604A
公开日：
20180629
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种利用石英光纤温度双折射效应，采用双探测器检测和有效消除光路中损耗变化的光纤测温传感头、测温装置及和测温方法。
光纤测温传感头，包括温敏光纤，该温敏光纤外直径为
125μm，长度为1.15mm‑1.35mm，在该温敏光纤尾部的端面上镀有铝质的反射膜；温敏光纤上长度在0.8mm‑1.0mm的部分被固定密封在石英玻璃管中。
光纤测温装置，包括SLED光源、保偏环形器、沃拉斯特棱镜和光纤测温传感头。
其具有结构简单、体积小、线性度好、可靠性高、一次侧无源、绝缘性能好和长期使用稳定等突出优点，由其制作的光纤测温传感器可完全取代点式电学测温传感器，成为高精度、高稳定性、高可靠性第三代智能站温度监测核心部件。
申请人：长园深瑞继保自动化有限公司
地址：518057 广东省深圳市南山区高新技术产业园北区科技北一路13号
国籍：CN
代理机构：深圳市中知专利商标代理有限公司
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一种同时测量电流和温度的光纤光栅传感器
一种同时测量电流和温度的光纤光栅传感器吕全超;赵建林;周王民;潘子军;成振龙【期刊名称】《光子学报》【年(卷),期】2009(0)11【摘要】提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪且可以同时测量交变电流和温度的传感器,并对其进行了理论分析和实验研究.该传感器采用单频激光入射,作为反射镜的一对光纤布喇格光栅自由放置,其间的法布里-珀罗腔粘贴在磁致伸缩材料上,通电导线周围的磁场通过磁致伸缩材料作用于光纤光栅法布里-珀罗腔,引起腔长周期性变化.同时,由于热膨胀和热光效应,环境温度的变化会引起光纤长度和折射率的改变,从而改变光纤光栅法布里-珀罗腔的反射光谱特性.通过检测输出光信号的频率和峰值可实现电流和温度的同时测量.对通电线圈的电流及环境温度进行测量的实验结果与理论分析相吻合.【总页数】6页(P2810-2815)【关键词】光纤传感器;光纤布喇格光栅;法布里-珀罗干涉仪;电流传感器;温度传感器【作者】吕全超;赵建林;周王民;潘子军;成振龙【作者单位】西北工业大学理学院光信息科学与技术研究所,陕西省光信息技术重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TN253【相关文献】1.温度自动补偿超磁致伸缩材料布拉格光栅光纤电流传感器 [J], 杨玉强;杨群;葛伟;张换男2.用于油井温度剖面快速测量的高精度光纤光栅温度传感器设计 [J], 李三喜;马龙;吕京生;张发祥;刘小会;赵庆超;李惠;王昌3.一种测量温度和流速的光纤光栅传感器 [J], 禹大宽;乔学光;贾振安;王敏4.光纤布拉格光栅和长周期光栅传感器对油气井下应力和温度的同时测量(英文) [J], 乔学光;李育林;张培坤;忽满利5.一种新颖的温度压强同时区分测量的光纤Bragg光栅传感器 [J], 傅海威;乔学光;贾振安;王宏亮;赵大壮;傅君眉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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所述信号处理模块包括电流信号处理子模块和温度信号处理子模块，所述电流信号处 理子模块连接光纤电流传感模块，接收并处理待测导线电流信息，获得待测导线电流初值， 温度信号处理子模块连接光纤温度传感模块，接收并处理工作温度信息，获得工作温度值， 输出温度监测结果；所述电流信号处理子模块同步接收温度信号处理子模块输出的工作温 度值，对待测导线电流初值进行补偿运算后输出精确的电流值。
2 .根据权利要求1所述的一种集成温度监测的光纤电流传感器，其特征在于：所述光源 模块包括宽带光源(1)。
3 .根据权利要求1所述的一种集成温度监测的光纤电流传感器，其特征在于：所述光纤 电流传感模块采用反射式Sagnac干涉型电流传感器。
4 .根据权利要求3所述的一种集成温度监测的光纤电流传感器，其特征在于：所述光纤 温度传感模块采 用光纤光栅温度传感器 ，集成于所述光纤电 流传感器上 ，并且共 用光源模 块。
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CN 109696577 A
说 明 书
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一种集成温度监测的光纤电流传感器及其测量方法
技术领域 [0001] 本发明涉及光纤电流传感器技术领域，具体涉及一种集成温度监测的光纤电流传 感器及其测量方法。
