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光学电流传感器的性能分析及改进

2012-12-03 09:17
小伊琳
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  基于法拉第磁光效应的光学电流传感器(OCT),由于其具有绝缘性能好、响应频带宽、动态范围大、抗电磁干扰、体积小、重量轻等优于传统电流传感器的特点,在电力工业中有广泛的应用前景。所谓法拉第磁光效应是指线偏振光在磁场作用下通过光介质时,偏振面将旋转某个角度,且该角度与磁场强度、光介质长度及光介质材料的Verdet常数成正比。设计OCT时一般应遵循以下原则:

  (1)传感材料的Verdet常数大,且受温度影响小;

  (2)传感材料的双折射因子小;

  (3)光束在介质中环绕电流成闭合光路;

  (4)光束在闭合光路中线偏振态保持不变,且光损耗很小。

  按此原则,利用正交双反射原理,我们设计了闭合保偏单环路传感头。整个OCT系统由0.85μm的LED光源、起偏器、玻璃传感头、检偏器、PIN光电管、前置放大、带通滤波、交直流放大及8098单片机构成。该系统已在110kV电站投入实验运行,现场与控制室之间由一根200m长的光缆连接。

  从运行一年多的情况来看,OCT的读数与标准电流传感器基本相符,并且没有出现运行故障,但在性能上还存在一些问题。

  一是在测小电流(10A)时灵敏度较差、不稳定。这是因为小电流时法拉第旋转角非常小,信噪比很低;此外,OCT在露天环境中运行,温度、应力等引起光在玻璃中产生线性双折射,线偏光变为椭偏光,使其有效灵敏度乘了一个与椭偏度有关的因子,降低了检测灵敏度。

  二是长期运行时的比值误差还达不到0.2%的计量要求。从统计数据来看,在1~100A的电流范围内,OCT的比值误差大多在1%以下。产生误差的主要因素是双折射因子随温度等的变化,此外,Verdet常数随温度、波长的变化及消除光强波动影响的除法运算不同步、信号处理中高次谐波的影响等也是产生误差的因素。由于OCT的传感头对信号的响应不会产生相位差,所以相位差主要由检测线路决定;藉助调零,OCT几乎不存在相位差,实测相位差小于3′。

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