一种基于磁流体的全光纤电流传感器 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本实用新型涉及电流检测仪器领域，尤其涉及一种基于磁流体的全光纤电流传感器。背景技术：2.近年来，电力行业快速发展，电压的等级不断提高，对电流监测系统和继电保护系统的要求也越来越高，现在一般采用电磁式电流互感器对电路的电流进行测量3.传统的电磁式电流互感器存在的磁饱和、铁磁谐振、绝缘难度大、有油易燃易爆等缺点,已经不能满足当前行业的需求，其精度、敏感性、稳定可靠性及抗磁扰能力也无法满足现代电力网的发展需求。这促使全新的电流传感器研发工作提上日程。技术实现要素：4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于磁流体的全光纤电流传感器。5.本实用新型提供一种基于磁流体的全光纤电流传感器，包括：安装于电缆的电流传感器探头，其中，6.所述电流传感器探头包括用于安装于电缆的壳体，所述壳体内设置至少一个无芯光纤，每个所述无芯光纤的一端连接单模光纤，所述单模光纤延伸出所述壳体并连接光纤耦合器，每个所述无芯光纤的另一端依次设置磁流体和全反镜；7.所述光纤耦合器通过第一光纤法兰盘连接宽普电源，所述光纤耦合器通过第二光纤法兰盘连接光谱分析仪。8.更进一步地，无芯光纤、磁流体和全反镜通过光学固化胶密封成整体，所述全反镜的镜面与所述无芯光纤的端面平行。9.更进一步地，所述磁流体采用浓度3.9％的水基氧化铁磁流体。10.更进一步地，所述输入光纤的数量与无芯光纤的数量相同，输入光纤通过第一光纤法兰盘连接宽普电源的输出端，所述光纤耦合器连接输出光纤，所述输出光纤的数量与无芯光纤的数量相同，所述输出光纤通过第二光纤法兰盘连接光谱分析仪的输入端。11.更进一步地，每个所述单模光纤与对应的所述无芯光纤同轴设置。12.更进一步地，所述单模光纤、所述无芯光纤、所述磁流体和所述全反镜形成的整体结构沿所述壳体的长度方向可控滑动连接于所述壳体中。13.更进一步地，所述壳体内设置呈十字型排列的五个无芯光纤，五个无芯光纤均沿壳体长度方向延伸，且处于外周的无芯光纤到处于中心的无芯光纤的距离相同；处于外周的无芯光纤及其所连磁流体全反镜和单模光纤的规格一致，且处于外周的无芯光纤及其所连磁流体和全反镜在壳体长度方向的坐标轴上投影位置一致。14.更进一步地，所述壳体为绝缘材质构成的结构，构型包括但不限于螺栓状、膨胀钉状。15.本实用新型实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：16.本实用新型利用电流产生磁场改变磁流体透光率和折光率的特点，通过宽普电源经第一光纤法兰盘、输入光纤、单模光纤和无芯光纤向设置于电流传感器探头内的磁流体提供光线，光线经磁流体之后达到全反镜处被反射，并经磁流体、无芯光纤、单模光纤传到到光谱分析仪，光谱分析仪分析光谱信息，利用光谱信息计算出磁流体透射率，利用磁流体透射率和磁场关系计算出磁场信息，进而利用磁场信息计算出电流信息。本技术以光学器件或光纤材料作为传感元件，因光纤具有传输快、传输损耗小、绝缘性强及抗电磁干扰等优点，本技术具有测量电流响应快、敏感度高等优点，且可以较好的隔离高压交流输电线路中工频磁场的影响，并表现出优良的电气性能，如绝缘性强、无磁饱和、频带宽、敏感度高、抗腐蚀等优点，测量结果更加准确。而且由于采用磁流体测量电流，本技术还有较强的稳定性、无疲劳等特性，传感器寿命长。附图说明17.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。19.图1为本实用新型实施例提供的基于磁流体的全光纤电流传感器整体结构的示意图；20.图2为本实用新型实施例提供的一种可行的电流传感器探头的示意图；21.图3为本实用新型实施例提供的另一种可行的电流传感器探头的示意图；22.图4为本实用新型实施例提供的一种包含多无芯光纤的可行的电流传感器探头的示意图。23.图中标号及含义如下：24.1、电流传感器探头，11、壳体，12、无芯光纤，13、单模光纤，14、磁流体，15、全反镜，16、滑动套，17、调整螺母，18、紧固结构，2、光纤耦合器，3、第一光纤法兰盘，4、宽普电源，5、第二光纤法兰盘，6、光谱分析仪，7、缆芯，8、屏蔽层。具体实施方式25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。26.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。27.实施例128.结合参阅图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种基于磁流体的全光纤电流传感器，包括：安装于电缆的电流传感器探头1，电缆包括缆芯7和设置于缆芯7外的屏蔽层8，具体实施过程中，所述电流传感器探头包括用于安装于电缆的壳体11，所述壳体11为绝缘材质构成的结构，构型包括但不限于螺栓状、膨胀钉状，所述壳体11内设置有空腔。所述壳体11沿电缆的径向贯穿电缆的屏蔽层8延伸至电缆内。