光纖電流傳感器

現代工業的高速發展，對電網的輸送和檢測提出了更高的要求，傳統的高壓大電流的測量手段將面臨嚴峻的考驗．隨着光纖技術和材料科學的發展而發展起來的光纖電流傳感系統，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第效應．根據of=VBl，通過對法拉第旋轉角0F的測量，可得到電流所產生的磁場強度，從而可以計算出電流大小．由於光纖具有抗電磁干擾能力強、絕緣性能好、信號衰減小的優點，因而在法拉第電流傳感器研究中，一般均採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，並經起偏器產生偏振光，經自聚焦透鏡人射到磁光晶體:在電流產生的外磁場作用下，偏振面旋轉θF角度；經過檢偏器、光纖，進人信號檢測系統，通過對θF的測量得到電流值．

當設置系統中兩偏振器透光主軸的夾角為45°，經過傳感系統後的出射光強為:

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、應用於智能電網

城市用電量的增加，使得供電設備經常處於超負荷預裝狀態，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。隨着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、傳感採樣、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並轉換成可用輸出信號的傳感器，在國內外的用途非常廣泛。

隨着新能源技術的開發和發展，電流傳感器在風電行業的應 ^[1]  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，它屬於一個閉環控制系統，確保逆變器能夠迅速響應。逆變器與發電機的同時作用，可以確保在風能渦輪機啓動之後在一個很寬的風速範圍內為電網提供持續功率，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，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着電路控制的質量和響應時間，這也是它能夠在風電行業得到廣泛應用的原因。同時，閉環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點。

在英國，一種適合於安裝在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控，可以減少地方電網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。

隨着智能電網的不斷髮展和升級，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、化工等行業的電流測流具有重大作用。

新型光纖電流傳感器就是智能電網快速發展的科技產物。我國推出了XDGDL-1光纖電流傳感系統，實現了管線電流傳感系統的全數字閉環控制，具有穩定性和線性度好、靈敏度高等特點，滿足了大量程範圍的高精度測量要求。

同時，該系統開發了一種可現場繞制的伸縮結構，安裝方便，可避免雜散磁場的干擾，母線偏心的測量誤差小於正負0.1%，實現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字通信接口。

在我國工業發展升級的驅動下，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控作用的工具，將會在未來的電網中起到更重要的意義。相比國外同類產品，國內的電流傳感器技術還有很大的差距需要彌補和提高。

國內也逐漸湧現出有很多新型產業，都需要傳感器的支持，無論是出於安全性考慮還是市場效益考慮，電流傳感器將會趨於更加高效可靠，在低碳環保的要求下，小型化也是未來的一大趨勢，這也將促進國內傳感器廠商投入更多的經歷開發新技術和產品。在不久的將來，電流傳感器將會在更多行業得到廣泛應用，同時將為新興物聯網打好基礎。

(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中，一般將傳感器的輸出連接於半導體的電子迴路，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)計測範圍廣，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範闈；

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