磁光电流角度比较方法及其装置

摘要

本发明属电工仪表类，特别适用于大电流工业测量场合。该方法是利用磁光效应使光偏振面在置于磁场中的探头中产生旋转，产生一个旋转角θ，通过探测器，功率放大器及信号处理系统或微机系统，建立探头出射光强与θ的特性曲线，确定与曲线最低点相对应的比较绕组的安匝数即为被测电流值。与上述方法相应的磁光电流角度比较仪中的探头，由聚焦镜、敏感元件和OE双输棱镜构成。

说明书

本发明属电工仪表类，特别适用于大电流工测量场合。

中国专利《多通道开口式直流大电流比较仪》（专利号85100829），其结构必须保证反馈绕组的安匝数与被测电流母线中的安匝数相平衡以保持零磁通状态;反馈绕组中的电流跟踪被测电流母线中的电流，将反馈绕组中的电流值乘以一定的变化系数，即得被测电流值。但由于外磁场的影响，上述发明赖以存在的基础-零磁通将受到干扰干扰，导致测量时出现的零磁通并不是测量本身所要求的零磁通。为此，上述专利中提供了一整套减少外磁场影响的结构措施;如采用独立的多通道系统，每一个通道设反馈绕组与激励绕组，在铁芯外设激励绕组，还设有屏蔽铁芯等。这种结构形式，还由于两个主铁芯绕组必须完全对称，因此制造工艺要求高，外加屏蔽铁芯，使得结构臃肿，体积大，重量大。该发明的实施效果还与零磁通的准确性直接相关，而要完全排除对零磁通的干扰是不可能的。

针对上述现有技术存在的缺点，本发明提供一种测试大直流电流强度的磁光角度比较方法及其装置，它由开口铁芯、探头、比较绕组、信号处理微机等部件组成。

如图1所示，利用比较绕组9中的电流跟踪被测电流，使比较绕组电流磁场产生的偏振面旋转角θ_比与被测电流磁场产生的偏振面旋转角θ_被方向相反大小相等形成零磁通时被测电流值为比较绕组的安匝数即i＝WI_比，式中I_比为每匝线圈的电流，W为比较绕组的匝数。为此，本方法中采用包括探头8在内的开口铁芯，其形状视应用场合而定，可采用圆形、正方形或长方形等各种形状。由图2可知，探头8由聚焦透镜14、起偏器15、敏感元件16、聚焦透镜17、检偏器18等部件组成。探头8的入射端直接偶合或通过光纤3与光源2联接，出射端直接偶合或通过光纤10与探测器11、12联接，由于本方法中的检偏器18采用OE双输棱镜（GP-5系列），所以探测器11、12各自检测的是来自检偏器18的相互正交的OE光束。为使O光、E光的光强相等，在探测器11、12中一个带有功率放大器13，只需简单调节就能获得二光束相等，从而解决双光路中45°预置角调节和安装光路的困难。根据马斯定律，从检偏器18出来的光强I＝ICOS²θ，式中I为起偏器15出射光强，I为偏振面旋转θ角后检偏器18的出射光强，该式中θ与COS²θ存在如图2所示的关系，当θ为某值时，COS²θ值将出现最小值或零值。在测量过程中，采用信号处理电路13或微机系统（包括显示、打印）控制可控电流源6即可控制比较绕组9的电流的方法，控制比较绕组电流值及由它产生的偏振面旋转角θ_比，跟踪并抵消被测电流产生的偏振面旋转角θ_波，当比较绕组的安匝数与被测电流值相等时光强出现零值，即出现如图2所示曲线最低值相对应的θ值。由于磁场温度、外磁场及其他因素的影响，图3曲线在座标上将发生飘移，但不会影响其形状及最低点的出现，因此测量的可靠性及精度能得到很好的保证。

本发明的突出优点表现在（1）在敏感元件中采用OE双输棱镜作为检偏器，这样，只需简单的调节就可获得二光束相等，从而解决双光路中的采用45°预置角调节和安装光路的困难;（2）本装置中的铁芯采用可分式结构，利用铁芯联接器5将铁芯分为上下两部分，拆卸维修方便，并可带电操作不影响生产;（3）设磁分路器7，能“在线”进行装置检修、更换、调试，通过磁分路器对它进行简单调节达到等于断开被测电流的目的;（4）本方法在直流、交流电电测定场合均可使用。（5）具有体积小，重量轻不受外磁场干扰;（6）采用微机处理系统，使测量精度不受温度，外界环境等因素的影响，能保证长期工作;（7）精度高，价格低，（8）通过光纤连接本装置能在高电压下运行。

图1为磁光电流比较仪原理图。图中1为光源驱动电源;2光源，3偶合器或光纤，4铁芯，5哈夫面，6可控电流源;7磁分路器，8探头，9比较绕组，10偶合器或光纤，11探测器，12探测器，13功率放大器，14信号处理电路或微机系统（包括显示、打印）。

图2为探头8的内部结构原理图。

图3为光强与偏振面旋转角的关系图。

图4为稳定性试验特性曲线。

对本发明所提供的磁光电流角度比较仪作了稳定性试验，经一小时的连续试验结果如表1及图4所示。其中需要说明的是       本实验所提供的测试仪器准确度为1%。