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(yán)峻的考驗．隨著光纖技術(shù)和材料科學(xué)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(yīng)．根據(jù)of=VBl，通過對法拉弟旋轉(zhuǎn)角0F的測量，可得到電流所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，從而可以計算出電流大小．由于光纖具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、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(zhì)，其工作原理如下圖：

光纖電流傳感器示意圖

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(zhuǎn)θF角度；經(jīng)過檢偏器、光纖，進(jìn)人信號檢測系統(tǒng)，通過對θF的測量得到電流值．

當(dāng)設(shè)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(qiáng)為：

l=（Io/2）（1+sin2θF）

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

詳解光纖電流傳感器原理

1、光纖電流傳感器原理

Tip：當(dāng)線偏振光在介質(zhì)中傳播時，若在平行于光的傳播方向上加一強(qiáng)磁場，則光振動方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度ψ與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和光穿越介質(zhì)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(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān)。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場方向。上述現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)。1845年由M.法拉第發(fā)現(xiàn)。

01、光纖電流傳感器結(jié)構(gòu)

圖示：光纖電流傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

光纖電流傳感器主要由傳感頭、輸送與接收光纖、電子回路等三部分組成（如圖所示）。傳感頭包含載流導(dǎo)體，繞于載流導(dǎo)體上的傳感光纖，以及起偏鏡、檢偏鏡等光學(xué)部件。電子回路則有光源、受光元件、信號處理電路等。從傳感頭有無電源的角度，可分為無源式和有源式兩類。

02、無源式光纖電流互感器（OFCT）

OFCT主要利用了法拉第磁光效應(yīng)。即磁場不能對自然光產(chǎn)生直接作用，但在光學(xué)各向同性透明介質(zhì)中，外加磁場H可使在介質(zhì)中沿磁場方向傳播平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象被稱為磁致旋光效應(yīng)或法拉第效應(yīng)。　　當(dāng)一束線性偏振光通過置于磁場中的法拉第旋光材料時，若磁場方向與光的傳播方向相同，則光的偏振面將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角θ正比于磁場強(qiáng)度H沿偏振光通過材料路徑的線積分：

式中，V為磁光材料的Verder常數(shù)，旋轉(zhuǎn)角度θ與被測電流i成正比。利用檢偏器將旋轉(zhuǎn)角θ的變化，轉(zhuǎn)換為輸出光強(qiáng)度的變化，經(jīng)光電變換及相應(yīng)的信號處理，便可求得被測電流i，如圖所示。

圖示：光纖電流傳感器傳感頭

03、有源式光纖電流傳感器（HOCT）

這是一種基于傳統(tǒng) 互感器傳感原理，利用有源器件調(diào)制技術(shù)、以光纖為信號傳輸媒介，將高壓側(cè)轉(zhuǎn)換得到的光信號送到低壓側(cè)解調(diào)處理，并得到被測電流信號的新型傳感器。它既發(fā)揮了光纖系統(tǒng)的絕緣性能好、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點明顯降低了大電流高壓互感器的體積、重量和制造成本，又利用了傳統(tǒng)互感器原理技術(shù)成熟的優(yōu)勢，避免了純光學(xué)互感器光路復(fù)雜、穩(wěn)定性差等技術(shù)難點。　　有源OFCT是通過一次采樣傳感器（空心線圈或小CT，電阻分流器） 將電流信號傳遞給發(fā)光元件而變成光信號，再由光纖傳遞到低電位側(cè)、變換成電信號以后輸出。高壓側(cè)電子器件供電方式有光供電、母線電流供電和太陽能電池供電等。目前應(yīng)用最多的是采用空心線圈的有源式OFCT，其組成原理圖如圖所示。

圖示：有源式光纖電流傳感器構(gòu)成原理圖

空心線圈的截面為矩形或圓形，其感應(yīng)電動勢與線圈的尺寸、匝數(shù)以及一次電流有關(guān)，受外磁場和載流導(dǎo)體位置的影響小。因此，對空心線圈的輸出電壓積分即可還原為被測電流。