光纤电流传感器传感头的结构与原理

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。

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。

光纤传感器基本原理
光纤传感器基本原理是利用光纤的特殊性质，将光信号转换为电信号。

在光纤传感器中，光源发出的光经过光纤传播，在光纤的某一点与外界的物理量进行相互作用后，光信号发生变化。

传感器的探测部分是光纤的一段，在传感区域内，光信号的幅度、相位、频率等参数会随着被测量的物理量发生变化。

光纤传感器的工作原理基于光的干涉、散射、吸收等现象。

其中，基于光纤干涉原理的传感器是最常见的类型。

这类光纤传感器一般采用法布里-珀罗特（F-P）干涉仪的结构。

当光纤中
的光信号遇到传感器传感区域的物理量变化时，传感区域的折射率发生改变，导致传感区中的干涉光程差发生变化。

这一变化会通过反射回到光纤，进而对干涉光信号产生影响。

通过测量干涉光信号的变化，可以推断出传感区域中物理量的变化情况。

除了光纤干涉原理外，还有其他一些基于光纤散射和吸收的传感器原理。

光纤散射传感器是利用光在光纤中发生散射的特性，通过测量光的散射强度或相位变化来得到物理量的信息。

光纤吸收传感器则是利用光在光纤中被介质吸收的特性，通过测量吸收光信号的强度变化来推断物理量的变化。

光纤传感器具有体积小、响应速度快、抗电磁干扰强等优点，广泛应用于温度、压力、拉力、位移等物理量的测量领域。

随着技术的不断进步，光纤传感器的精度和可靠性也在不断提高，为工业自动化、医疗、环境监测等领域的应用提供了可靠的检测手段。

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。

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。

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。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

光纤电流传感器传感头的结构与原理3刘　晔,王　锋,韦兆碧,时德钢,邹建龙,王采堂(西安交通大学电气工程学院,陕西西安　710049) 摘要:光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新兴电力计量装置,它通过测量光波在通过磁光材料时其偏振面由于电流产生的磁场的作用而发生旋转的角度来确定被测电流的大小。

传感头是光纤电流传感器最为重要和关键的部件。

分析了全光纤型和混合型光纤电流传感器传感头的结构和工作原理,对改进光纤电流传感器的设计,提高光纤电流传感器的性能具有重要的指导作用。

关键词:光纤电流传感器;法拉第磁光效应;传感头中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2002)11-0003-03 Structure and Principle of Sensing H eads for Optical Current T ransducerLiu Ye,W ang Feng,Wei Zhaobi,Shi Degang,Zou Jianlong,W ang C aitang(School of Electrical Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an710049,China) Abstract:Optical current transducer is a new power measurement equipment,which is based on Faraday magneto-optic effect and uses optical fiber as medium.It measures the rotation angle of optical wave polarization plane caused by magnetic field produced by current when the optical wave goes through magneto-optic material to calculate the current. The sensing head is the most critical component.Analyzes roundly the structure and operational principle of all-fiber and mixed optical current transducer.It plays an instructional role in im proving the design of optical current transducer and promoting the performance of optical current transducer.K ey Words:Optical Current Transducer;Faraday Magneto-optic E ffect;Sensing Head1　引言电力系统中传统的电流测量是通过电磁感应铁芯式电流互感器(Current Transducer,简称CT)进行的, CT按用途可分为测量用和保护用两类,为系统的计量、继电保护、控制和监视单元提供了输入信号。

1光纤电流传感器原理0102光纤电流传感器 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。

光纤电流传感器结构 图示：光纤电流传感器结构示意图 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。

无源式光纤电流互感器（OFCT） 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：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。

定义03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。

光纤电流传感器的研究光纤电流传感器的研究引言：随着电力系统的不断发展，对电流的精确测量成为实现电能计量、保护和监测的重要需求。

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。

本文将详细探讨光纤电流传感器的研究进展，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。

具体而言，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，进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。

相位检测器会捕捉到相位变化，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：光纤电流传感器采用高分辨率的相位检测技术，能够实现对电流的非接触式、高精度测量，减少测量误差。

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：光纤电流传感器可避免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广阔。

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。

光纤传感器介绍摘要本文介绍了几类常用光纤传感器，具体分析了波长调制型光纤传感器的原理、结构和应用，结合实验对光纤传感器位移实验作了分析。

关键词光纤传感器功能型非功能型波长振幅相位0引言光纤传感器，英文名称：optical fiber transducer。

航空科技领域定义其为利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性（强度、相位、偏振态、频率、波长改变的传感器；机械工程定义其为利用光纤技术和光学原理，将感受的被测量转换成可用输出信号的传感器。

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光纤传感器的特点与传统的传感器相比，光纤传感器的主要特点如下：（1）抗电磁干扰，电绝缘，耐腐蚀，本质安全。

由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输介质，因而不怕强电磁干扰，也不影响外界的电磁场，并且安全可靠。

这使它在各种大型机电、石油化工、冶金高压、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中能方便而有效地传感。

（2）灵敏度高。

利用长光纤和光波干涉技术使不少光纤传感器的灵敏度优于一般的传感器。

其中有的已由理论证明，有的已经实验验证，如测量转动、水声、加速度、位移、温度、磁场等物理量的光纤传感器。

（3）重量轻，体积小，外形可变。

光纤除具有重量轻、体积小的特点外，还有可挠的优点，因此利用光纤可制成外形各异、尺寸不同的各种光纤传感器。

这有利于航空、航天以及狭窄空间的应用。

（4）测量对象广泛。

目前已有性能不同的测量温度、压力、位移、速度、加速度、液面、流量、振动、水声、电流、电场、磁场、电压、杂质含量、液体浓度、核辐射等各种物理量、化学量的光纤传感器在现场使用。