背景技术 [0002] 在电力系统中，需要测定电流、温度等参数，由于传统的电磁式传感器易受电磁场 的干扰，无法在这类场合中使用，而光纤传感器普遍具有体积小、重量轻、可绕性好、绝缘性 好、抗电 磁干扰能 力强等优点 ，在高压、高温 、腐蚀 、电 气噪 声等环境下也有着不错的效果 ， 所以光纤传感器倍受电力行业的青睐。 [0003] 光纤电流传感器是采用光纤作为敏感元件进行传感的一种电流传感器。其工作原 理是将传感光纤缠绕 在待测导线上 ，根据法拉 第磁光效应 ，导线中电 流产生的 磁场将使光 纤对左旋和右旋偏振光的折射率不同 ，通过传感光纤后产生相位差 ，从而实现对电 流的 测 量。 [0004] 在1996年J .Blake教授等人发表的《In-Line Sagnac Interferometer Current Sensor》一文中 ，介绍了一种从Sagnac环结构中演变出来的反射式Sagnac干涉型电 流传感 器。这种光纤电 流传感器对振动和转动不敏感 ，同时 消除 了大部分因温度变化 和光纤附 加 线性双折射带来的相位误差，简化了系统的结构，提高了系统的精确性，使光纤电流传感器 具有了更强的实 用性。但是在实际的 应 用中 ，光纤线路布置在室外 ，四季、昼夜温度的起伏 会对传感线圈部分的温度特性有着一定程度的影响。在现有的光纤制备工艺和安装操作条 件下 ，光纤中本就含有附 加线性双折射 ，当温 度变化时 ，光纤中的 线性双折射又会随之变 化，使得本就微小难测的法拉第相移会因为温度的变化而变得更加难以准确测量。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910001721 .7
(22)申请日 2019 .01 .02
(71)申请人 国网江苏省电力有限公司 地址 210024 江苏省南京市鼓楼区上海路 215号 申请人 国网江苏省电力有限公司检修分公 司 南京大学
CN 109696577 A
CN 109696577 A种集成温度监测的光纤电流传感器，其特征在于：包括光源模块、光纤电流传感模 块、光纤温度传感模块以及信号处理模块；
所述光源模块 与光纤电 流传感模块光连接 ，提供光源 ，所述光纤电 流传感器 测量待 测 导线电流信息，并将电流信息传送至信号处理模块；
(74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249
代理人 陈建和
权利要求书1页 说明书4页 附图3页
( 54 )发明 名称 一 种集成温 度监 测的 光纤电 流 传感器 及其
测量方法 ( 57 )摘要
本发明公开了一种集成温度监测的光纤电 流传感器及其 测量方法 ，装置包括光源模块 、光 纤电流传感模块、光纤温度传感模块以及信号处 理模块 ，所述光源模块提供 测试光源 ；所述光纤 电 流传感模块 和光纤温 度传感模块分 别采集并 处理待测导线的电流信息和温度信息，并传输至 信号处理模块；所述信号处理模块包括电流信号 处理子模块和温度信号处理子模块，分别接收并 处理待测导线电流信息及工作温度信息，电流信 号处理子模块同步接收工作温度信息，对电流初 值进行补偿计算后输出精确的电流值。本发明提 供的测量方法完全基于上述装置，解决了由于忽 略 温 度波 动导致的 光纤电 流 传感器 测量精度及 可靠性差的 难题 ，同时可以 达到节省制作成本 ， 故障报警的目的。
5 .一种采用权利要求1所述的一种集成温度监测的光纤电流传感器测量电流的方法， 其特征在于，包括以下步骤：
1)光纤电流传感模块采集待测导线电流信息，光纤温度传感模块采集工作温度信息； 2)电 流 信号处理子模块接收并处理待 测导线电 流 信息 ，获得电 流初值 ，温 度信号处理 子模块接收并处理工作温度信息，获得并输出工作温度值； 3)电流信号处理子模块同步接收工作温度值，对电流初值进行补偿计算后输出精确的 电流值。 6 .根据权利要求5所述的一种测量电流的方法，其特征在于：所述步骤2)中温度信号处 理子模块获得工作温度值采用的函数表达式为： ΔλB＝CTΔT (1) 式(1)中，ΔλB为光纤光栅中心波长变化值，CT为温度系数，ΔT为温度变化值。 7 .根据权利要求5所述的一种测量电流的方法，其特征在于：所述步骤2)中电流信号处 理子模块获得电流初值采用的函数表达式为：
(10)申请公布号 CN 109696577 A (43)申请公布日 2019.04.30
(51)Int .Cl . G01R 15/24(2006 .01) G01K 11/32(2006 .01)
(72)发明人 邓洁清 汤晓峥 宋跃江 方乐 魏旭 范忠 喻春雷 张祥 施琳 施纪栋 刘一丹 张亚飞 李然 何茂慧 张靖宁 冯轩 王瑶 徐伟弘
其中，I为待测导线中电流初值， 为法拉第相移，V是Verdet常数，N是传感光纤线圈的 匝数。
8 .根据权利要求5所述的一种测量电流的方法，其特征在于：所述步骤3)中电流信号处 理子模块对电流初值进行补偿计算的表达式为：
1/V·ΔV/ΔT＝0 .7×10-4/℃ (3)
其中，V是室温状态下的Verdet常数，ΔV是Verdet常数变化量，ΔT是温度变化量。