光纤电流传感器

简述

现代工业的高速发展，对电网的输送和检测提出了更高的要求，传统的高压大电流的测量手段将面临严峻的考验．随着光纤技术和材料科学的发展而发展起来的光纤电流传感系统，因具有很好的绝缘性和抗干扰能力，较高的测量精度，容易小型化，没有潜在的爆炸危险等一系列优越性，而受到人们的广泛重视．光纤电流传感器的主要原理是利用磁光晶体的法拉弟效应．根据of=VBl，通过对法拉弟旋转角0F的测量，可得到电流所产生的磁场强度，从而可以计算出电流大小．由于光纤具有抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、信号衰减小的优点，因而在法拉弟电流传感器研究中，一般均采用光纤作为传输介质，其工作原理如下图：

光纤电流传感器的结构示意图

激光束通过光纤，并经起偏器产生偏振光，经自聚焦透镜人射到磁光晶体：在电流产生的外磁场作用下，偏振面旋转θF角度；经过检偏器、光纤，进人信号检测系统，通过对θF的测量得到电流值．

当设置系统中两偏振器透光主轴的夹角为45°，经过传感系统后的出射光强为:

l=(Io/2)(1+sin2θF)

式中Io为入射光强．通过对出射光强的测量，就可以得出θF，从而可测出电流的大小．

应用

1、应用于智能电网

城市用电量的增加，使得供电设备经常处于超负荷预装状态，电源设备面临的考验也越来越大，电子设备60%的故障都来自电源。随着电源问题日益突出的严重性，电源技术渐渐被广大厂商重视，具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，保护电源的设备也随之诞生，检测电流或电压的传感器应运而生。电流传感器是指能感受被测电流并转换成可用输出信号的传感器，在国内外的用途非常广泛。电流传感器

闭环电流传感器不间断监测电量

随着新能源技术的开发和发展，电流传感器在风电行业的应   用尤为重要，它是风能涡轮机中转换器必不可少的元件。

在转换器中，需要装有非常多的小型或PCB电流传感器，它属于一个闭环控制系统，确保逆变器能够迅速响应。逆变器与发电机的同时作用，可以确保在风能涡轮机启动之后在一个很宽的风速范围内为电网提供持续功率，直到涡轮机在上限风速时停机为止。

为了使驱动器能达到最好的工作状态，需要对工作中的电流进行不间断的测量，电流传感器的性能直接影响着电路控制的质量和响应时间，这也是它能够在风电行业得到广泛应用的原因。同时，闭环电流传感器不仅带宽高、响应时间快，它还具有线性度好和精确度高等优点。电流传感器

电流传感器减少电缆负荷量

在英国，一种适合于安装在240伏-600安变电站主线上的电流传感器诞生了，这种传感器对变电站的电力输出进行监控，可以减少地方电网故障所造成的停电时间。电流传感器可以对供电电缆进行电流监控，若是电缆出线超负荷，这些电流传感器可将一部分负荷转移到其他相中，或者是新铺设的电缆中，保护电缆的安全使用和运行。

随着智能电网的不断发展和升级，电流传感器也在技术、设计和效用等方面不断进行改进和完善，对冶金、化工等行业的电流测流具有重大作用。

基于智能电网的光纤电流传感器

新型光纤电流传感器就是智能电网快速发展的科技产物。我国推出了XDGDL-1光纤电流传感系统，实现了管线电流传感系统的全数字闭环控制，具有稳定性和线性度好、灵敏度高等特点，满足了大量程范围的高精度测量要求。

同时，该系统开发了一种可现场绕制的伸缩结构，安装方便，可避免杂散磁场的干扰，母线偏心的测量误差小于正负0.1%，实现了一种高精度信号转换方案，为整流器控制设备提供高精度模拟信号和标准数字通信接口。

工业升级发展促进电流传感器改进

在我国工业发展升级的驱动下，电力设备的安全性使用越来越受到重视。电流传感器作为一个兼具保护性和监控作用的工具，将会在未来的电网中起到更重要的意义。相比国外同类产品，国内的电流传感器技术还有很大的差距需要弥补和提高。

国内也逐渐涌现出有很多新型产业，都需要传感器的支持，无论是出于安全性考虑还是市场效益考虑，电流传感器将会趋于更加高效可靠，在低碳环保的要求下，小型化也是未来的一大趋势，这也将促进国内传感器厂商投入更多的经历开发新技术和产品。在不久的将来，电流传感器将会在更多行业得到广泛应用，同时将为新兴物联网打好基础。光纤电流传感器

优点

(1)容易安装，不用断开导线，仅将细长、柔软的绝缘光纤卷绕在导体上就可检测电流，能实现整个传感装置的小利轻量化；

(2)无电磁噪音的干扰。近年的计测控制系统中，一般将传感器的输出连接于半导体的电子回路，传感装置本身全部由光学器件构成，故具有抗电磁干扰(EMI)特性；

(3)计测范围广，没有铁心磁饱和的制约，同时，法拉第效应的响应速度快，具有从低频到高频、到大电流的广阔测量范闱；

(4)因为信号通过光纤传输。波形畸变小。传输损耗小，故可实现长距离的信号传输。