光纖電流傳感器簡述

現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，對電網(wǎng)的輸送和檢測提出了更高的要求，傳統(tǒng)的高壓大電流的測量手段將面臨嚴峻的考驗．隨著光纖技術和材料科學的發(fā)展而發(fā)展起來的光纖電流傳感系統(tǒng)，因具有很好的絕緣性和抗干擾能力，較高的測量精度，容易小型化，沒有潛在的爆炸危險等一系列優(yōu)越性，而受到人們的廣泛重視．光纖電流傳感器的主要原理是利用磁光晶體的法拉弟效應．根據(jù)of=VBl，通過對法拉弟旋轉角0F的測量，可得到電流所產(chǎn)生的磁場強度，從而可以計算出電流大?。捎诠饫w具有抗電磁干擾能力強、絕緣性能好、信號衰減小的優(yōu)點，因而在法拉弟電流傳感器研究中，一般均采用光纖作為傳輸介質，其工作原理如《光纖電流傳感器的結構示意圖》所示：

激光束通過光纖，并經(jīng)起偏器產(chǎn)生偏振光，經(jīng)自聚焦透鏡人射到磁光晶體:在電流產(chǎn)生的外磁場作用下，偏振面旋轉θF角度；經(jīng)過檢偏器、光纖，進人信號檢測系統(tǒng)，通過對θF的測量得到電流值．

當設置系統(tǒng)中兩偏振器透光主軸的夾角為45°，經(jīng)過傳感系統(tǒng)后的出射光強為:

l=(Io/2)(1 sin2θF)

式中Io為入射光強．通過對出射光強的測量，就可以得出θF，從而可測出電流的大小．

1、應用于智能電網(wǎng)

城市用電量的增加，使得供電設備經(jīng)常處于超負荷預裝狀態(tài)，電源設備面臨的考驗也越來越大，電子設備60%的故障都來自電源。隨著電源問題日益突出的嚴重性，電源技術漸漸被廣大廠商重視，具有傳感檢測、傳感采樣、傳感保護的電源技術漸成趨勢，保護電源的設備也隨之誕生，檢測電流或電壓的傳感器應運而生。電流傳感器是指能感受被測電流并轉換成可用輸出信號的傳感器，在國內(nèi)外的用途非常廣泛。

閉環(huán)電流傳感器不間斷監(jiān)測電量

隨著新能源技術的開發(fā)和發(fā)展，電流傳感器在風電行業(yè)的應 用尤為重要，它是風能渦輪機中轉換器必不可少的元件。

在轉換器中，需要裝有非常多的小型或PCB電流傳感器，它屬于一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保逆變器能夠迅速響應。逆變器與發(fā)電機的同時作用，可以確保在風能渦輪機啟動之后在一個很寬的風速范圍內(nèi)為電網(wǎng)提供持續(xù)功率，直到渦輪機在上限風速時停機為止。

為了使驅動器能達到最好的工作狀態(tài)，需要對工作中的電流進行不間斷的測量，電流傳感器的性能直接影響著電路控制的質量和響應時間，這也是它能夠在風電行業(yè)得到廣泛應用的原因。同時，閉環(huán)電流傳感器不僅帶寬高、響應時間快，它還具有線性度好和精確度高等優(yōu)點。

電流傳感器減少電纜負荷量

在英國，一種適合于安裝在240伏-600安變電站主線上的電流傳感器誕生了，這種傳感器對變電站的電力輸出進行監(jiān)控，可以減少地方電網(wǎng)故障所造成的停電時間。電流傳感器可以對供電電纜進行電流監(jiān)控，若是電纜出線超負荷，這些電流傳感器可將一部分負荷轉移到其他相中，或者是新鋪設的電纜中，保護電纜的安全使用和運行。

隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展和升級，電流傳感器也在技術、設計和效用等方面不斷進行改進和完善，對冶金、化工等行業(yè)的電流測流具有重大作用。

基于智能電網(wǎng)的光纖電流傳感器

新型光纖電流傳感器就是智能電網(wǎng)快速發(fā)展的科技產(chǎn)物。我國推出了XDGDL-1光纖電流傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)了管線電流傳感系統(tǒng)的全數(shù)字閉環(huán)控制，具有穩(wěn)定性和線性度好、靈敏度高等特點，滿足了大量程范圍的高精度測量要求。

同時，該系統(tǒng)開發(fā)了一種可現(xiàn)場繞制的伸縮結構，安裝方便，可避免雜散磁場的干擾，母線偏心的測量誤差小于正負0.1%，實現(xiàn)了一種高精度信號轉換方案，為整流器控制設備提供高精度模擬信號和標準數(shù)字通信接口。

工業(yè)升級發(fā)展促進電流傳感器改進

在我國工業(yè)發(fā)展升級的驅動下，電力設備的安全性使用越來越受到重視。電流傳感器作為一個兼具保護性和監(jiān)控作用的工具，將會在未來的電網(wǎng)中起到更重要的意義。相比國外同類產(chǎn)品，國內(nèi)的電流傳感器技術還有很大的差距需要彌補和提高。

國內(nèi)也逐漸涌現(xiàn)出有很多新型產(chǎn)業(yè)，都需要傳感器的支持，無論是出于安全性考慮還是市場效益考慮，電流傳感器將會趨于更加高效可靠，在低碳環(huán)保的要求下，小型化也是未來的一大趨勢，這也將促進國內(nèi)傳感器廠商投入更多的經(jīng)歷開發(fā)新技術和產(chǎn)品。在不久的將來，電流傳感器將會在更多行業(yè)得到廣泛應用，同時將為新興物聯(lián)網(wǎng)打好基礎。

(1)容易安裝，不用斷開導線，僅將細長、柔軟的絕緣光纖卷繞在導體上就可檢測電流，能實現(xiàn)整個傳感裝置的小利輕量化；

(2)無電磁噪音的干擾。近年的計測控制系統(tǒng)中，一般將傳感器的輸出連接于半導體的電子回路，傳感裝置本身全部由光學器件構成，故具有抗電磁干擾(EMI)特性；

(3)計測范圍廣，沒有鐵心磁飽和的制約，同時，法拉第效應的響應速度快，具有從低頻到高頻、到大電流的廣闊測量范闈；

(4)因為信號通過光纖傳輸。波形畸變小。傳輸損耗小，故可實現(xiàn)長距離的信號傳輸。

電流傳感器依據(jù)測量原理不同，主要可分為：分流器、電磁式電流互感器、電子式電流互感器等。

電子式電流互感器包括霍爾電流傳感器、羅柯夫斯基電流傳感器及專用于變頻電量測量的AnyWay變頻功率傳感器（可用于電壓、電流和功率測量）等。

與電磁式電流傳感器相比較，電子式電流互感器沒有鐵磁飽和，傳輸頻帶寬，二次負荷容量小、尺寸小、重量輕、是今后電流傳感器的發(fā)展方向。

光纖電流傳感器是以法拉第磁光效應為基礎、以光纖為介質的新型電流傳感器。

當線偏振光在介質中傳播時，若在平行于光的傳播方向上加一強磁場，則光振動方向將發(fā)生偏轉，偏轉角度ψ與磁感應強度B和光穿越介質的長度l的乘積成正比，即ψ=V*B*l，比例系數(shù)V稱為費爾德常數(shù)，與介質性質及光波頻率有關。偏轉方向取決于介質性質和磁場方向。上述現(xiàn)象稱為法拉第效應。1845年由M.法拉第發(fā)現(xiàn)。