所述壳体11内设置一个无芯光纤12，所述无芯光纤12的一端连接单模光纤13，所述单模光纤13与对应的所述无芯光纤12同轴设置，所述单模光纤13延伸出所述壳体11并连接光纤耦合器2，所述无芯光纤12的另一端依次设置磁流体14和全反镜15；无芯光纤12、磁流体14和全反镜15通过光学固化胶密封成整体，所述全反镜15的镜面与所述无芯光纤12的端面平行。29.所述光纤耦合器2通过输入光纤连接第一光纤法兰盘3，第一光纤法兰盘3连接宽普电源4，所述光纤耦合器2通过输出光纤连接第二光纤法兰盘5，所述第二光纤法兰盘5连接光谱分析仪6。30.具体实施过程中，所述磁流体14采用浓度3.9％的水基氧化铁磁流体。磁流体因电流而产生的磁场作用而改变对光的透射率、折射率。31.实施例232.结合参阅图1和图3所示，本实用新型实施例提供一种基于磁流体的全光纤电流传感器，包括：安装于电缆的电流传感器探头1，电缆包括缆芯7和设置于缆芯7外的屏蔽层8，具体实施过程中，所述电流传感器探头包括用于安装于电缆的壳体11，所述壳体11为绝缘材质构成的结构，构型包括但不限于螺栓状、膨胀钉状，所述壳体11内设置有空腔。所述壳体11沿电缆的径向贯穿电缆的屏蔽层8延伸至电缆内。所述壳体11内设置一个无芯光纤12，所述无芯光纤12的一端连接单模光纤13，所述单模光纤13与对应的所述无芯光纤12同轴设置，所述单模光纤13延伸出所述壳体11并连接光纤耦合器2，无芯光纤12、磁流体14和全反镜15通过光学固化胶密封成整体，所述全反镜15的镜面与所述无芯光纤12的端面平行。所述单模光纤13、所述无芯光纤12、所述磁流体14和所述全反镜15形成的整体结构沿所述壳体11的长度方向可控滑动连接于所述壳体11中。具体实施过程中，所述单模光纤13上固定连接滑动套16，所述滑动套16的两端设置限位板，所述滑动套16上连接导向杆，所述导向杆滑动连接于设置在壳体11上的导向槽中，所述滑动套16的外壁设置有外螺纹，所述壳体11上转动连接调整螺母17，所述调整螺母内侧壁设置与滑动套上外螺纹螺接的内螺纹。转动调整螺母17调整所述单模光纤13、所述无芯光纤12、所述磁流体14和所述全反镜15形成的整体结构的位置，使得磁流体14距离缆芯7的距离改变。所述壳体11上设置有紧固结构18，所述紧固结构18包括滑动设置于壳体11的顶杆，顶杆的一端固定连接弹性片，弹性片抵触所述滑动套16，所述顶杆端部的斜面抵触滑动与壳体11空腔内的顶块，顶块抵触所述调整螺母17，所述壳体11上螺接与顶杆向抵触的紧固螺栓，改变紧固螺栓的螺接程度，改变顶杆的位置。33.所述光纤耦合器2通过输入光纤连接第一光纤法兰盘3，第一光纤法兰盘3连接宽普电源4，所述光纤耦合器2通过输出光纤连接第二光纤法兰盘5，所述第二光纤法兰盘5连接光谱分析仪6。34.具体实施过程中，所述磁流体14采用浓度3.9％的水基氧化铁磁流体。磁流体因电流而产生的磁场作用而改变对光的透射率、折射率。35.实施例336.参阅图4所示，本实用新型实施例中提供一种基于磁流体的全光纤电流传感器，包括：安装于电缆的电流传感器探头1，电缆包括缆芯7和设置于缆芯7外的屏蔽层8，具体实施过程中，所述电流传感器探头包括用于安装于电缆的壳体11，所述壳体11为绝缘材质构成的结构，构型包括但不限于螺栓状、膨胀钉状，所述壳体11内设置有空腔。所述壳体11内设置呈十字型排列的五个无芯光纤12，五个无芯光纤12均沿壳体11长度方向延伸，且处于外周的无芯光纤到处于中心的无芯光纤的距离相同；处于外周的无芯光纤及其所连磁流体全反镜和单模光纤的规格一致，且处于外周的无芯光纤及其所连磁流体和全反镜在壳体11长度方向的坐标轴上投影位置一致。五个无芯光纤12分别经单模光纤13连接光纤耦合器2,所述光纤耦合器2连接若干输入光纤，输入光纤通过第一光纤法兰盘3连接宽普电源4的输出端，所述输入光纤的数量与无芯光纤12的数量相同，所述光纤耦合器2连接若干输出光纤，所述输出光纤的数量与无芯光纤12的数量相同，输出光纤通过第二光纤法兰盘5，连接光谱分析仪6。37.所述壳体11外侧壁设置有指示处于外周无芯光纤12排列位置的标记，安装壳体到电缆中时，根据标记调整壳体相对壳体轴线的角度，使得处于外周的四个无芯光纤中的两个按电缆长度方向排列，另外两个垂直与电缆长度方向排列，光谱分析仪6检测到四个处于外周的无芯光纤所反馈光谱信息两两一致时，将壳体11钉入电缆中。38.在本实用新型所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。39.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。40.另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。41.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。









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