分析光學(xué)電流傳感器的性能及改進(jìn)
分析光學(xué)電流傳感器的性能及改進(jìn)
基于法拉第磁光效應(yīng)的光學(xué)電流傳感器(OCT)，由于其具有絕緣性能好、響應(yīng)頻帶寬、動態(tài)范圍大、抗電磁干擾、體積小、重量輕等優(yōu)于傳統(tǒng)電流傳感器的特點(diǎn)，在電力工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用前景。所謂法拉第磁光效應(yīng)是指線偏振光在磁場作用下通過光介質(zhì)時，偏振面將旋轉(zhuǎn)某個角度，且該角度與磁場強(qiáng)度、光介質(zhì)長度及光介質(zhì)材料的Verdet常數(shù)成正比。設(shè)計(jì)OCT時一般應(yīng)遵循以下原則： (1)傳感材料的Verdet常數(shù)大，且受溫度影響小;
(2)傳感材料的雙折射因子小;
(3)光束在介質(zhì)中環(huán)繞電流成閉合光路;
(4)光束在閉合光路中線偏振態(tài)保持不變，且光損耗很小。
按此原則，利用正交雙反射原理，我們設(shè)計(jì)了閉合保偏單環(huán)路傳感頭。整個OCT系統(tǒng)由0.85μm的LED光源、起偏器、玻璃傳感頭、檢偏器、PIN光電管、前置放大、帶通濾波、交直流放大及8098單片機(jī)構(gòu)成。該系統(tǒng)已在110kV電站投入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，現(xiàn)場與控制室之間由一根200m長的光纜連接。
從運(yùn)行一年多的情況來看，OCT的讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)電流傳感器基本相符，并且沒有出現(xiàn)運(yùn)行故障，但在性能上還存在一些問題。
一是在測小電流(10A)時靈敏度較差、不穩(wěn)定。這是因?yàn)樾‰娏鲿r法拉第旋轉(zhuǎn)角非常小，信噪比很低;此外，OCT在露天環(huán)境中運(yùn)行，溫度、應(yīng)力等引起光在玻璃中產(chǎn)生線性雙折射，線偏光變?yōu)闄E偏光，使其有效靈敏度乘了一個與橢偏度有關(guān)的因子，降低了檢測靈敏度。
二是長期運(yùn)行時的比值誤差還達(dá)不到0.2%的計(jì)量要求。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，在1~100A的電流范圍內(nèi)，OCT的比值誤差大多在1%以下。產(chǎn)生誤差的主要因素是雙折射因子隨溫度等的變化，此外，Verdet常數(shù)隨溫度、波長的變化及消除光強(qiáng)波動影響的除法運(yùn)算不同步、信號處理中高次諧波的影響等也是產(chǎn)生誤差的因素。由于OCT的傳感頭對信號的響應(yīng)不會產(chǎn)生相位差，所以相位差主要由檢測線路決定;藉助調(diào)零，OCT幾乎不存在相位差，實(shí)測相位差小于3′。
